基于极值分布理论和制造技术

本发明专利技术公开了一种基于极值分布理论和

【技术实现步骤摘要】
基于极值分布理论和Copula技术的桥梁地震可靠度分析方法


[0001]本专利技术涉及桥梁结构抗震分析领域，特别是涉及基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法
。

技术介绍

[0002]桥梁结构作为跨越江河
、
山谷或其他天堑障碍的交通枢纽，被广泛应用于铁路
、
公路干线中，在国民经济社会发展中发挥着举足轻重的作用
。
我国处于环太平洋地震带和亚欧地震带之间，地震频发，地震灾害是我国面临的最主要的自然灾害之一
。
随着桥梁结构服役性能要求的提高，地震灾害等强动力作用导致的安全风险显著增强
。
对于实际的地震动，其峰值
、
持时和频谱都具有非常强的随机性和非平稳性
。
另一方面，由于施工误差
、
制造缺陷以及统计样本有限，结构的参数也存在着显著的不确定性
。
在结构和非平稳地震动双重不确定影响下，结构的地震响应也必然存在显著的随机性
>。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.
根据桥梁设计信息，建立桥梁结构有限元三维模型；
S2.
通过随机函数正交随机变量模拟，对谱表达非平稳地震动中所需要的高维随机变量进行降维，实现以2个基本随机变量来表达地震动的不确定性；
S3.
获取结构
‑
地震的样本对，将样本对参数代入有限元三维模型并进行结构非线性地震响应分析，得到桥梁结构感兴趣构件的响应极值；
S4.
根据构件的响应极值按照抽样方法估计分数阶矩，采用基于平移广义对数正态分布估计桥梁非线性极值响应分布；
S5.
对于感兴趣构件根据等效极值理论计算构件的失效概率；
S6.
依据
Copula
函数考虑构件复杂相关性，实现桥梁构件可靠度到桥梁系统可靠度的组合
。2.
根据权利要求1所述的基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法，其特征在于：所述步骤
S1
中，桥梁设计信息包括桥梁结构层次的不确定性和材料层次的不确定性参数；结构层次的不确定性包括：结构构件三维尺寸
、
混凝土保护层厚度
、
钢筋直径大小和结构阻尼比；材料层次的不确定性包括：混凝土弹性模量
、
混凝土抗压强度
、
钢筋弹性模型
、
钢筋屈服强度
、
斜拉索弹性模量
、
斜拉索屈服强度和支座摩擦系数；根据以上桥梁设计信息利用
OpenSees
开源平台建立等效有限元三维模型
。3.
根据权利要求1所述的基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法，其特征在于：所述步骤
S2
中，对于一个非线性随机动力系统，地震作用下的结构动力方程表示为：其中，
ζ
＝
[
ζ1,
ζ2,...,
ζ
d1
]
T
和
Θ
＝
[
θ1,
θ2,...,
θ
d2
]
T
分别为桥梁结构和地震动的随机参数向量；
M
和
C
分别为随机质量矩阵和阻尼矩阵；
H
为非线性恢复力向量；为随机地面运动；实际的地震记录的一维实值非平稳随机过程
X(t)
近似由下式表示：其中
Δω
为频率增量，
ω
k
＝
ω1+(k
‑
1)
Δω
为离散频率；为非平稳随机过程的模拟值，
S
X
(
ω
k
,t)
＝
|A(
ω
,t)|2S(
ω
)
为地震动的双边演化功率谱；
A(
ω
,t)
为非平稳地震动的时频调制函数；为一系列正交随机变量，其完全表征了地震动的不确定性；通过下式对进行模拟，减少概率空间维度，从而实现通过2个随机变量模拟完全非平稳随机地震动：其中，
cas
＝
sin(
·
)+cos(
·
)
为
Hartley
正交基函数，基于式
(3)
，高维随机变量就被表达为2个基本随机变量，
{
θ1,
θ2}
为生成的标准随机变量样本，因此地震动的
不确定性将完全由一个二维随机向量
Θ
＝
[
θ1,
θ2]
T
所表示
。4.
根据权利要求1所述的基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法，其特征在于：所述桥梁结构感兴趣构件包括桥墩
、
桥塔
、
支座
、
主梁及拉索
。5.
根据权利要求1所述的基于极值分布理论和
Copula
技术的桥梁地震可靠度分析方法，其特征在于：对于每一个桥梁的感兴趣构件，获取其桥梁结构和地震动的随机参数向量，作为结构
‑
地震的样本对，并将其送入有限元三维模型并进行结构非线性地震响应分析，得到桥梁的感兴趣构件的响应值
z(t)
，
t∈[0,T]
，
T
表示地震动持续时间；确定当前感兴趣构件在地震作用下的响应极值
z
ext
，其取值为：
6.
根据权利要求1所述的基于极值分布理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金，杨振宇，彭梦瑶，刘湘，张高，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：