构筑物独立浅基础设计可靠度理论研究及工程应用

摘要

随着我国经济建设蓬勃发展，高耸构筑物在各个领域内得到了极为广泛的应用。高耸构筑物因其高度较大、横截面较小，横向荷载在基础设计中起着控制作用，并具有高度随机性而受到关注；同时浅基础因其经济、适用范围广，使得此类基础在众多构筑物基础方案中具有广阔的应用前景与研究价值，往往作为构筑物基础的首选方案；立足于工程实际需要，本文以铁塔基础设计为研究对象，重点对高耸构筑物浅基础的地基承载力、倾覆稳定性、冲切抗力和基础耐久性等方面及其可靠度设计理论进行了研究，并在以下几个方面有所创新： (1)在极限分析法的基础上推导了纵横向荷载共同作用下地基极限承载力的三维计算公式，公式概念清楚，表达形式简捷明了；与已有规范公式的比较分析，表明本文的三维计算公式具有较好的工程应用价值；通过与工程试验结果的对比分析，对三维理论计算公式进行了修正，修正后的三维公式的计算结果与试验测试资料具有良好的一致性；对三维理论计算公式与地基承载力通用公式进行了可靠度分析,并应用工程实例与汉森公式进行了比较。 (2)在分析基础侧向抗倾覆与沉降影响因素的基础上，基于极限分析，以地基土体出现部分塑性屈服为失稳临界，推导了横向荷载作用下带短立柱的矩形浅基础侧向极限承载力计算公式，并用工程实例验证了侧向极限承载力计算公式的工程实用价值；在此基础上，提出了带短立柱的独立浅基础整体抗倾覆稳定评价的新方法；在导出侧向极限承载力计算公式的基础上，对构筑物基础的侧向极限承载力进行了可靠度研究，并在分析与总结目前国内外基础沉降计算方法与模型的基础上，研究了独立浅基础地基的沉降可靠度。 (3)运用多种软件对基础的沉降与承载力进行了数值模拟分析，模拟结果与本文理论公式的计算结果吻合较好。 (4)在抗冲切试验的基础上，结合理论分析，对基础的抗冲切性能进行了研究：1）引进了计算参数ρ(纵筋率)，分析了它对基础抗冲切承载力的影响；2）试验并分析了基础垫层厚度对基础冲切抗力的影响；3）在测试与分析破坏试件的基础上，对修正了基础的冲切角与控制截面的周长；综合以上几个方面的成果，提出了独立浅基础抗冲切承载力的计算公式；并对提出的抗冲切承载力计算公式进行了可靠度研究，分析了各个抗冲切指标对基础可靠度设计的影响。 (5)在深入分析提高混凝土耐久性的途径与机理的基础上，分别对基础材料的耐久性进行了以下几类对比试验：1)抗渗透与抗氯盐腐蚀试验；2)抗冻融系列试验；3)进行了抗硫酸盐腐蚀系列试验；在试验基础上，结合基础材料耐久性可靠度研究，对浅基础混凝土材料的进行了优选。 (6) 应用本文的理论研究成果对四川省电力咨询有限公司提供的新型输电塔基础设计进行了可靠度优化分析。