CN113591181B - 一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，属于建筑抗震设防和抗震鉴定领域，解决抗震性能鉴定问题；方法包括：确定超越概率万分之一的地震作用；采用构造概率分布的方式，构造出地震作用的概率分布；确定出所述概率分布的统计参数；根据所述地震作用的概率分布确定包括多遇地震、罕遇地震在内的不同超越概率的地震动参数；利用所述地震动参数，对建筑的抗震性能进行鉴定。本发明对既有建筑的“大震不倒”抗震鉴定十分有利，可以使我国城镇500～600亿平方米的既有建筑受益，避免不必要的加固和改造。

Description

一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法
技术领域
本发明涉及建筑抗震设防和抗震鉴定领域，尤其是一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法。
背景技术
《中国地震动参数区划图》GB18306-2015规定了地震作用的超越概率，必然应该有明确的概率分布类型和概率分布的统计参数。但是《中国地震动参数区划图》和《建筑抗震设计规范》都没有明示地震作用的概率分布；而目前国际上都是只规定50年超越概率10％的地震作用，也未涉及地震作用的概率分布，这给地震作用的分析与应用带来了不便，对抗震性能鉴定造成了困难。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法；根据提供的协调地震作用超越概率，确定地震动参数，解决抗震性能鉴定问题。
本发明公开了一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，包括：
步骤S1、确定超越概率万分之一的地震作用；采用构造概率分布的方式，构造出地震作用的概率分布；确定出所述概率分布的统计参数；
步骤S2、根据所述地震作用的概率分布确定包括多遇地震、罕遇地震在内的不同超越概率的地震动参数；
步骤S3、利用所述地震动参数，对建筑的抗震性能进行鉴定。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
步骤S101、确定两种地震动参数作为所述概率分布上的基准特征值；
步骤S102、根据所述概率分布的类型建立概率密度函数的反函数；
步骤S103、将所述基准特征值带入反函数中，计算出概率分布中的统计参数。
进一步地，所述概率分布的类型为极值Ⅰ型概率分布。
进一步地，所述极值Ⅰ概率分布的概率密度函数的反函数表达式为：
F(xp)＝u-Ln[Ln(1/p)]/a；
式中：u和a是极值Ⅰ型概率分布的统计参数；u为极值Ⅰ概率分布的众值，a为极值Ⅰ型概率分布的尺度参数；p为累计分布；xp为对应于累计分布p的特征值。
进一步地，所述步骤S101中的两种地震动参数为基本地震动和极罕遇地震动。
进一步地，所述基本地震动参数为《中国地震动参数区划图》GB18306-2015强制性规定的相应于50年超越概率为10％的地震动参数；所述极罕遇地震动参数为《中国地震动参数区划图》
GB18306-2015强制性规定的相应于年超越概率为万分之一的地震动参数。
进一步地，不同基本烈度下的所述基本地震动参数αmaxIIb(g)具体值为：
VI-6*烈度对应的αmaxIIb值为0.05，VI-7*烈度对应的αmaxIIb值为0.10，VII-7(2)烈度对应的αmaxIIb值为0.15，VIII-8烈度对应的αmaxIIb值为0.20，VIII-8(2)烈度对应的αmaxIIb值为0.30，IX-9*烈度对应的αmaxIIb值为0.40；
不同基本烈度下的极罕遇地震动参数αmaxII V(g)具体值为：VI-6*烈度对应的αmaxII V值为0.16，VI-7*烈度对应αmaxII V值为0.31，VII-7(2)烈度对应αmaxII V值为0.45，VIII-8烈度对应αmaxII V值为0.58，VIII-8(2)烈度对应αmaxII V值为0.84，IX-9*烈度对应αmaxII V值为1.08。
