[发明专利]一种大跨桥梁结构风-浪耦合设计荷载效应确定方法

说明书

技术领域

本发明属于跨海桥梁结构设计领域，涉及一种设计荷载效应确定方法，特别涉及一种在风-浪耦合作用下由大跨桥梁结构的10min动力荷载效应极值超越概率分布规律估计给定重现期条件下设计极限荷载效应的方法。

背景技术

确定复杂海洋环境的结构设计标准对大型跨海桥梁结构及其他类似结构十分必要。传统方法认为风、浪等环境要素相互独立，给定重现期条件下的结构设计荷载为各要素在该重现期下设计荷载的组合。显然，该方法忽略了风、浪之间的相互耦合，使结构设计荷载远远偏离实际情况，工程设计过于保守。近年来考虑风、浪耦合的联合概率设计方法成为海洋结构设计的发展方向，其中条件极值法和多变量极值法均以环境要素为随机变量，前者采用一种主要环境要素的极值概率分布和相伴环境要素的概率分布来表达多种环境要素的联合概率分布，后者以多变量点过程理论为基础，通过各变量的边缘分布和描述变量间相关性的模型构建多变量极值的联合概率分布。然而，随环境要素维数增加，联合概率分布函数的构建将变得十分困难；同时，结构荷载效应与环境要素的非线性关系也使联合概率分布的积分困难重重。荷载效应法也是一种联合概率设计方法，该方法以结构荷载效应为目标，将多种环境要素极值的联合分布转化为荷载效应极值的一维分布，可针对具体结构和关键截面具体分析，大大简化了计算。目前该方法多用于静力设计。大型海洋结构多为柔性结构，振动周期与环境要素周期接近，为保证结构安全，设计极限荷载效应需要考虑动力效应。然而包含动力效应的结构设计极限荷载效应的统计计算需要在环境要素分布参数的所有可能取值范围内进行大量结构动力模拟计算或现场实测，效率十分低下。因此迫切需要发展一种以传统荷载效应法为基础，通过建立结构的10min动力荷载效应概率模型来预测给定重现期条件下设计极限荷载效应的高效分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进传统荷载效应法，尤其是提供一种大跨桥梁结构风-浪耦合设计荷载效应的确定方法，该方法使风、浪环境要素极值的二维分布分析转化为结构动力荷载效应极值的一维分布分析，并通过建立结构的10min动力荷载效应极值超越概率分布函数确定给定重现期条件下的设计极限荷载效应，计算结果针对具体结构设计关键截面，且考虑结构的动力特性和环境作用的随机特征，更加符合真实情况，可推广到其他海洋结构设计。

为此，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种大跨桥梁结构风-浪耦合设计荷载效应确定方法，该方法包括以下步骤：(1)根据年极值风速U₁₀和有效波高H_s的观测值序列，分别统计二者的分布函数，其中U₁₀、H_s均服从Gumbel分布：

F(u)=exp[-exp(-u-μuσn)]---(1)]]>