本發(fā)明屬于地震工程及結(jié)構(gòu)抗震，具體涉及一種地震序列向量型強(qiáng)度參數(shù)選擇方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，地球進(jìn)入地震活躍期，一系列大地震相繼發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。地震發(fā)生具有強(qiáng)隨機(jī)性，且結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞機(jī)理十分復(fù)雜。在工程結(jié)構(gòu)抗震分析中，地震動強(qiáng)度參數(shù)用于表征地震的破壞勢，同時也用于預(yù)測結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。不合理的地震強(qiáng)度參數(shù)無法準(zhǔn)確描述地震特性，從而增加地震作用下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的離散性，最終造成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中出現(xiàn)安全裕度低、不確定性大等不利的情況。因此，地震動強(qiáng)度參數(shù)是結(jié)構(gòu)抗震分析與地震工程中的重要環(huán)節(jié)，也是連接場地危險分析和地震需求分析的關(guān)鍵要素?？梢?，如何選取合理的地震強(qiáng)度參數(shù)是結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域需要解決的重要問題，合理的地震強(qiáng)度參數(shù)對于保障結(jié)構(gòu)地震安全、提升建筑抗災(zāi)韌性以及對于推動基礎(chǔ)設(shè)施安全快速發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

2、在大量地震事件中，主震發(fā)生后往往伴隨多次余震發(fā)生。在地震序列作用下，余震將會加劇結(jié)構(gòu)已有損傷，致使結(jié)構(gòu)殘余抗震能力隨多次地震作用下累積損傷的增加而不斷退化，最終造成更為嚴(yán)重的震害損失。當(dāng)前地震強(qiáng)度參數(shù)挑選方法僅面向單次主震，且所選地震動強(qiáng)度參數(shù)主要為標(biāo)量型指標(biāo)。然而，結(jié)構(gòu)在地震序列作用下的失效機(jī)理更為復(fù)雜，導(dǎo)致標(biāo)量型地震強(qiáng)度參數(shù)無法有效表征地震序列的破壞勢。通常，向量型地震強(qiáng)度參數(shù)可以考慮更為豐富的地震動特征，因此向量型強(qiáng)度參數(shù)對于量化地震序列破壞勢、提升結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)預(yù)測準(zhǔn)確性具有顯著優(yōu)勢。

3、為了挑選合理的地震強(qiáng)度參數(shù)，多種評價標(biāo)準(zhǔn)相繼被提出，但是相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)均基于地震需求模型服從一元線性分布的前提假設(shè)，因此現(xiàn)有評價標(biāo)準(zhǔn)僅能用于評估標(biāo)量型地震強(qiáng)度參數(shù)，無法評估向量型強(qiáng)度參數(shù)；同時，當(dāng)前地震動強(qiáng)度參數(shù)挑選方法均僅能考慮單一或部分評價標(biāo)準(zhǔn)，無法做到全局最優(yōu)，使得所選強(qiáng)度參數(shù)具有一定的局限性。此外，在地震強(qiáng)度參數(shù)選取過程中，標(biāo)準(zhǔn)定義、經(jīng)驗不足、理論假設(shè)等均會造成不確定性，且各種評價標(biāo)準(zhǔn)間也將存在不同程度的相關(guān)性，這些因素都將影響最終挑選結(jié)果。然而，當(dāng)前地震動強(qiáng)度參數(shù)挑選方法均無法有效考慮上述影響。

4、綜上所述，現(xiàn)有地震動強(qiáng)度參數(shù)挑選方法仍然存在很大程度的局限，利用現(xiàn)有方法選擇的地震動強(qiáng)度參數(shù)仍然無法有效表征地震序列的破壞勢，且將選擇的地震動強(qiáng)度參數(shù)用于預(yù)測結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)時的準(zhǔn)確率較低，因此，為了提升結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的安全裕度、降低結(jié)構(gòu)動力分析中的不確定性，亟需提出一種新的地震序列向量型強(qiáng)度參數(shù)選擇方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決利用現(xiàn)有方法選擇的地震動強(qiáng)度參數(shù)無法有效表征地震序列的破壞勢，且將選擇的地震動強(qiáng)度參數(shù)用于預(yù)測結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)時的準(zhǔn)確性差的問題，而提出了一種基于多標(biāo)準(zhǔn)決策的地震序列向量型強(qiáng)度參數(shù)選擇方法。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

