基于降维和聚类的高效地震易损性分析方法中国地震局工程力学研究所

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基于降维和聚类的高效地震易损性分析方法

发布时间： 2023-01-09 点击数量：341

研究背景：

结构地震易损性评估是基于性态的抗震设计和基于性能地震工程（Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE）的重要内容。基于增量动力分析（IDA）的易损性评估需要对多条地震动记录进行多次调幅，计算效率较低。已有的高效地震易损性分析方法无法兼顾计算效率与精度。如何准确高效评估结构地震易损性是研究热点。

创新点：

基于降维和聚类技术提出了一种高效地震易损性分析方法（图1）。该方法通过降维和聚类技术从原始地震动中选取少量代表性地震动进行易损性分析，使得两者易损性曲线接近，从而实现准确高效的结构地震易损性评估。基于大量单自由度体系的易损性分析结果，研究了本征维数（图2）和收敛误差（图3）对所提方法的影响。通过对两栋抗弯钢框架进行易损性分析（图4），检验了所提方法的有效性。

研究结果：

对输入特征不进行降维时，所提的高效地震易损性分析方法会过早收敛，导致计算精度降低；当用于所提的高效地震易损性分析方法时，核主成分分析（KPCA）和局部线性嵌入（LLE）技术相比较于其他降维技术有明显的优势；采用所提方法进行结构地震易损性分析，在不损失计算精度的同时计算效率可以提升将近一倍。

该成果发表在地震工程国际期刊《Earthquake Engineering and Structural Dynamics》（Jinjun Hu*, Bali Liu*, Lili Xie. An unsupervised machine learning based ground motion selection method for computationally efficient estimation of seismic fragility. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2022. DOI: 10.1002/eqe.3793）（IF：4.060，*通讯作者）

图1 方法实现流程图

图2 本征维数的影响

图3 收敛误差的影响

图4 有效性验证

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