[发明专利]基于响应面模型的桥梁抗震设计方法

说明书

本发明提供的一种基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，能够充分考虑不同桥梁桥型类别及对应的各个设计参数以及地震动强度等因素，通过建立桥梁地震失效概率的响应面模型，得到桥梁各参数间的取值调整范围，在不满足性能要求时，便于确定调整的方向和范围，调优过程通过模型更加直观，从而能够快速方便的得出桥梁各设计参数的最优值，优化桥梁设计能力，提高桥梁安全系数，延长使用寿命，实用性强，计算过程简单，大大降低了设计时间成本，在满足桥梁抗震需求的情况下提高设计效率，具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及桥梁抗震设计技术领域，特别涉及一种基于响应面模型的桥梁抗震设计方法。

背景技术

在进行桥梁设计时，参数众多，随着桥梁结构越发复杂多变，周边环境特性变化多样，在选择设计参数以及对于设计参数的取值调整的过程也就越来越复杂，越来越繁琐，因此在大型桥梁设计过程中，通常根据经验确定所需参数及每个参数的大致取值范围，通过有限元计算得出满足要求的各个参数值，但各个参数值中不免存在优化空间，若不进行优化的话，可能造成计算过程过于复杂，直接导致求解困难，造成设计时间成本的大量浪费；若进行优化，又很难确定具体调整哪些参数以及如何调整其取值，才能达到优化，并且进行调试时，耗费时间可能很长，占用人力成本巨大，优化结果不理想，因此急需一种与桥梁安全设计目标相适配的便于优化的抗震设计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有桥梁设计过程中，设计环节复杂，很难确定各参数的最优取值，在保证安全性的前提下难以实现经济性，计算繁琐和时间成本浪费较大，建造成本高居不下等上述不足，提供一种基于响应面模型的桥梁抗震设计方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于响应面模型的桥梁抗震设计方法，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。

进一步的，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、持续时间。

进一步的，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。

进一步的，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。