Sensitivity analysis in probabilistic structural design: A comparison of selected techniques
Loading...
Date
2020-06-11
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
Although more and more reliability-oriented sensitivity analysis (ROSA) techniques are now available, review and comparison articles of ROSA are absent. In civil engineering, many of the latest indices have never been used to analyse structural reliability for very small failure probability. This article aims to analyse and compare different sensitivity analysis (SA) techniques and discusses their strengths and weaknesses. For this purpose, eight selected sensitivity indices are first described and then applied in two different test cases. Four ROSA type indices are directly oriented on the failure probability or reliability index beta, and four other indices (of a different type) are oriented on the output of the limit state function. The case study and results correspond to cases under common engineering assumptions, where only two independent input variables with Gaussian distribution of the load action and the resistance are applied in the ultimate limit state. The last section of the article is dedicated to the analysis of the different results. Large differences between first-order sensitivity indices and very strong interaction effects obtained from ROSA are observed for very low values of failure probability. The obtained numerical results show that ROSA methods lack a common platform that clearly interprets the relationship of indices to their information value. This paper can help orientate in the selection of which sensitivity measure to use.
Přestože je nyní k dispozici stále více a více technik analýzy citlivosti zaměřených na spolehlivost (ROSA), chybí přehledové a srovnávací články ROSA. Ve stavebnictví nebylo nikdy použito mnoho nejnovějších indexů k analýze strukturální spolehlivosti pro velmi malou pravděpodobnost poruchy. Tento článek si klade za cíl analyzovat a porovnat různé techniky analýzy citlivosti (SA) a diskutovat o jejich silných a slabých stránkách. Za tímto účelem je nejprve popsáno osm vybraných indexů citlivosti a poté použity ve dvou různých testovacích případech. Čtyři indexy typu ROSA jsou přímo orientovány na pravděpodobnost poruchy nebo index spolehlivosti beta a čtyři další indexy (jiného typu) jsou orientovány na výstup funkce mezního stavu. Případová studie a výsledky odpovídají případům za běžných technických předpokladů, kdy jsou v mezním stavu únosnosti použity pouze dvě nezávislé vstupní proměnné s Gaussovým rozložením působení zatížení a odporu. Poslední část článku je věnována analýze různých výsledků. Velké rozdíly mezi indexy citlivosti prvního řádu spolu s velmi silnými interakčními efekty získanými z ROSA jsou pozorovány u velmi nízkých hodnot pravděpodobnosti poruchy. Získané numerické výsledky ukazují, že metodám ROSA chybí společná platforma, která by jasně interpretovala vztah indexů k jejich informační hodnotě. Tento článek může pomoci orientovat se při výběru, které měřítko citlivosti použít.
Přestože je nyní k dispozici stále více a více technik analýzy citlivosti zaměřených na spolehlivost (ROSA), chybí přehledové a srovnávací články ROSA. Ve stavebnictví nebylo nikdy použito mnoho nejnovějších indexů k analýze strukturální spolehlivosti pro velmi malou pravděpodobnost poruchy. Tento článek si klade za cíl analyzovat a porovnat různé techniky analýzy citlivosti (SA) a diskutovat o jejich silných a slabých stránkách. Za tímto účelem je nejprve popsáno osm vybraných indexů citlivosti a poté použity ve dvou různých testovacích případech. Čtyři indexy typu ROSA jsou přímo orientovány na pravděpodobnost poruchy nebo index spolehlivosti beta a čtyři další indexy (jiného typu) jsou orientovány na výstup funkce mezního stavu. Případová studie a výsledky odpovídají případům za běžných technických předpokladů, kdy jsou v mezním stavu únosnosti použity pouze dvě nezávislé vstupní proměnné s Gaussovým rozložením působení zatížení a odporu. Poslední část článku je věnována analýze různých výsledků. Velké rozdíly mezi indexy citlivosti prvního řádu spolu s velmi silnými interakčními efekty získanými z ROSA jsou pozorovány u velmi nízkých hodnot pravděpodobnosti poruchy. Získané numerické výsledky ukazují, že metodám ROSA chybí společná platforma, která by jasně interpretovala vztah indexů k jejich informační hodnotě. Tento článek může pomoci orientovat se při výběru, které měřítko citlivosti použít.
Description
Keywords
Sensitivity analysis, uncertainty modelling, load action, resistance, limit states, stochastic simulation, failure probability, structural reliability, correlations, Citlivostní analýza, modelování nejistoty, zatížení, odolnost, mezní stavy, stochastická simulace, pravděpodobnost poruchy, konstrukční spolehlivost, korelace
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en