地震烈度表中相关定量参数研究

摘要

我国的烈度表以房屋震害程度为主要评定指标，水平向地震动参数等为参考评定指标。目前该烈度表虽然与其他国家烈度表相比，有许多先进之处，但仍存在一定问题有待改进。一方面，现行烈度表中的地震动参数仍然延续烈度表(1980)的数值，30余年未曾修订，近期统计的烈度与强震动参数的经验关系又表明，当前采用的数值与烈度的相关性较差；另一方面，由于我国房屋类型发生较大的变化，量大面广的钢筋混凝土房屋并未包含其中，给烈度评定工作带来一定困难，需要补充新类型房屋的烈度评判标准。鉴于此，本文将围绕地震烈度表中的地震动参数、烈度评定中的房屋震害定量参数开展研究，主要工作与结果如下：
　　1.提出我国目前采用的烈度对应的PGA、PGV值偏低的意见。总结了百年来（1904~2014年）国内外关于烈度与PGA、PGV关系的研究成果，将众多成果分为远、中、近期三个阶段分别进行统计分析，并将各阶段成果均值与现行烈度标准中的相应值对比。结果表明，烈度对应的PGA、PGV均值在这三阶段不断提高，其增长趋势前期较快，后期放缓，现行烈度标准中的相应值偏低。
　　2.提出了烈度与PGA、PGV新的定量关系公式，以及不同烈度下PGA、PGV的均值和应用范围。通过收集国内外强震动记录和相应震后烈度调查数据资料，涉及1933~2014年间的97次地震以及800个强震动观测台站。在不同背景的基础数据分析与整理的基础上，采用箱线图检验数据中的离群值，层次分析法设置权重的加权最小二乘法进行回归分析，得到了烈度与 PGA、PGV的定量关系，即I=3.73logPGA-1.23，I=3.61logPGV+2.72，该定量关系得到的不同烈度对应的PGA、PGV值大于现行烈度标准中相应值。
　　3.建立了钢筋混凝土框架房屋和穿斗木屋架房屋的烈度评定定量参数和评定指标，并对现行烈度标准中的3类房屋的烈度评定定量指标提出修订建议，并给出或修订了5类房屋不同烈度下的平均震害指数。系统地收集整理了1976~2014年间的112次地震的房屋震害资料，按照房屋类型对震害资料进行了分类整理。经过统计分析，给出5类房屋在不同烈度下各破坏等级对应的破坏比、地震易损性曲线以及平均震害指数。
　　4.探讨了烈度与地震动参数关系研究的数学统计方法，引入机器学习方法对其进行统计分析，通过标准均方误差评价各方法的优劣，结果表明，应采用最小二乘法对烈度与PGA、PGV的关系进行统计回归，采用机器学习中的最近邻方法对地震动参数进行烈度指标的分类研究。

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第一章 绪论

1.1 研究课题背景及意义

1.2 地震烈度与峰值加速度、峰值速度相关性研究现状

1.3 基于房屋震害评定地震烈度的研究现状

1.4 研究思路

1.5 研究内容和结构安排

第二章 地震烈度与PGA、PGV定量关系现状分析

2.1 引言

2.2 地震烈度与PGA、PGV定量关系比较分析

2.3 地震烈度与PGA、PGV定量关系的适用性检验

2.4 本章小结

第三章 地震烈度与PGA、PGV相关性研究

3.1 引言

3.2 普通最小二乘法（OLS）

3.3 数据资料的建立

3.4 回归分析

3.5 对比分析

3.6 偏差分析

3.7 分析结果

3.8 本章小结

第四章 地震烈度与PGA、PGV关系统计方法研究

4.1 引言

4.2 机器学习算法的数学背景介绍

4.3 烈度与PGA、PGV关系的回归方法比较

4.4 烈度与PGA、PGV关系的分类方法比较

4.5 本章小结

第五章 基于房屋震害评定地震烈度的研究

5.1 引言

5.2 评定烈度的房屋类型

5.3 房屋震害数据统计分析

5.4 地震烈度与震害指数的对应关系研究

5.5 地震烈度与房屋震害对应关系的建议值

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究工作总结

6.2 进一步研究的问题

附录

附录1 地震烈度与强震记录对应的基本信息

附录2 房屋震害资料

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间发表的文章

攻读博士期间参与的科研项目