3、一種基于多標(biāo)準(zhǔn)決策的地震序列向量型強(qiáng)度參數(shù)選擇方法，所述方法具體包括以下步驟：

4、步驟1、建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的有限元模型，再分別利用所選擇的每個地震序列對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時程分析，獲得在各個地震序列作用下結(jié)構(gòu)的最大層間位移角；

5、將獲得的最大層間位移角作為工程需求參數(shù)；

6、步驟2、對各個地震強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行組合后，構(gòu)建出m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)；將m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)分別輸入到地震需求模型，通過地震需求模型輸出預(yù)測的最大層間位移角；

7、步驟3、根據(jù)步驟1中獲得的最大層間位移角和步驟2中預(yù)測的最大層間位移角，計算每個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義有效性指標(biāo)值、廣義充分性指標(biāo)值、廣義相關(guān)性指標(biāo)值和廣義有益性指標(biāo)值；

8、再根據(jù)各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的各個指標(biāo)值構(gòu)建粗糙決策矩陣，并對構(gòu)建的粗糙決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣；并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣計算各個指標(biāo)的權(quán)重；

9、步驟4、根據(jù)各個指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣來計算各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)到正、負(fù)理想解的距離，再利用得到的距離計算各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的貼近系數(shù)，再選擇出貼近系數(shù)最大的向量型地震強(qiáng)度參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，所述有限元模型通過opensees軟件建立。

11、進(jìn)一步地，所述各個地震序列的選擇方式為：

12、對于任意的一個地震序列，地震序列中的主震是從歷史地震事件中選取的真實主震，獲取到真實主震后，再選擇出所獲取的真實主震對應(yīng)的震級最大的余震，利用獲取的主震和選擇的余震組成一個地震序列；

13、且對于同一個地震序列中的主震和余震，主震和余震滿足：

14、(1)主震與余震由相同臺站記錄，臺站處于自由場地；

15、(2)主震及余震均為淺源地震。

16、進(jìn)一步地，所述地震強(qiáng)度參數(shù)包括峰值地面加速度、峰值地面速度、峰值地面位移、峰值地面速度與加速度比值、累計絕對速度和譜加速度；

17、所述對各個地震強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行組合后，構(gòu)建出m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)；具體為：

18、步驟21、為地震序列中的主震和余震選擇相同的地震強(qiáng)度參數(shù)，再利用為主震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)和為余震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)組成一個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)；

19、其中，為主震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)的個數(shù)為a，a＝1,2,3；

20、步驟22、為地震序列中的主震和余震選擇不同的地震強(qiáng)度參數(shù)，再利用為主震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)和為余震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)組成一個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)；

21、其中，為主震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)的個數(shù)為b，b＝1,2,3；且為余震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)的個數(shù)與為主震選擇的地震強(qiáng)度參數(shù)的個數(shù)相同。

22、進(jìn)一步地，所述廣義有效性指標(biāo)值的計算方法為：

23、

24、其中，是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義有效性指標(biāo)值，f(·)為地震需求模型，imm,i是在第i個地震序列下第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)值，f(ln(imm,i))k是在第i個地震序列下，第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)對應(yīng)的第k個最大層間位移角預(yù)測值，n表示地震序列的數(shù)量，edpk,i是通過非線性時程分析獲得的第i個地震序列下的第k個最大層間位移角。

25、進(jìn)一步地，所述廣義充分性指標(biāo)值的計算方法為：

26、

27、其中，表示正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，x是概率密度函數(shù)的自變量，是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義充分性指標(biāo)值，f(log(imm,i,mw,rjb))k是在第i個地震序列、震級mw、震中距rjb下，第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)對應(yīng)的第k個最大層間位移角預(yù)測值，是在第i個地震序列、第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)、震級mw、震中距rjb下的標(biāo)準(zhǔn)差，是在第i個地震序列、第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)下的標(biāo)準(zhǔn)差。

28、進(jìn)一步地，所述廣義相關(guān)性指標(biāo)值的計算方法為：

29、對于第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)：

30、

31、其中，ρm是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義相關(guān)性指標(biāo)值，t為第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)的元素數(shù)量，表示第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)的平均相關(guān)性，為第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)與工程需求參數(shù)間的平均相關(guān)系數(shù)；

32、

33、其中，為第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)第p個元素與第q個元素間的相關(guān)系數(shù)；

34、

35、其中，k是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)對應(yīng)的工程需求參數(shù)數(shù)量，為第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)與第k個工程需求參數(shù)間的相關(guān)性；

