地震关联谱：核电站多组件易损性中频率与楼层依赖性关联的估计方法

《Engineering》：Seismic Correlation Spectrum: Estimating Frequency- and Floor-Dependent Correlations for Multi-Component Fragility in Nuclear Power Plants

本文针对核电站地震概率风险评估（SPRA）中多组件失效关联性这一关键问题，批判了现有基于工程判断（judgment-based）的相关系数赋值法的局限性。研究创新性地提出了两种定量化解决方案：基于模拟的多组件易损性分析可直接生成包含关联性的联合失效函数；新型地震关联谱（SCS）则能量化频率和结构位置依赖性相关系数。案例研究证实了该方法能更精确地评估关联失效风险，为SPRA提供了物理依据更充分的关联性处理框架。

　　

Highlight

这项研究通过两种替代方法推进了SPRA中关联性的处理：1. 基于模拟的多组件易损性分析方法，直接从响应模拟中生成联合易损性曲线，固有地包含了关联性，尽管计算成本相对较高但仍可承受；2. 地震关联谱（SCS），它以无显著额外成本的方式表征跨频率和结构位置的关联性，提供可整合到现有复合易损性框架中的偏相关系数。两种方法都依赖于物理信息模拟而非假定的依赖模型，为建模依赖失效提供了定量基础。

Section snippets

SPRA中定量关联性处理的新框架

地震概率风险评估（SPRA）是一个综合框架，可分为五个主要步骤：1）概率地震危险性分析，2）地震需求分析（例如，计算结构内响应），3）易损性分析，4）系统分析（例如，事件树和故障树），以及5）后果分析（例如，堆芯损坏频率和早期大量释放频率）。在实践中，先计算系统、结构和部件（SSCs）的个体易损性，然后使用相关系数或分率系数等方法考虑组件间的依赖性。

概率地震响应分析

确定性而非概率性地震分析在实践中更广泛使用，主要是因为它需要更少的模拟（通常至少进行五次时程分析，如ASCE 43-19所推荐）。为了考虑影响结构响应的变量，对上下限（例如，对于土壤属性）各考虑一个标准差。另一方面，概率地震响应分析通过考虑地震动、土壤和结构属性的不确定性，提供了更真实的估计。

地震易损性分析

在本案例研究中，使用提出的基于模拟的多组件易损性方法（见第4.1节），计算了Kasapoglu [28]中研究的四个主要VVER-1000组件的六对组合的复合易损性曲线。这些组件是：1）第一阶段蓄压器（HA-1），2）第二阶段蓄压器（HA-2），3）稳压器（PRZ），和4）蒸汽发生器（SG）。HA-2位于内部建筑物的三楼，而其他三个组件（HA-1，PRZ，SG）位于四楼。

观察结果

在本节中，评估了四个组件每对组合（共六种情况）在地震基底剪力需求、地震能力（即，起始峰值地面加速度值）和易损性曲线中的关联性（第5.1节 地震基底剪力需求中的关联性，第5.3节 地震能力中的关联性）。第5.2节通过将其结果与第5.1节的发现进行比较，为提出的地震关联谱方法提供了基准。此外，还计算了分率系数以说明如何将地震关联谱（SCS）系数整合到现有的SPRA工作流程中。

总结、讨论与结论

这项研究从两个方面推进了当前的地震概率风险评估（SPRA）框架。首先，它提出了一种基于模拟的方法，通过同时进行的概率地震响应分析直接推导多个组件的复合易损性曲线，从而消除了主观估计关联水平的需要。其次，它引入了一种新颖的地震关联谱，提供了关于结构内组件间相互依赖性的频率依赖性洞察，并生成了可用于现有复合易损性模型的相关系数。