賈大衛(wèi)　吳子燕　 何鄉(xiāng)

摘要： 考慮了結(jié)構多維性能極限狀態(tài)的模糊不確定性，建立基于模糊失效準則的概率地震風險分析方法。綜合考慮結(jié)構和非結(jié)構構件的抗震性能，建立多維性能極限狀態(tài)方程。選擇三種隸屬函數(shù)描述極限狀態(tài)的模糊性，包括降半梯形分布、降嶺型分布和二次拋物型分布，基于地震烈度概率模型，建立基于模糊失效準則的概率地震風險分析表達式。基于SAP2000建立RC框剪結(jié)構模型進行分析。研究表明：基于二次拋物型分布的年平均超越概率會隨著隸屬區(qū)間的擴大而減小，而基于降半梯形分布和降嶺型分布的年平均超越概率會隨著隸屬區(qū)間的擴大而增大;若隸屬區(qū)間相同，三種隸屬函數(shù)的年平均超越概率，從大到小依次為降半梯形分布、降嶺型分布、二次拋物型分布;忽略不同工程需求參數(shù)性能極限狀態(tài)的相關性會使年平均超越概率偏低。

關鍵詞：?概率地震風險分析;?框剪結(jié)構;?多維性能極限狀態(tài);?模糊失效準則;?隸屬函數(shù)

中圖分類號： TU311.3;?TU352.1 ???文獻標志碼： A ???文章編號： 1004-4523（2022）02-0307-11

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.02.006

引??言

建筑結(jié)構的抗震性能通常受到結(jié)構構件和非結(jié)構構件的共同影響，而且實際使用功能絕大多數(shù)都依賴于非結(jié)構構件，因此在進行抗震性能評估時需要同時考慮結(jié)構性能和非結(jié)構性能。美國太平洋地震工程研究中心（PEER）對此進行了大量研究，率先提出新一代“基于性能的地震工程”（PBEE）概率決策框架。近幾年第二代PBEE理論也逐漸完善，該研究框架的基礎為概率地震風險分析，主要用來計算結(jié)構在具體場地條件下超過給定性能極限狀態(tài)的年平均超越概率。概率地震風險分析是場地概率地震危險性分析與結(jié)構地震易損性分析相結(jié)合的產(chǎn)物，是指在考慮場地風險的情況下，結(jié)構發(fā)生不同損傷程度的可能性。

國內(nèi)外學者開展了大量有關概率地震風險的研究，并取得了豐碩的成果，例如：Banihashemi等基于最大層間位移角（MIDR），進行了鋼框架的地震易損性和可靠性分析;Moradi等通過代理模型法，基于MIDR和局部支撐結(jié)構的應變，建立了參數(shù)化易損性分析方法;Alih等研究了機場塔臺結(jié)構，考慮到各層承擔功能的不同，通過非線性時程分析法進行了結(jié)構整體的抗震性能研究;Javidan等基于神經(jīng)網(wǎng)絡，建立了結(jié)構地震易損性分析的快速評估模型;蔣亦龐等考慮結(jié)構參數(shù)的不確定性，建立了無筋砌體結(jié)構的地震易損性曲線，并探討了結(jié)構參數(shù)的不確定性對結(jié)構性能的影響;盛金喜等考慮了近斷層地震的方向性對框架結(jié)構的影響，分別建立了易損性曲線和易損性指數(shù)曲線;Khaloo等基于橋墩柱的最大彎曲延性響應，考慮結(jié)構的時變損傷模型，建立了易損性曲線;鐘劍等基于全概率理論進行了橋梁結(jié)構的地震風險分析。上述研究存在不足之處：其一，部分研究僅針對結(jié)構構件進行地震易損性分析，未考慮非結(jié)構構件的性能;其二，絕大多數(shù)研究僅考慮了在不同地震強度下結(jié)構達到指定性能極限狀態(tài)的概率，即只進行了易損性分析，并未涉及場地風險分析;其三，在基于性能的地震工程研究中，需要將結(jié)構的性能極限狀態(tài)分為多個等級，目前研究人員劃分的依據(jù)主要是工程需求參數(shù)（EDP）在性能極限狀態(tài)下的閾值，當EDP超過閾值則代表進入新的狀態(tài)。絕大多數(shù)研究采用精確的失效準則，即不同性能極限狀態(tài)下閾值為固定值。固定閾值的失效準則假定結(jié)構完全處于某種狀態(tài)，是一種“一刀切”的抽象方法。但在實際工程中，極限狀態(tài)的邊界是模糊不確定的，結(jié)構從狀態(tài)A進入狀態(tài)B，中間通常存在一個過渡帶。例如《建筑抗震設計規(guī)范》?（GB 50011—2010）中規(guī)定RC框架類結(jié)構最大層間位移角（MIDR）在彈塑性狀態(tài)下不能超過1/50。若震后MIDR為1/49.5，此時有很大可能結(jié)構仍處于安全狀態(tài)，若采用固定閾值則會認為結(jié)構已經(jīng)發(fā)生破壞。因此該方法并不完全符合工程實際。

為解決上述問題，本文將模糊失效準則引入概率地震風險分析理論。以RC框架?剪力墻結(jié)構為例，首先建立多維性能極限狀態(tài)下基于固定閾值的概率地震風險分析公式，然后引入隸屬函數(shù)，將極限狀態(tài)邊界視為模糊不確定的，建立基于模糊失效準則的地震風險分析公式，最后將年平均超越概率用危險性曲面的形式表示，并探討不同的隸屬函數(shù)和隸屬區(qū)間對年平均超越概率的影響。