基于主成分分析的最不利地震动选择

摘要

由于地震发生具有不确定性，在目前规范抗震要求下，有可能发生超越场地设防烈度的地震，所以对于核电站这类重要结构需进行最不利地震动下的抗震验算。关于如何选取最不利地震，一般是通过多种地震动强度指标来比较各地震动对结构的破坏能力。但由于各强度指标间存在相关性，也就意味着其所表达的某些地震动信息有重复扩大的效果，不能准确描述地震动强烈程度。 本文为重要结构的非线性时程分析提出了一种基于主成分分析（PCA）的最不利地震动选择方法，旨在为重要结构挑选足够强度的地震动进行抗震验算。本文方法的动机在于PCA可以有效解决变量间存在的相关性问题，同时也可以降低原变量数据中的维度。 本文首先建立了一个与场地地震危险性相匹配的地震动记录数据库；进一步通过各文献资料，收集到大量能有效代表地震动潜在破坏势的标量式强度指标；然后采用PCA对这些地震动强度指标进行信息压缩，得到几个互不相关的主成分变量来代替原来的地震动强度指标，达到降维与去相关性的目的；最后，对主成分进行线性组合，用其组合得到的地震动强度得分来对地震动库中各地震动记录进行强度上的排序，再从中选择出最不利地震动。本文通过3个钢筋混凝土平面框架模型的算例，证明了本文所提的基于主成分分析的最不利地震动选择方法能够选择出给结构带来较大破坏的地震动。同时，通过与基于天际线查询方法以及基于地震动潜在破坏势的选择方法之间的对比，证明本文所提的选择方法可以选择出对结构具有更高损伤能力的最不利地震动。

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