考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法

本发明涉及结构时变可靠度，尤其涉及一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法。

背景技术：

1、工程结构一般具有复杂的结构形式及集成化的功能，这些结构一旦出现故障，不仅会造成巨大的经济损失，甚至有可能危及人的生命安全。众所周知，一般的系统往往由多个组件构成，随着使用时间的增长，这些组件的性质一般情况下会发生退化，使得故障更易于发生。对于工程结构而言，荷载效应和强度的相对大小，对结构由安全域转换为失效域起着关键作用。因此，对结构可靠性进行准确评价的前提，是对荷载效应和强度等参数的分散性及其数学特征进行分析，基于此特性发展相应的定量计算方法。

2、面对交通运输需求的不断提升，海上通道成为了便捷的运输方式。因此，保证港口安全是使其高效运行的根本。港口桩基码头具有结构轻、透空性好、对软土地基适应性强等优点，广泛分布于粉砂及淤泥质海岸。目前世界沿海港口桩基损伤问题严重影响港口运行及效益、港口建设和安全运营等，成为重大港口维护和管理工作的重点和难点。

3、目前，大多数研究集中于对回淤过程中桩基弯矩等结构性能参数直接进行分析，在进行回淤过程土体参数不确定性对桩基损伤影响机制的桩基服役性能评估时，计算效率和计算精度较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，以克服上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，包括如下步骤：

4、s1：获取泥沙土体力学参数，确定泥沙土体力学参数的分布类型和统计特征，以根据蒙特卡抽样法，获取抽样后的泥沙土体力学参数；

5、所述泥沙土体力学参数包括黏聚力c，摩擦角phi，弹性模量es，泊松比nu；

6、s2：将所述抽样后的泥沙土体力学参数输入至高桩码头桩基的结构模型中，获取高桩码头桩基的结构性能参数，并建立结构功能函数；

7、s3：根据所述结构功能函数，通过sobol分析法获取泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；

8、s4：根据泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度，获取敏感参数，所述敏感参数包括第一敏感度参数和第二敏感度参数；其中的第一敏感度参数为对结构性能响应参数的敏感度最大的泥沙土体力学参数，第二敏感度参数为对结构性能响应参数的敏感度第二大的泥沙土体力学参数；

9、s5：获取所述敏感参数的随机概率代表点，以通过切球选点法获取所述敏感参数的赋得概率；

10、s6：根据所述敏感参数的赋得概率，获取桩基结构时变可靠度，以对状态相互作用体系进行可靠性评估。

11、进一步的，所述s2中，结构功能函数为：

12、z＝f(x)；

13、x＝{xi}＝{c，phi，es，nu}

14、z＝{zj|j＝1，2，...，m}

15、其中，z为结构性能响应参数，m为结构性能响应参数的总数，zj表示第j个结构性能响应参数；j为结构性能响应参数的编号；x为泥沙土体力学参数的集合；xi表示第i个泥沙土体力学参数，i为泥沙土体力学参数的编号。

16、进一步的，所述s3中，获取泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度的方法如下：

17、s31：根据所述结构功能函数，获取结构性能相应参数与泥沙土体力学参数的拟合关系式如下：

18、

19、其中，f0为初始项，fi(xi)为第i个泥沙土体力学参数的结构功能函数表达式，fi,i’(xi,xi’)为第i和第i’个泥沙土体力学参数的结构功能函数表达式；

20、s32：获取泥沙土体力学参数的总方差如下：

21、

22、s33：获取泥沙土体力学参数的偏方差如下：

23、vi＝∫f2(xi)d xi,i＝1,2,3,4

24、其中，vi为第i个泥沙土体力学参数的偏方差；

25、s34：获取泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；

26、

27、其中，st1表示第1个泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；st2表示第2个泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；st3表示第3个泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；st4表示第4个泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；

28、其中，

29、

30、

31、

32、

33、其中，v1，v2，v3，v4，分别为黏聚力，摩擦角，弹性模量，泊松比的偏方差；v1，2表示粘聚力和内摩擦角同时作用的方差项，v1，2，3表示粘聚力、内摩擦角和弹性模量同时作用的方差项。

34、进一步的，所述s6中，获取桩基结构时变可靠度如下：

35、

36、式中：pzθ(z，θk，t)为时间-响应的联合概率密度，为第j个结构性能参数的演化速度；δz为结构性能参数的步长；pv，v＝1，2，..，n为随机概率代表点的敏感参数的赋得概率；z0为结构性能参数的初始值；ωs为结构性能参数的安全阈；θk为第k个泥沙土体力学参数的随机概率；t为响应时间。

37、进一步的，所述高桩码头桩基的结构性能参数包括桩基最大弯矩、桩基最大剪力和桩基最大水平位移。

38、有益效果：本发明的一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，以泥沙土体参数不确定性的信息和数据为依据，通过对包括黏聚力，摩擦角，弹性模量，泊松比的泥沙土体力学参数进行研究；采用sobol分析法提取了对实际结构影响最大的两个参数；根据这两个参数的数字特征通过切球选点法求得各代表点的赋得概率；随后确定结构响应失效阈值；在此基础上依据概率密度演化理论，采用有限差分求解广义概率密度演化方程，获得结构可靠度随时间演变规律。该法可以有效识别影响结构性能的关键参数，减少大量输入变量不确定性对计算时间的消耗。具有计算效率快、精度高、适用范围广等特点。

技术特征：

1.一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，其特征在于，所述s2中，结构功能函数为：

3.根据权利要求1所述的一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，其特征在于，所述s3中，获取泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度的方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，其特征在于，所述s6中，获取桩基结构时变可靠度如下：

5.根据权利要求1所述的一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，其特征在于，所述高桩码头桩基的结构性能参数包括桩基弯矩、桩基剪力和桩基最大水平位移。

技术总结
本发明公开了一种考虑概率密度演化的桩土相互作用体系可靠性分析方法，包括：根据泥沙土体力学参数，获取抽样后的泥沙土体力学参数；将其输入至高桩码头桩基的结构模型中，获取高桩码头桩基的结构性能参数，并建立结构功能函数；通过Sobol分析法获取泥沙土体力学参数对结构性能响应参数的敏感度；获取敏感参数的随机概率代表点，以通过切球选点法获取所述敏感参数的赋得概率；获取桩基结构时变可靠度，以对状态相互作用体系进行可靠性评估。本发明以泥沙土体参数不确定性的信息和数据为依据，可以有效识别影响结构性能的关键参数，减少大量输入变量不确定性对计算时间的消耗。具有计算效率快、精度高、适用范围广等特点。

技术研发人员：崔春义,熊琦,季则舟,许成顺,张鹏,王坤鹏,汪承志
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14