[发明专利]屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法

说明书

本公开是关于一种屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法，属于系统稳健性分析技术领域，该方法包括：构建第一克里金替代模型，并计算第一初始样本矩阵中各样本点的均值以及均方差；根据第一克里金替代模型计算中间失效界限并计算初始样本矩阵中各样本点的U值；如果第一初始样本矩阵中各样本点的U值均大于预设U值，则产生下一个样本矩阵以替换第一初始样本矩阵得到第二初始样本矩阵；如果所述中间失效界限不大于预设失效界限，则利用第一克里金替代模型以及第二初始样本矩阵计算屋架结构的失效概率以及灵敏度。该方法减少了屋架结构的失效概率的计算成本，增加了屋架结构的稳健性以及安全性。

技术领域

本公开涉及系统稳健性分析技术领域，具体而言，涉及一种屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法。

背景技术

屋架是房屋组成部件之一，用于屋顶结构的桁架需要承受屋面和构架的重量以及作用在上弦上的风载，可以用木料、钢材或钢筋混凝土等材料制成，包括三角形、梯形、拱形等各种形状。屋架形式一般多用三角形，可以由上弦、下弦所示及垂直腹杆和斜腹杆组成。屋架结构在整个房屋构建中起到至关重要的作用。

可靠性分析是用于研究结构系统完成具体设定功能的能力的重要理论工具，近年来得到了迅速的发展。可靠性分析方法大致可以包括几类：近似解析法、数字模拟法以及函数替代法等等。其中，近似解析法主要包括均值一次二阶矩法和改进一次二阶矩法等，该方法主要在设计点上进行一阶或高阶泰勒展开，进而通过各统计矩来计算失效概率；数字模拟法主要包括蒙特卡洛法、重要抽样法、方向抽样法、线抽样法以及桥函数法等，其他各方法均从蒙特卡洛法发展演变而来；进一步的，数字模拟法应用范围广泛，当数据量足够时，对失效概率的估算值也非常精确；替代模型法，又可以被称为响应面法，主要包括神经网络法、支持向量机法、多项混沌展开法以及主动学习克里金替代模型法；该方法主要通过替代模型来模拟失效面，进而计算结构的失效概率。

灵敏度分析是用于研究结构系统输入变量或参数对输出响应方差的影响程度的重要理论工具。Sobol和Iman等假设变量的方差能够充分描述模型输出的不确定性指标，首次提出了基于方差的全局灵敏度分析方法； Borgonovo提出矩独立全局灵敏度指标反映出基本变量的重要性差别；Cui 研究了随机激励作用下基于方差、矩独立的全局灵敏度指标，并应用于牛头刨床轨迹灵敏度分析研究中；周长聪提出基于动力学响应参数的全局灵敏度指标，研究了处于随机激励下的结构系统随机不确定性输入参数对结构动力响应的影响。通过以上可靠性及灵敏度分析方法的不断发展，可靠性及灵敏度分析理论在结构系统中的应用也得到极大的推广。

需要指出的是，目前多数学者对于可靠性及灵敏度分析方法的研究尚处于理论研究阶段，在工程实际中，将所提出的理论方法应用于大型复杂工程的应用研究并不多，尤其对于极小失效概率结构系统的可靠性及灵敏度分析的应用相对缺乏。

鉴于此，需要提供一种新的屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的由于现有技术中关于可靠性以及灵敏度计算方法缺乏而导致的屋架结构的风险性较大的问题。

根据本公开的一个方面，提供一种屋架结构可靠性以及灵敏度计算方法，包括：

构建第一初始样本矩阵，并根据所述第一初始样本矩阵构建第一训练样本矩阵；

利用第一训练样本矩阵构建第一克里金替代模型，并利用所述第一克里金替代模型计算所述第一初始样本矩阵中各样本点的均值以及均方差；

根据所述第一克里金替代模型计算中间失效界限；并根据所述第一初始样本矩阵中各样本点的均值、均方差根据以及所述中间失效界限计算所述初始样本矩阵中各样本点的U值；