基于多地震动参数的结构易损性分析研究

How to reasonably characterize the structural damage potential of earthquake strong motion is a key issue to be resolved in seismic vulnerability analysis. Vulnerability assessment based on single ground motion parameters isn’t able to account for the selectivity of earthquake damage depending on ground motion amplitude, spectrum and duration characteristics. This project will develop probabilistic seismic demand analysis as well as vulnerability analysis methods based on vector-valued intensity measures, considering the effects of amplitude, spectrum and duration characteristics of strong motion on nonlinear structural response. Using several ground motion parameters simultaneously as the input to quantify the damage potential of ground motion, probabilistic seismic demand analysis will be carried out by means of an improved incremental dynamic analysis for RC frame structures. The effects of alternative vector-valued intensity measures on nonlinear structural response and their sufficiency and efficiency will be studied based on regression and residual analysis. The vulnerability surfaces based on vector-valued-IMs including ground motion amplitude, spectrum and spectral shape will be developed. Relying on vulnerability surfaces, the effects of ground motion amplitude, spectrum and spectral shape on structural failure probability distribution will be investigated, revealing the complex and close relationship between earthquake damage and engineering characteristics of ground motion, and providing an effective way to characterize the selectivity of earthquake damage affected by multi-factors. Given that vulnerability analysis is an important part of performance-based earthquake engineering, the studies of this project are of important theoretical significance for performance-based earthquake engineering.

如何合理反映地震动对工程结构的破坏作用是易损性分析有待解决的关键问题。基于单一地震动参数的易损性分析不能揭示地震动幅值、频谱及持时等多因素影响的地震选择性破坏特征。本研究充分考虑地震动幅值、频谱及持时等多种因素的影响，发展基于多地震动参数的结构概率地震需求及易损性分析方法；以RC框架为例作为分析对象，联合采用多个地震动参数描述地震动的破坏作用，借助改进的增量动力分析方法开展基于多地震动参数的结构概率地震需求分析，研究多地震动参数对结构非线性地震反应的影响及其充分有效性，构建以地震动幅值、反应谱值及反应谱形状等组合而成的参数表征的易损性曲面；依托易损性曲面，研究地震动幅值、反应谱值及反应谱形状等因素对结构地震破坏概率分布的影响，揭示工程震害随地震动幅值及频谱等特性的变化规律，反映地震破坏的选择性特征。鉴于易损性分析是基于性能的地震工程的核心内容，该研究对基于性能的地震工程学具有重要理论意义。

如何合理反映地震动对工程结构的破坏作用是易损性分析有待解决的关键问题。基于单一地震动参数的易损性分析不能揭示地震动幅值、频谱等多因素影响的地震选择性破坏特征。本研究充分考虑地震动幅值、频谱等多种因素的影响，发展了基于多地震动参数的结构概率地震需求及易损性分析方法。以RC框架结构作为分析对象，联合采用两个地震动参数描述地震动对结构的破坏作用。以结构基本周期加速度反应谱值Sa为第一地震动参数，分别选取体现地震动幅值特性的参数以及体现加速度反应谱形状的参数作为为第二地震动参数。借助改进的增量动力分析开展了基于多地震动参数的结构概率地震需求分析，研究了地震动幅值、反应谱值及反应谱形状等地震动特性对结构非线性地震反应的影响以及不同多地震动参数的充分有效性，为易损性分析中地震动参数的选择提供了理论依据。开展了基于多地震动参数的易损性分析，构建了以反应谱值和地震动幅值、反应谱形状等组合而成的多地震动参数表征的易损性曲面，研究了地震动幅值、反应谱值及反应谱形状等因素对结构地震破坏的影响。.研究表明，当地震动加速度反应谱值相同时，地震动峰值速度以及反应谱的形状对结构非线性地震反应也有显著影响。基于加速度反应谱值和峰值速度、反应谱形状的多地震动参数比基于加速度反应谱值的单一地震动参数能更充分有效地揭示地震动对结构的破坏作用。采用多地震动参数作为输入可以减小易损性分析的不确定性以及易损性分析结果对输入地震动的依赖程度。相比易损性曲线而言，基于多地震动参数的结构易损性曲面反映了结构破坏概率分布与反应谱值及地震动幅值、反应谱形状的多维变化规律，定量揭示了结构破坏与地震动幅值、反应谱值、反应谱形状以及结构自振特性等因素之间的复杂关系，从易损性分析的角度为合理反映多因素影响的地震选择性破坏特征提供了可行途径。