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主管单位 中华人民共和国工业和信息化部 主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:瞿发宪,李均进,胡明武,单德山.基于高斯混合模型的非规则连续梁桥概率地震需求分析[J].哈尔滨工业大学学报,2025,57(11):144.DOI:10.11918/202410019
QU Faxian,LI Junjin,HU Mingwu,SHAN Deshan.Probabilistic seismic demand analysis of irregular continuous girder bridge based on Gaussian mixture modeling[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2025,57(11):144.DOI:10.11918/202410019
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基于高斯混合模型的非规则连续梁桥概率地震需求分析
瞿发宪1,李均进1,胡明武1,单德山2
(1.云南省公路科学技术研究院,昆明 650051;2.西南交通大学 土木工程学院,成都 610031)
摘要:
为真实反映结构地震需求均值及方差随地震动强度的非线性变化,提出了一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的概率地震需求模型。该模型基于统计学原理,对地震需求及地震动强度的联合概率密度分布和条件概率分布进行估计,然后采用高斯混合回归(Gaussian mixture regression,GMR)建立。以一座3跨30 m的连续T梁桥为例,对该模型的特点进行了分析研究,并与传统的对数线性回归需求模型进行对比。结果表明:地震荷载作用下,受桥台及挡块对梁体位移的限制作用、台后填土及墩柱屈服的影响,桥梁结构状态具有显著的阶段性特征,地震需求与地震动强度的联合分布也因此表现出明显的多峰特性,GMM可实现对该联合分布的较好拟合;相较于对数线性回归模型,基于GMM建立的概率地震需求模型反映了地震需求均值及方差的非线性变化,拟合更优,因而计算得到的易损性曲线与对数线性回归模型存在一定差异;地震需求及地震动强度的联合概率分布的混合成分、基于GMM的地震需求模型均值及方差与结构状态的阶段性特征有着紧密联系。
关键词:  桥梁工程  概率地震需求模型  高斯混合模型  均值及方差非线性  非规则连续梁桥
DOI:10.11918/202410019
分类号:U448
文献标识码:A
基金项目:云南省交通运输厅科技创新示范项目(2023-83(四));云南省交通运输厅科技计划项目(2017(A)03);四川省重点研发计划项目(24ZDYF1705)
Probabilistic seismic demand analysis of irregular continuous girder bridge based on Gaussian mixture modeling
QU Faxian1,LI Junjin1,HU Mingwu1,SHAN Deshan2
(1.Yunnan Highway Science and Technology Research Institute, Kunming 650051, China; 2.Civil Engineering School, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract:
To capture nonlinear variations in the mean and variance of seismic demand relative to seismic intensity measures, this study proposes a probabilistic seismic demand model based on a Gaussian mixture model (GMM). Grounded in statistical principles, the model estimates the joint and conditional probability distributions of seismic demand and intensity, subsequently established via Gaussian mixture regression (GMR). Using a 3-span, 30-meter continuous T-beam bridge as a case study, we analyze the model′s characteristics and compare them with traditional log-linear regression approaches. Results indicate that structural states exhibit distinct stage-dependent characteristics due to constraints from abutments and shear keys on girder displacement, coupled with backfill soil effects and pier column yielding. Consequently, the joint distribution of seismic demand and intensity displays significant multimodality, which the GMM effectively captures. Owing to its capacity to characterize nonlinear variations in seismic demand statistics, the GMM-based model demonstrates superior fitting performance, yielding fragility curves that differ discernibly from those generated by log-linear regression. Furthermore, mixture components of the joint probability distribution—alongside the mean and variance of the GMM-based model—show strong correlations with the structure′s stage-dependent behavioral phases.
Key words:  bridge engineering  probabilistic seismic demand model  Gaussian mixture model  mean and variance nonlinearity  irregular continuous girder bridge

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