近断层脉冲型地震动下单层球面网壳结构倒塌风险的拉丁超立方抽样分析

本文采用拉丁超立方抽样（LHS）方法，结合一阶二阶矩（FOSM）法和多响应地震损伤评估模型，系统研究了Schwedler单层网壳在近断层脉冲型地震动下的倒塌风险。研究量化了建模不确定性对易损性曲线的影响，揭示了阻尼比和钢材屈服强度对结构抗倒塌能力的关键作用，为网壳结构的抗震优化设计提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究通过拉丁超立方抽样（LHS）生成的随机模型，系统评估了七种三向地震强度表征方法对建模不确定性的影响。结果表明：结构损伤加剧时，建模不确定性显著增大，尤其在采用特定地震强度指标（如谱加速度S_a(T₁)）时，其贡献率可达总不确定性的35%。

FOSM方法及对应随机模型

一阶二阶矩（FOSM）法通过线性化极限状态函数，高效识别出阻尼比和钢材屈服强度是影响易损性曲线中位值的敏感性参数。当参数偏离均值±1.7倍标准差时，结构倒塌概率波动幅度达40%，凸显材料参数对抗震性能的调控作用。

风险评估

基于全概率理论，采用S_a(T₁)作为强度指标计算年超越概率λ_limit。结果显示：在考虑建模不确定性后，网壳结构在0.4g地震强度下的倒塌概率从12%升至19%，证实忽略参数变异性会显著低估实际风险。

结论

该研究建立的加权多响应损伤模型（综合位移角、能量耗散等指标）能动态捕捉结构性能演化，为近断层区网壳结构的抗震设计提供重要参考。建议未来研究将地震动方向性效应与局部构件损伤机制纳入分析框架。