一种桥梁结构多设计点可靠度分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114692282A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202210429658.9(22)申请日2022.04.22(71)申请人交通运输部公路科学研究所地址100088北京市海淀区西土城路8号(72)发明人白冰王磊(74)专利代理机构北京市盛峰律师事务所11337专利代理师于国强(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F111/08(2020.01)G06F119/02(2020.01)权利要求书3页说明书12页附图6页(54)发明名称一种桥梁结构多设计点可靠度分析方法(57)摘要本发明涉及工程结构可靠性分析领域，尤其涉及一种桥梁结构多设计点可靠度分析方法，所述方法包括根据桥梁结构分析确定其原始结构功能函数和设计点位置和数量；选取一设计点，并利用附加函数屏蔽其余设计点，确定屏蔽后结构功能函数；基于改进的交叉熵方法，对屏蔽后结构功能函数进行MCMC预抽样并确定重要抽样函数分布参数；通过对所述屏蔽后结构功能函数进行重要抽样，计算得到当前选取的设计点对应的结构失效概率；通过叠加所有设计点的结构失效概率后得到结构整体的失效概率。本发明方案实现了针对结构多设计点可靠度问题的高效稳健求解，有利于对大型桥梁结构进行可靠性优化、结构设计和结构评估。CN114692282ACN114692282A权利要求书1/3页1.一种桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基于桥梁结构的结构参数、功能参数和所承受荷载确定原始结构功能函数；根据所述原始结构功能函数确定设计点位置和设计点数量，并针对不同设计点构造对应的附加函数；选取一设计点，并利用所述附加函数屏蔽其余设计点，确定屏蔽后结构功能函数；基于改进的交叉熵方法，对所述屏蔽后结构功能函数进行MCMC预抽样并根据所述MCMC预抽样的样本确定重要抽样概率密度函数的参数值；采用所述重要抽样概率密度函数对所述屏蔽后结构功能函数进行重要抽样，以确定当前选取的设计点对应的结构失效概率；待获取所有设计点对应的结构失效概率后，通过叠加组合得到结构整体的失效概率。2.根据权利要求1所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述附加函数为：*其中，ri为屏蔽曲面半径，si为比例系数，xi为所要屏蔽的设计点；所述ri及si的数值分别由下式确定：ri＝γβform,i**其中，βform,i为xi对应的一阶可靠度指标，为原始结构功能函数G(xi)的梯度，γ和δ为经验参数。3.根据权利要求1所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述屏蔽后结构功能函数为：Gj(x)＝G(x)+ΣBi(x)其中，Gj(x)为当前选取设计点的屏蔽后结构功能函数，G(x)为原始结构功能函数，Bi*(x)为被屏蔽设计点xi所对应的附加函数。4.根据权利要求2所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，当所述附加*函数Bi(x)中||x‑xi||＝ri时，Bi(x)的一阶导数及二阶导数分别为：*Bi′(x|||x‑xi||＝ri)＝0*2Bi″(x|||x‑xi||＝ri)＝8siri>0。5.根据权利要求1所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述对所述屏蔽后结构功能函数进行MCMC预抽样，具体包括以下步骤：(1)(i)(n)步骤1：随机生成一条马氏链的n维初始变量x1＝[x1,…,x1,…,x1]∈F；(i)(i)步骤2：由第k轮抽样获得的第i维变量xk构造正态提议分布φi(·；xk)，自所述正态提议分布中抽取样本xi′；步骤3：计算转移核：2CN114692282A权利要求书2/3页步骤4：由均匀分布[0,1]随机抽取样本Ui，并令步骤5：重复步骤2～4，直至完成n维抽样，确定第k+1轮生成样本xk+1为：步骤6：重复所述步骤2～5，直至完成所要求数量的样本抽取。6.根据权利要求5所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述重要抽样概率密度函数的参数值包括均值和协方差阵；所述均值基于所述MCMC预抽样的样本确定，所述均值计算为：其中，为所述均值，xk为所述MCMC预抽样的样本。7.根据权利要求6所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述协方差阵基于所述MCMC预抽样的样本和所述均值确定，具体为：以所述均值所指方向为坐标轴构建新坐标系，并基于所述MCMC预抽样的样本计算所述均值所指方向的方差，利用转换矩阵获取原坐标系下的协方差阵；所述协方差阵计算为：其中，为所述均值所指方向的方差，为所述协方差阵。8.根据权利要求1所述的桥梁结构多设计点可靠度分析方法，其特征在于，所述确定当前选取的设计点对应的结构失效概率，具体为：3CN114