36、

37、其中，表示第k個工程需求參數(shù)的平均相關(guān)性，為通過非線性時程分析獲得的第k個最大層間位移角，為通過非線性時程分析獲得的全部最大層間位移角的平均值，為第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)下地震需求模型輸出的預(yù)測值；

38、

39、其中，為第k個工程需求參數(shù)和第k′個工程需求參數(shù)的相關(guān)性。

40、進(jìn)一步地，所述廣義有益性指標(biāo)值的計算方法為：

41、

42、其中，ξm是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義有益性指標(biāo)值。

43、進(jìn)一步地，所述根據(jù)各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的各個指標(biāo)值構(gòu)建粗糙決策矩陣，并對構(gòu)建的粗糙決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣；并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣計算各個指標(biāo)的權(quán)重；具體為：

44、步驟31、粗糙決策矩陣為：

45、

46、其中，是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的第l個指標(biāo)值xml對應(yīng)的粗糙數(shù)，m＝1,2,…,m，l＝1,2,3,4，是xij的上限近似，xij是xij的下限近似；

47、步驟32、對粗糙決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣

48、

49、其中，表示第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的第l個指標(biāo)值對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化之后的粗糙數(shù)，

50、對于第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義有效性指標(biāo)、廣義有益性指標(biāo)及廣義充分性指標(biāo)：

51、

52、對于第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義相關(guān)性指標(biāo)：

53、

54、步驟33、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣計算第l個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差sl：

55、

56、分別計算任意兩個指標(biāo)之間的協(xié)方差及相關(guān)系數(shù)：

57、

58、其中，是第l個指標(biāo)與第l′個指標(biāo)之間的協(xié)方差，表示第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的第l′個指標(biāo)值對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化之后的粗糙數(shù)，r(cl,cl)是第l個指標(biāo)與第l′個指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，sl′是第l′個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，l≠l′；

59、步驟34、利用r(cl,cl)計算第l個指標(biāo)的信息系數(shù)gl：

60、

61、利用信息系數(shù)gl計算第l個指標(biāo)的信息量gl：

62、gl＝sl·gl

63、步驟35、利用各個指標(biāo)的信息量計算各個指標(biāo)的權(quán)重：

64、

65、其中，wl是第l個指標(biāo)的權(quán)重。

66、更進(jìn)一步地，所述根據(jù)各個指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣來計算各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)到正、負(fù)理想解的距離，再利用得到的距離計算各個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的貼近系數(shù)；具體為：

67、

68、

69、其中，d(am,s+)是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)與絕對正理想解間的加權(quán)馬氏距離，d(am,s-)是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)與絕對負(fù)理想解間的加權(quán)馬氏距離，am是標(biāo)準(zhǔn)化處理后的粗糙決策矩陣中的第m行，是第m行的上限近似組成的向量，am是第m行的下限近似組成的向量，絕對正理想解s+＝(1,1,...,1)，絕對負(fù)理想解s-＝(0,0,...,0)，上角標(biāo)t代表轉(zhuǎn)置，ω表示以權(quán)重向量為對角線元素的對角矩陣，∑-1表示相關(guān)系數(shù)矩陣∑的逆矩陣；

70、

71、

72、再根據(jù)d(am,s+)和d(am,s-)計算第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的貼近系數(shù)：

73、

74、其中，ccm是第m個向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的貼近系數(shù)。

75、本發(fā)明的有益效果是：

76、本發(fā)明提出多種向量型地震強(qiáng)度參數(shù)的廣義評價標(biāo)準(zhǔn)，并通過構(gòu)建粗糙決策矩陣及計算不同評價標(biāo)準(zhǔn)的客觀權(quán)重，可以有效考慮決策過程中的不確定性及多種評價標(biāo)準(zhǔn)間的相關(guān)性，最終利用改進(jìn)的加權(quán)馬氏距離得到最優(yōu)向量型地震強(qiáng)度參數(shù)。采用本發(fā)明方法可以有效挑選出面向地震序列的向量型強(qiáng)度參數(shù)，所選強(qiáng)度參數(shù)可以有效表征地震序列對建筑結(jié)構(gòu)的破壞勢，并能顯著降低地震序列下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析的不確定性，保證結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)預(yù)測的準(zhǔn)確性，從而幫助設(shè)計人員進(jìn)行更為精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計及既有結(jié)構(gòu)地震風(fēng)險評估，確保建筑結(jié)構(gòu)在地震序列作用下的安全性。