基于核密度估计的地震动强度指标选取方法和相关设备

本发明涉及地震工程，尤其是一种基于核密度估计的地震动强度指标选取方法和相关设备。

背景技术：

1、在地震工程领域中，结构的地震易损性分析是评估结构抗震性能的重要方法。对于高桩码头，震害调查表明，其在地震中的破坏会导致巨大的经济损失。在概率地震需求分析（psda）框架下，需要建立地震动强度指标（im）与高桩码头工程需求参数（edp）之间的概率关系，进而计算码头在不同地震动强度下达到或超过某一极限状态的概率。im的合理选择直接决定了易损性分析结果的准确性和可靠性。一个理想的im应具备高效性（即给定im时edp的离散程度小）、充分性（与地震动其他特征无关）、单调性（edp随im单调变化）等特性。然而，实际存在数十种候选im，需要选出一个或少数几个综合性能最优的im。

2、传统的im优选方法多基于对数线性回归假设，即假定im与edp在对数空间中满足线性关系且残差方差齐性。但实际码头结构在强震下进入非线性阶段时，im-edp关系往往呈现显著的非线性、异方差性，传统线性回归方法易导致系统性偏差。此外，现有评价指标多为单一维度（如仅关注效率性或充分性），缺乏综合性、多准则的评价体系，难以全面反映im的优劣。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例主要目的在于提供一种基于核密度估计的地震动强度指标选取方法和相关设备，以期解决现有技术问题至少之一。本发明能够提升指标选取结果的工程适用性与决策可靠性。

2、为实现上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种基于核密度估计的地震动强度指标选取方法，该方法包括：

