[发明专利]基于响应面模型的桥梁抗震设计方法

权利要求书

1.一种基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定待设计的桥梁类型，根据该桥梁类型确定设计参数及各设计参数的对应取值范围；

(2)运用排列组合的方法对上述所有参数进行组合，建立该类型桥梁的设计参数样本库，对每组样本的参数建立有限元分析模型；

(3)根据地震动输入参数的随机性建立地震动样本库；

(4)对于每组样本对应的桥梁有限元模型，均利用地震动样本库的若干条地震波开展桥梁时程分析，计算得到每组桥梁设防目标对应的地震失效概率；

(5)根据地震失效概率及桥梁设计参数样本库建立特定地震动强度下对应的该类型桥梁失效概率的响应面模型；

(6)开展该类型桥梁的实际设计，将设计参数带入响应面模型，判断计算所得的地震失效概率是否满足性能要求，如果能，则能够确定桥梁的设计参数，否则调整相关设计参数；

(7)重复步骤(6)，直到该桥梁的设计参数满足地震失效概率要求，完成桥梁抗震设计。

2.如权利要求1所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，在步骤(3)中，地震动输入参数包括地震引起的地面运动的幅值、频率特性和持续时间。

3.如权利要求1所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中的地震失效概率计算公式为：

其中，D表示桥梁地震响应的实际需求值；c表示桥梁构件抵抗地震作用的能力值；C表示桥梁构件抗震能力的容许值；IM表示地震动强度值，im表示地震动强度的具体值；f_D,IM(·)为桥梁地震响应的实际需求值与地震动强度值的联合概率密度分布函数，f_IM(·)为地震强度的边缘分布函数。

4.如权利要求3所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，所述地震强度的边缘分布函数通过概率密度分布函数的非参数核密度估计计算得出，非参数核密度估计为其中，表示高斯核函数，h表示带宽参数，x_i表示第i个数据；n表示数据的个数。

5.如权利要求4所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，在步骤(4)中，对于每组桥梁有限元模型，均利用地震动样本库的若干条地震波开展桥梁时程分析，利用时程分析结果，提取所述桥梁中各危险构件的最大动力响应，计算最优带宽参数h，求解带宽矩阵H，根据规范确定桥梁各抗震设防等级。

6.如权利要求1所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，在步骤(5)中，失效概率的响应面模型计算公式如下：

其中，是桥梁失效概率的响应面模型；x_i、x_j是响应面模型的输入变量，即桥梁的设计参数；a_i、b_i、c_ij代表待评估参数；k是输入变量的个数；ε是拟合误差，ε服从均值为零的正太分布。

7.如权利要求1-6任一所述的基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，其特征在于，在步骤(7)中，还包括优化步骤，从而确定桥梁结构设计参数的最优值。