[發明專利]基于響應面模型的橋梁抗震設計方法

有效

• 申請號: 201811203957.0
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109214119B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 楊國靜;董俊;曾永平;鄭曉龍;陶奇;徐昕宇;蘇延文;龐林;顏永逸;周川江
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓

本發明提供的一種基于響應面模型的橋梁抗震設計方法，能夠充分考慮不同橋梁橋型類別及對應的各個設計參數以及地震動強度等因素，通過建立橋梁地震失效概率的響應面模型，得到橋梁各參數間的取值調整范圍，在不滿足性能要求時，便于確定調整的方向和范圍，調優過程通過模型更加直觀，從而能夠快速方便的得出橋梁各設計參數的最優值，優化橋梁設計能力，提高橋梁安全系數，延長使用壽命，實用性強，計算過程簡單，大大降低了設計時間成本，在滿足橋梁抗震需求的情況下提高設計效率，具有極好的應用前景。

技術領域

本發明涉及橋梁抗震設計技術領域，特別涉及一種基于響應面模型的橋梁抗震設計方法。

背景技術

在進行橋梁設計時，參數眾多，隨著橋梁結構越發復雜多變，周邊環境特性變化多樣，在選擇設計參數以及對于設計參數的取值調整的過程也就越來越復雜，越來越繁瑣，因此在大型橋梁設計過程中，通常根據經驗確定所需參數及每個參數的大致取值范圍，通過有限元計算得出滿足要求的各個參數值，但各個參數值中不免存在優化空間，若不進行優化的話，可能造成計算過程過于復雜，直接導致求解困難，造成設計時間成本的大量浪費；若進行優化，又很難確定具體調整哪些參數以及如何調整其取值，才能達到優化，并且進行調試時，耗費時間可能很長，占用人力成本巨大，優化結果不理想，因此急需一種與橋梁安全設計目標相適配的便于優化的抗震設計方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有橋梁設計過程中，設計環節復雜，很難確定各參數的最優取值，在保證安全性的前提下難以實現經濟性，計算繁瑣和時間成本浪費較大，建造成本高居不下等上述不足，提供一種基于響應面模型的橋梁抗震設計方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種基于響應面模型的橋梁抗震設計方法，包括如下步驟：

(1)確定待設計的橋梁類型，根據該橋梁類型確定設計參數及各設計參數的對應取值范圍；

(2)運用排列組合的方法對上述所有參數進行組合，建立該類型橋梁的設計參數樣本庫，對每組樣本的參數建立有限元分析模型；

(3)根據地震動輸入參數的隨機性建立地震動樣本庫；

(4)對于每組樣本對應的橋梁有限元模型，均利用地震動樣本庫的若干條地震波開展橋梁時程分析，計算得到每組橋梁設防目標對應的地震失效概率；

(5)根據地震失效概率及橋梁設計參數樣本庫建立特定地震動強度下對應的該類型橋梁失效概率的響應面模型；

(6)開展該類型橋梁的實際設計，將設計參數帶入響應面模型，判斷計算所得的地震失效概率是否滿足性能要求，如果能，則能夠確定橋梁的設計參數，否則調整相關設計參數；

(7)重復步驟(6)，直到該橋梁的設計參數滿足地震失效概率要求，完成橋梁抗震設計。

進一步的，在步驟(3)中，地震動輸入參數包括地震引起的地面運動的幅值、頻率特性、持續時間。

進一步的，所述步驟(4)中的地震失效概率計算公式為：

其中，D表示橋梁地震響應的實際需求值；c表示橋梁構件抵抗地震作用的能力值；C表示橋梁構件抗震能力的容許值；IM表示地震動強度值，im表示地震動強度的具體值；f_D,IM(·)為橋梁地震響應的實際需求值與地震動強度值的聯合概率密度分布函數，f_IM(·)為地震強度的邊緣分布函數。

進一步的，所述地震強度的邊緣分布函數通過概率密度分布函數的非參數核密度估計計算得出，非參數核密度估計為其中，表示高斯核函數，h表示帶寬參數。