进一步地，将所述基本地震动参数αmaxIIb及其对应的累计分布p＝90％和极罕遇地震动参数αmaxII V及其对应的累计分布p＝99.99％分别带入所述概率密度函数的反函数表达式，求解出概率分布的众值参数u和尺度参数a。
进一步地，所述步骤S2中罕遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率2％的特征值作为罕遇地震动参数αmaxIIH。
进一步地，所述步骤S2中多遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率63.2％的特征值作为多遇地震动参数αmaxIID。
本发明的有益效果如下：
本发明的利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，构造出地震作用的概率分布，确定包括多遇地震、罕遇地震在内的各种地震种类的地震动参数；对建筑的抗震性能进行鉴定，这对于既有建筑的“大震不倒”抗震鉴定十分有利，可以使我国城镇500～600亿平方米的既有建筑受益，避免不必要的加固和改造。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中的利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例公开了一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，如图1所示，包括：
步骤S1、确定超越概率万分之一的地震作用；采用构造概率分布的方式，构造出地震作用的概率分布；确定出所述概率分布的统计参数；
步骤S2、根据所述地震作用的概率分布确定包括多遇地震、罕遇地震在内的不同超越概率的地震动参数；
步骤S3、利用所述地震动参数，对建筑的抗震性能进行鉴定。
具体的，所述步骤S1具体包括：
步骤S101、确定两种地震动参数作为所述概率分布上的基准特征值；
在《中国地震动参数区划图》GB18306-2015关于地震动的规定中，基本地震动(basis ground motion)相应于50年超越概率为10％的地震动。该区划图关于基本地震动的规定为强制性。
极罕遇地震动(very rare ground motion)相应于50年的超越概率为10-4(万分之一)的地震动。极罕遇地震动参数宜按强制性的基本地震动参数的2.7～3.2倍确定。
因此，本实施例选择基本地震动和极罕遇地震动的参数作为构造的概率分布上的基准特征值。
具体的，构造概率分布中需要两种地震动参数，选定《中国地震动参数区划图》GB18306-2015强制性规定的相应于50年超越概率为10％的基本地震动参数和超越概率万分之一的极罕遇地震动参数。
更具体的，按照《中国地震动参数区划图》GB18306-2015的规定，并结合分析和探讨的结果，在表1中列出极罕遇地震动参数αmaxII V的具体数值。
表1 II类场地极罕遇地震动参数a与地震烈度对应关系
注：表中g为重力加速度。
从表1中可以看到，αmaxII V与αmaxIIb的比值完全符合《中国地震动参数区划图》的规定；同时把该区划图宏观的比值范围2.7～3.2倍，改为了确定的转化系数。αmaxII V与αmaxIIb的比值随αmaxIIb的增大而减小的规律源于对《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震动参数的分析。
步骤S102、根据所述概率分布的类型建立概率密度函数的反函数；
具体的，由于极值Ⅰ型概率分布的众值对应的累计分布约为36.8％，极值Ⅰ型概率分布对于众值的超越概率约为63.2％。而，《中国地震动参数区划图》GB18306-2015和《建筑抗震设计规范》规定的多遇地震动参数a的超越概率约为63％。并且，《建筑抗震设计规范》也将众值烈度地震作为多遇地震。因此，本实施例采用极值Ⅰ型概率分布作为地震作用的概率分布。
更具体的，所述极值Ⅰ概率分布的概率密度函数的反函数表达式为：
F(xp)＝u-Ln[Ln(1/p)]/a；
