基于地震动能量参数的区域概率地震危险性分析理论研究

The probabilistic seismic hazard analysis and loss estimation for geographically distributed portfolios, which are always composed of many spatially distributed structures with different structural characteristics, is very important for regional disaster prevention and mitigation as well as the financial catastrophe insurance industry. Different ground motion intensity measures are necessary to use for well characterizing the seismic response of various types of structures in the probabilistic loss estimation of portfolios. As elastic input energy of single degree of freedom is the basis of the energy-based seismic design, which draws wide attention in the structural design and research field, this project will introduce it to the probabilistic seismic hazard analysis for the geographically distributed portfolios. The study will mainly focus on: 1) spatial correlation of the elastic input energy of single degree of freedom; 2) its cross correlation with other traditional intensity measures; 3) the effects of near-fault directivity on the ground motion prediction equation of elastic input energy; 4) establishing the control point-based multi-scale random field model. Based on the theories above and the Monte-Carlo technique, we will establish a system of simulation-based probabilistic seismic hazard analysis for portfolios using different intensity measures. This research can take advantage of the energy-based intensity measures for the seismic structural design and assessment, providing new ideas to the probabilistic seismic risk analysis.

区域或城市组合资产（具有不同结构特性的、空间分布的建筑群或基础设施）的概率地震危险性分析和损失评估, 对区域防震减灾和巨灾金融保险业等方面具有重要意义。在评估中，需要使用能够较好描述各种结构地震反应的不同的地震动参数。鉴于基于能量的抗震设计思想目前在结构设计研究领域的广泛讨论和重视，而单自由度的弹性地震输入能是其思想的立足点，本项目将单自由度弹性地震输入能引入到对区域组合资产的概率地震危险性分析中。重点研究1) 弹性地震输入能的空间相关性，2) 与传统地震动参数的互相关性，3) 以及近断层方向性效应对地震输入能衰减关系模型的影响， 4) 建立基于控制点的空间多尺度随机场模型。基于以上理论，利用蒙特卡洛方法，建立可以综合运用各种地震动参数的基于模拟的区域概率地震危险性分析系统。该研究可以充分利用基于能量的地震动参数在结构设计与评估中的优势，为概率地震风险分析开拓了崭新的研究思路。

区域或城市组合资产（具有不同结构特性的、空间分布的建筑群或基础设施）的概率地震危险性分析和损失评估, 对区域防震减灾和巨灾金融保险业等方面具有重要意义。在评估中，需要使用能够较好描述各种结构地震反应的不同的地震动参数。本项目将地震输入能引入到对区域组合资产的概率地震危险性分析中，提出了基于地震动能量参数的区域概率地震危险性分析理论。首先，建立了地震输入能的空间互相关性模型,以及建立了地震输入能与传统地震动参数（包括加速度反应谱SA，基于累计、时程等地震动参数）的互相关性模型。其次，首次建立了等强度和等延性下结构非弹性地震输入能的预测方程。并且，研究了能量耗散与在弹性输入能和非弹性输入能的比例，建立相应得经验公式，可以为基于能量的易损性模型的建立提供支持。最终，基于以上理论，利用蒙特卡洛方法，建立了综合运用各种地震动参数(包括地震输入能参数)的区域概率地震危险性分析理论。该研究可以充分利用基于能量的地震动参数在结构设计与评估中的优势，为概率地震风险分析开拓了崭新的研究思路。