3、构建高桩码头的有限元模型；

4、基于所述有限元模型，获取所述高桩码头在地震动作用下的码头面板最大水平位移，得到工程需求参数；

5、通过核密度估计，构建概率地震需求模型；

6、基于所述概率地震需求模型，构造地震动强度指标的评估准则；

7、基于模糊层次分析法，获取所述评估准则的目标权重；

8、根据所述目标权重，获取每个所述地震动强度指标的综合得分；

9、获取最大的所述综合得分对应的所述地震动强度指标，得到所述高桩码头的目标地震动强度指标。

10、在一些实施例中，所述构建高桩码头的有限元模型，包括以下步骤：

11、通过非线性梁柱单元与纤维截面，对桩进行模拟；

12、通过四节点平面应变单元，对土体进行模拟；

13、通过折减剪切参数后的薄层单元，对所述桩与所述土体之间的接触面进行模拟；

14、通过等效荷载-质量法模拟水体的静水压力与动水惯性作用；

15、根据所述桩、所述土体、所述接触面以及所述静水压力与动水惯性作用，建立有限元模型，并在所述有限元模型的两侧设置自由场边界。

16、在一些实施例中，所述基于所述有限元模型，获取所述高桩码头在地震动作用下的码头面板最大水平位移，得到工程需求参数，包括以下步骤：

17、选取批量地震动；

18、将所述地震动输入所述有限元模型，通过非线性动力时程分析，获取所述高桩码头在地震动作用下的所述码头面板最大水平位移；

19、将所述码头面板最大水平位移作为所述工程需求参数。

20、在一些实施例中，所述通过核密度估计，构建概率地震需求模型，包括以下步骤：

21、对所述地震动强度指标进行对数变换，得到对数域强度指标；

22、对所述工程需求参数进行对数变换，得到对数域需求参数；

23、获取所述对数域强度指标的一维核密度估计；

24、根据所述对数域强度指标与所述对数域需求参数，得到二维数据；

25、获取所述二维数据的二维核密度估计；

26、将所述二维核密度估计除以所述一维核密度估计，得到所述概率地震需求模型。

27、在一些实施例中，所述基于模糊层次分析法，获取所述评估准则的目标权重，包括以下步骤：

28、根据各个所述评估准则之间的相对重要性关系，获取三角模糊数；

29、根据所述三角模糊数，构建模糊判断矩阵；

30、根据所述模糊判断矩阵，获取各个所述评估准则对应的所述目标权重。

31、在一些实施例中，所述根据所述模糊判断矩阵，获取各个所述评估准则对应的所述目标权重，包括以下步骤：

32、获取所述模糊判断矩阵的行和向量以及列和向量；所述行和向量包括行和上界值、行和中间值以及行和下界值；所述列和向量包括列和上界值、列和中间值以及列和下界值；

33、将所述行和上界值除以所述列和下界值，得到综合度上界分量；

34、将所述行和中间值除以所述列和中间值，得到综合度中间分量；

35、将所述行和下界值除以所述列和上界值，得到综合度下界分量；

36、根据所述综合度上界分量、所述综合度中间分量以及所述综合度下界分量，得到所述评估准则的模糊综合度；

37、对所述模糊综合度的所述综合度上界分量、所述综合度中间分量以及所述综合度下界分量进行算术平均，得到所述评估准则的清晰化系数；

38、对所有所述评估准则的所述清晰化系数进行归一化，得到各个所述评估准则对应的所述目标权重。

39、在一些实施例中，所述根据所述目标权重，获取每个所述地震动强度指标的综合得分，包括以下步骤：

40、对效率性准则的效率指标值进行反向归一化，得到第一归一化指标；

41、对依赖性准则的距离相关系数进行正向归一化，得到第二归一化指标；

42、对互信息准则的互信息量进行正向归一化，得到第三归一化指标；

43、对单调敏感性准则的脊线斜率指标值进行正向归一化，得到第四归一化指标；

44、根据各个所述评估准则对应的所述目标权重，对所述第一归一化指标、所述第二归一化指标、所述第三归一化指标以及所述第四归一化指标进行加权求和处理，得到所述地震动强度指标的综合得分；

45、其中，所述评估准则包括所述效率性准则、所述依赖性准则、所述互信息准则以及单调敏感性准则。

46、为实现上述目的，本发明实施例的另一方面提出了一种基于核密度估计的地震动强度指标选取装置，所述装置包括：

47、有限元模型构建模块，用于构建高桩码头的有限元模型；

48、工程需求参数获取模块，用于基于所述有限元模型，获取所述高桩码头在地震动作用下的码头面板最大水平位移，得到工程需求参数；

49、概率地震需求模型构建模块，用于通过核密度估计，构建概率地震需求模型；

50、评估准则构造模块，用于基于所述概率地震需求模型，构造地震动强度指标的评估准则；

51、权重获取模块，用于基于模糊层次分析法，获取所述评估准则的目标权重；

52、综合得分获取模块，用于根据所述目标权重，获取每个所述地震动强度指标的综合得分；

53、地震动强度指标选取模块，用于获取最大的所述综合得分对应的所述地震动强度指标，得到所述高桩码头的目标地震动强度指标。

54、为实现上述目的，本发明实施例的另一方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前面所述的方法。

55、为实现上述目的，本发明实施例的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。

56、为实现上述目的，本发明实施例的另一方面提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前述的方法。

57、本发明的实施例至少包括以下有益效果：本发明提供一种基于核密度估计的地震动强度指标选取方法和相关设备，该方案通过构建高桩码头的有限元模型，精准还原桩、土体、水体之间的动力特性；基于有限元模型，获取高桩码头在地震动作用下的码头面板最大水平位移，得到工程需求参数，能够有效表征码头的整体变形程度并与结构损伤状态直接相关；通过核密度估计，构建概率地震需求模型，无需预设分布假设，提升模型对罕遇地震的适应性；基于概率地震需求模型，构造地震动强度指标的评估准则，将指标优选问题转化为可量化的多属性决策问题；基于模糊层次分析法，获取评估准则的目标权重，有效化解专家经验中定性判断的模糊性与主观偏好，增强权重分配的客观性与工程合理性；根据目标权重，获取每个地震动强度指标的综合得分，实现多维评估准则的集成量化；获取最大的综合得分对应的地震动强度指标，得到高桩码头的目标地震动强度指标，为高桩码头抗震设防与易损性分析选取最优关键输入参数。