式中：u和a是极值Ⅰ型概率分布的统计参数；u为极值Ⅰ概率分布的众值，a为极值Ⅰ型概率分布的尺度参数；p为累计分布；xp为对应于累计分布p的特征值。
步骤S103、将所述基准特征值带入反函数中，计算出概率分布中的统计参数。
具体的，将所述基本地震动参数αmaxIIb及其对应的累计分布p＝90％和极罕遇地震动参数αmaxII V及其对应的累计分布p＝99.99％分别带入所述概率密度函数的反函数表达式，求解出概率分布的众值参数u和尺度参数。
具体的，《中国地震动参数区划图》GB18306-2015关于地震动的规定中，
多遇地震动(frequent ground motion)相应于50年的超越概率为63％的地震动。多遇地震动峰值加速度(以下简称为地震动参数a)宜按不低于基本地震动峰值加速度(地震动参数a)1/3倍确定。
罕遇地震动(rare ground motion)相应于50年的超越概率2％的地震动。罕遇地震动参数a宜按基本地震动参数a的1.6～2.3倍确定。
在表2中，列出多遇地震动和罕遇地震动相关的数据。其中，用αmaxIID简化表示多遇地震动参数，αmaxIID是将《建筑抗震设计规范》规定的多遇地震加速度时程曲线最大值中的重力加速度g提出后的数值。其中，用αmaxIIH简化表示罕遇地震动参数a，αmaxIIH是将《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震动峰值加速度时程曲线最大值中的重力加速度g提出后的数值。
表2 II类场地的地震动参数a与地震烈度对应关系
基本烈度 Ⅵ-6* Ⅶ-7 Ⅶ-7(2) Ⅷ-8 Ⅷ-8(2) Ⅸ-9*
αmaxIID(g) 0.0183 0.0357 0.0561 0.0714 0.1121 0.1427
αmaxIID/αmaxIIb 0.367 0.357 0.374 0.357 0.374 0.357
αmaxIIH(g) 0.1274 0.2243 0.3160 0.4077 0.5199 0.6320
αmaxIIH/αmaxIIb 2.548 2.243 2.107 2.039 1.733 1.580
注：g＝981cm/s2。
表2中的多遇地震动参数与基本地震动参数的比值αmaxIID/αmaxIIb都大于1/3，与《中国地震动参数区划图》GB18306-2015的规定相符。
表2中的比较结果表明，《建筑抗震设计规范》的多遇地震动参数应该进行过刻意的调整，并非超越概率63％的地震动参数。
原因在于不同概率分布(例如表2中的Ⅶ-7和Ⅷ-8)超越概率63％的特征值(αmaxIID)与超越概率10％特征值(αmaxIIb)的比值(αmaxIID/αmaxIIb)相近或相等的情况是不可能的。
这说明《建筑抗震设计规范》确实没有明确的地震作用概率分布，同时显示了探讨地震动参数a概率分布的必要性。特别是在分析构造《中国地震动参数区划图》地震动参数的概率分布时，不能使用《建筑抗震设计规范》的多遇地震动参的对应的超越概率。
表2中，αmaxIIH/αmaxIIb为超越概率2％的罕遇地震动参数与超越概率10％的基本地震动参数的比值基本符合《中国地震动参数区划图》(两者比值在1.6～2.3之间)的规定。
表2中，αmaxIIH/αmaxIIb的比值随着αmaxIIb的增大而减小。这一规律，为以αmaxIIb为基准分析确定极罕遇地震动参数a确定的数值创造了必要的条件。
有了多遇地震动参数a的经验，在分析构造《中国地震动参数区划图》地震动参数的概率分布时，也不能使用《建筑抗震设计规范》的罕遇地震动参对应的超越概率。
因此，《建筑抗震设计规范》虽然有多遇地震动参数a和罕遇地震动参数a两个系列的超越概率特征值，但是不能用于分析构造地震作用的概率分布。这也是本实施例在步骤S101中选择基本地震动和极罕遇地震动的参数作为构造的概率分布上的基准特征值。
更进一步地，步骤S2中，根据极值Ⅰ概率分布确定包括多遇地震、罕遇地震在内的不同超越概率的地震动参数；
