Quantile-based versus Sobol sensitivity analysis in limit state design
Loading...
Date
2020-11-08
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Elsevier
Altmetrics
Abstract
In limit state design, the reliability of building constructions is generally verified using design quantiles. The design resistance of a structure is explicitly expressed as a low quantile of the cumulative distribution function of resistance. The aim of this article is to show the connections and differences between quantile-oriented sensitivity analysis subordinated to a contrast and classic Sobol sensitivity analysis. Changing the fixed input variable causes synchronous change in the quantile and mean value, but how do the results of these two sensitivity analyses differ? The question is whether or not the changes around the design quantile (measured by contrast indices) are similar to the changes around the mean value, which are measured using Sobol’s indices. Comparison is performed on a case study, where the resistance of the structure is expressed by a non-linear function, the inputs of which are random material and geometric characteristics of the structure. The non-dimensional slenderness is a deterministic parameter, which changes the influence of input variables on the resistance as the model output. It was concluded upon comparing the results of both sensitivity analyses that the rank of the most important variables is the same for both low and high slenderness and is similar for intermediate slenderness. However, the interaction effects are very different. The identification of insignificant variables is the same. Other significant similarities and differences between both types of sensitivity analyses are presented in the article.
Při návrhu mezního stavu je spolehlivost stavebních konstrukcí obecně ověřována pomocí návrhových kvantilů. Návrhový odpor konstrukce je vyjádřen jako nízký kvantil kumulativní distribuční funkce odporu. Cílem tohoto článku je ukázat souvislosti a rozdíly mezi kvantilově orientovanou citlivostní analýzou podřízenou kontrastní a klasickou Sobolovou citlivostní analýzou. Změna fixované vstupní proměnné způsobí synchronní změnu kvantilu a střední hodnoty, ale jak se liší výsledky těchto dvou analýz citlivosti? Otázkou je, zda jsou změny kolem návrhového kvantilu (měřené kontrastními indexy) podobné změnám kolem střední hodnoty, které se měří pomocí Sobolových indexů. Porovnání se provádí na případové studii, kde je odolnost konstrukce vyjádřena nelineární funkcí, jejíž vstupy jsou náhodné materiálové a geometrické charakteristiky konstrukce. Bezrozměrná štíhlost je deterministický parametr, který mění vliv vstupních proměnných na odpor jako výstup modelu. Při porovnání výsledků obou analýz citlivosti byl učiněn závěr, že pořadí nejdůležitějších proměnných je stejné pro nízkou i vysokou štíhlost a je podobné pro střední štíhlost. Účinky interakce jsou však velmi odlišné. Identifikace nevýznamných proměnných je stejná. V článku jsou uvedeny další významné podobnosti a rozdíly mezi oběma typy citlivostních analýz.
Při návrhu mezního stavu je spolehlivost stavebních konstrukcí obecně ověřována pomocí návrhových kvantilů. Návrhový odpor konstrukce je vyjádřen jako nízký kvantil kumulativní distribuční funkce odporu. Cílem tohoto článku je ukázat souvislosti a rozdíly mezi kvantilově orientovanou citlivostní analýzou podřízenou kontrastní a klasickou Sobolovou citlivostní analýzou. Změna fixované vstupní proměnné způsobí synchronní změnu kvantilu a střední hodnoty, ale jak se liší výsledky těchto dvou analýz citlivosti? Otázkou je, zda jsou změny kolem návrhového kvantilu (měřené kontrastními indexy) podobné změnám kolem střední hodnoty, které se měří pomocí Sobolových indexů. Porovnání se provádí na případové studii, kde je odolnost konstrukce vyjádřena nelineární funkcí, jejíž vstupy jsou náhodné materiálové a geometrické charakteristiky konstrukce. Bezrozměrná štíhlost je deterministický parametr, který mění vliv vstupních proměnných na odpor jako výstup modelu. Při porovnání výsledků obou analýz citlivosti byl učiněn závěr, že pořadí nejdůležitějších proměnných je stejné pro nízkou i vysokou štíhlost a je podobné pro střední štíhlost. Účinky interakce jsou však velmi odlišné. Identifikace nevýznamných proměnných je stejná. V článku jsou uvedeny další významné podobnosti a rozdíly mezi oběma typy citlivostních analýz.
Description
Citation
Structures. 2020, vol. 28, issue December 2020, p. 2424-2430.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012420305993
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012420305993
Document type
Peer-reviewed
Document version
Accepted version
Date of access to the full text
2021-11-09
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/