1.一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立风速和波高的边缘概率分布函数;
步骤2:建立风速和波高的联合分布模型,确定不同重现期的风浪组合;
步骤3:建立跨海桥桥塔-承台-桩基组合结构的有限元模型,确定风荷载和波浪荷载的加载位置;
步骤4:通过谱解法生成脉动风场计算桥塔静风阻力和抖振阻力;通过谐波合成法生成随机波浪场,计算桩基和承台的波浪荷载;
步骤5:将步骤4计算得到的风浪荷载加载到步骤3建立的有限元模型中,求解结构的动力响应;
步骤6:重复步骤4和步骤5求解步骤2得到的所有风浪组合下的结构动力响应,从而得到结构极端响应等值线图;
步骤7:根据步骤6得到的结构极端响应等值线图进行跨海桥结构的优化设计。
2.根据权利要求1所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤1中建立多种边缘概率分布函数,通过最大似然值选择需要的函数。
3.根据权利要求1所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤2中根据copula函数和步骤1中的边缘概率分布函数,建立风速和波高的联合分布模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤4中桥塔静风阻力为::桥塔抖振阻力为:
式中:ρ为空气密度,U为平均风速,b为桥塔宽度,h为桥塔长度,Cd为空气阻力系数,v(t)为脉动风速,t为时间。
5.根据权利要求1所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤4中随机波浪场为P-M谱,桩基的波浪荷载Fpile为:承台的波浪荷载Fcap为:
式中:ρw为水的密度,CD为海洋阻力系数,D为结构直径,u为水质点的速度,CM为海洋的惯性力系数,为水质点的加速度,H为波高,k为波数,γ为水的重度,z为计算点至水底的高度,d为水深,w为线性波圆频率,fA为绕射系数。
6.根据权利要求2所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤1中建立四种边缘概率分布函数,分别为Gumbel、Weibull、Gamma和Lognormal函数。
7.根据权利要求6所述的一种基于风浪联合分布极端响应的跨海桥结构优化方法,其特征在于,所述步骤2中建立四种copula模型,分别为Gumbel copula、Clayton copula、Gaussian copula和Frank copula;通过AIC准则评价上述四种模型,确定最优分布模型。