具体的，所述步骤S2中罕遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率2％的特征值作为罕遇地震动参数αmaxIIHr。也就是表3中超越概率2％的地震动参数
表3 II类场地罕遇地震和超越概率2％的地震动参数
基本烈度 Ⅵ-6 Ⅶ-7 Ⅶ-7(2) Ⅷ-8 Ⅷ-8(2) Ⅸ-9
αmaxIIHr(g) 0.076 0.150 0.221 0.290 0.428 0.561
αmaxIIH1(g) 0.1274 0.2243 0.3160 0.4077 0.5199 0.6320
αmaxIIHr/αmaxIIH1 0.596 0.669 0.699 0.711 0.82 3 0.888
注：表中g为重力加速度。
从表3中可以看到，极值Ⅰ型概率分布超越概率2％的地震动参数αmaxIIHr约为《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震动参数αmaxIIH1的59.6％～88.8％。极值Ⅰ型概率分布超越概率2％的地震动参数αmaxIIHr明显小于《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震动参数αmaxIIH1；用极值Ⅰ型概率分布分析，《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震动参数的超越概率明显小于2％。《建筑抗震设计规范》规定的罕遇地震作用是非常保守的，满足“大震不倒”的要求，但也会对现有的建筑造成额外的不必要的加固和改造。
采用出极值Ⅰ型概率分布超越概率2％的特征值作为罕遇地震动参数αmaxIIH对既有建筑进行“大震不倒”抗震鉴定，可以使我国城镇500～600亿平方米的既有建筑受益，避免不必要的加固和改造。
具体的，所述步骤S2中多遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率63.2％的特征值作为多遇地震动参数αmaxIIDu。
在表4中用αmaxIIDu简化地表示极值Ⅰ型概率分布的众值参数u，也就是超越概率约为63.2％的众值地震动参数。
表4 II类场地众值地震动参数与地震烈度对应关系
基本烈度 Ⅵ-6 Ⅶ-7 Ⅶ-7(2) Ⅷ-8 Ⅷ-8(2) Ⅸ-9
αmaxIIDu(g) 0.014 0.032 0.053 0.077 0.125 0.180
αmaxIID1(g) 0.0183 0.0357 0.0561 0.0714 0.1121 0.1427
αmaxIIDu/αmaxIID1 0.763 0.897 0.945 1.079 1.115 1.261
注：表中g为重力加速度。
从表4中可以看到，αmaxIIDu/αmaxIID1为介于0.763～1.261之间。从而验证了《建筑抗震设计规范》的多遇地震作用是在极值Ⅰ型概率分布众值地震作用的基础上进行了刻意的调整。采用极值Ⅰ型概率分布众值地震特征值作为多遇地震动参数αmaxIID，满足“小震不坏”和“中震可修”的要求。
具体的，所述步骤S3中的利用所述地震动参数，对建筑的抗震性能进行鉴定，并没有时间周期的参数。也就是说，构造地震作用概率分布并非对应于50年基准期地震作用统计数据的概率分布。
更具体的，在进行既有建筑抗震性能鉴定时，使用本实施例中的极值Ⅰ型概率分布超越概率计算的多遇地震参数和罕遇地震参数，没有50年基准期的概念，更不存在后续使用年限的问题。
优选的，所述步骤S3中，根据在不同烈度地震下的地震动参数和建筑结构的行为参数，建立建筑结构能力曲线和地震动曲线，根据所述建筑结构能力曲线和地震动曲线的交汇点，进行建筑的力与位移的双控性能鉴定。
具体的建筑的力与位移的双控性能鉴定方法为：
根据工程所在地的基本地震动峰值加速度值确定地震基本烈度，利用构造的极值Ⅰ型概率分布分别计算出工程所在地的多遇地震作用和和罕遇地震作用的地震动参数，或极罕遇地震作用的地震动参数；
划定多遇地震和罕遇地震的位移或位移角水准。
追踪结构从弹性、塑性、破坏的全过程，获得多遇地震、设防地震、罕遇地震和极罕遇地震作用的结构行为参数，根据相应弹性、塑性结构行为参数，确定结构倒塌的位移或位移角水准。
