【摘 要】
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地震给人类带来了极大的伤亡及损失,如何合理评价结构抗震能力是结构抗震研究的重要内容,也是抗震减灾、建设韧性城市的战略需求。相比传统确定性结构抗震研究,结构地震易损性研究考虑了各类不确定性因素特别是地震动不确定对结构抗震能力评估结果的影响。因此,如何合理选择地震波是结构地震易损性研究的关键。然而传统选波法存在着评估结果离散性大、计算量大等问题,且基于场地危险性和地震动强度指标(IM)条件分布的广义条
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地震给人类带来了极大的伤亡及损失,如何合理评价结构抗震能力是结构抗震研究的重要内容,也是抗震减灾、建设韧性城市的战略需求。相比传统确定性结构抗震研究,结构地震易损性研究考虑了各类不确定性因素特别是地震动不确定对结构抗震能力评估结果的影响。因此,如何合理选择地震波是结构地震易损性研究的关键。然而传统选波法存在着评估结果离散性大、计算量大等问题,且基于场地危险性和地震动强度指标(IM)条件分布的广义条件参数分布选波法也未考虑结构地震易损性评估结果的离散性。为解决以上问题,本文将拉丁超立方抽样(LHS)引入结构易损性选波方法的研究。LHS是一种多维分层抽样方法,可以减少抽样数并提高样本代表性,多用于连续样本抽样,如结构参数抽样中,但应用于离散样本抽样时容易出现抽样失败。因此,本文提出改进拉丁超立方抽样(ILHS),并将其运用于基于离散分布的IM选波,从而提高地震动的代表性并减少结构易损性评估结果的离散性。本文的主要研究工作为:(1)提出一套系统的基于ILHS的选波法流程并优化了其IM组合。引入相关系数Spearman及Pearson,从一二三维角度探究了相关系数与抽样效果的关系。根据两者关系推荐选用三维及以上与结构响应强Spearman相关的IM组合,选用10条及以上地震动进行结构易损性评估ILHS选波。(2)建立了结构地震易损性数据库并提出了两类抽样评价指标。针对3个层数不同的三维典型框架结构模型,选取500条地震波,在超算平台基于Open SEESMP并行开展了45000次非线性时程分析,同时收集了62个IM,并基于以上数据共同构建了易损性数据库。同时为量化选波法优劣性,方便进行选波法对比,提出了抽样易损性曲线离散性和误差两类评价指标。(3)为探究ILHS对易损性评估效率影响,在常用的基于IM限值的选波场景下,将ILHS与传统蒙特卡洛(MC)抽样对比。对比结果显示在同等精度下,三维ILHS相比MC抽样可减小67%~80%计算量,大幅度减少了结构易损性评估计算量。(4)为探究基于IM分布选波法的易损性评估结果离散性,并扩大ILHS应用场景,将ILHS与基于IM分布的遗传算法(GA)选波法对比。对比了不同抽样数、不同结构下三维ILHS与三维、15维GA算法的选波结果,对比结果发现:相对GA算法,三维ILHS累积分布函数更接近目标IM分布函数,且离散性更小。三维ILHS抽样误差小于三维及15维GA抽样误差,且ILHS抽样流程更为简单。
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