使多遇地震、设防地震、罕遇地震和极罕遇地震作用的地震动与结构行为相匹配，建立多多遇地震、设防地震、罕遇地震和极罕遇地震作用的地震动曲线。
将结构能力曲线和地震动曲线，绘制在力与位移(地震影响系数和位移角)为坐标的评估图中，若结构能力曲线与地震动曲线有交点，说明力与位移的双控性能满足要求，看是否通过。
综上所述，本发明的利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，构造出地震作用的概率分布，确定包括多遇地震、罕遇地震在内的各种不同超越概率的地震动参数；对建筑的抗震性能进行鉴定。利用极值Ⅰ型概率分布计算的多遇地震参数和罕遇地震参数，可以用于既有建筑的抗震鉴定，避免了应用新建建筑所采用的《建筑抗震设计规范》中罕遇地震作用过于保守的问题，对既有建筑的“大震不倒”抗震鉴定十分有利，可以使我国城镇500～600亿平方米的既有建筑受益，避免不必要的加固和改造。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用协调地震作用超越概率进行抗震性能鉴定的方法，其特征在于，包括：
步骤S1、确定超越概率万分之一的地震作用；采用构造概率分布的方式，构造出地震作用的概率分布；确定出所述概率分布的统计参数；所述步骤S1具体包括：
步骤S101、确定两种地震动参数作为所述概率分布上的基准特征值；所述步骤S101中的两种地震动参数为基本地震动和极罕遇地震动；所述基本地震动参数为《中国地震动参数区划图》GB18306-2015强制性规定的相应于50年超越概率为10%的地震动参数；所述极罕遇地震动参数为《中国地震动参数区划图》GB18306-2015强制性规定的相应于年超越概率为万分之一的地震动参数；不同基本烈度下的所述基本地震动参数α maxⅡ b（g）具体值为：
VI-6*烈度对应的α maxⅡ b值为0.05，VI-7*烈度对应的α maxⅡ b值为0.10，VII-7（2）烈度对应的α maxⅡ b值为0.15，VIII-8烈度对应的α maxⅡ b值为0.20，VIII-8（2）烈度对应的α maxⅡ b值为0.30，IX-9*烈度对应的α maxⅡ b值为0.40；
不同基本烈度下的极罕遇地震动参数α maxⅡ V（g）具体值为：VI-6*烈度对应的α maxⅡ V值为0.16，VI-7*烈度对应α maxⅡ V值为0.31，VII-7（2）烈度对应α maxⅡ V值为0.45，VIII-8烈度对应α maxⅡ V值为0.58，VIII-8（2）烈度对应α maxⅡ V值为0.84，IX-9*烈度对应α maxⅡ V值为1.08；
将所述基本地震动参数α maxⅡ b及其对应的累计分布p=90%和极罕遇地震动参数α maxⅡ V及其对应的累计分布p=99.99%分别带入概率密度函数的反函数表达式，求解出概率分布的众值参数u和尺度参数a；
步骤S102、根据所述概率分布的类型建立概率密度函数的反函数；
步骤S103、将所述基准特征值带入反函数中，计算出概率分布中的统计参数；
所述概率分布的类型为极值Ⅰ型概率分布；所述极值Ⅰ概率分布的概率密度函数的反函数表达式为：
；
式中：u和a是极值Ⅰ型概率分布的统计参数；u为极值Ⅰ概率分布的众值，a为极值Ⅰ型概率分布的尺度参数；p为累计分布；x p 为对应于累计分布p的特征值；
步骤S2、根据所述地震作用的概率分布确定包括多遇地震、罕遇地震在内的不同超越概率的地震动参数；所述步骤S2中罕遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率2%的特征值作为罕遇地震动参数α maxⅡ H；所述步骤S2中多遇地震的地震动参数确定为，将极值Ⅰ概率分布的众值参数u和尺度参数a带入概率密度函数的反函数表达式，求解出极值Ⅰ型概率分布超越概率63.2%的特征值作为多遇地震动参数α maxⅡ D；
步骤S3、利用所述地震动参数，对建筑的抗震性能进行鉴定。
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