结构可靠度理论在基础工程中的应用分析

摘要

结构工程实践说明，结构强度、结构所受载荷、结构的几何尺寸等众多均是随机变量。基于概率统计理论的可靠度设计方法，已在士建、水利、道路、矿山、机械、电力、航空、航天、电子和通信等众多工程领域得到了广泛应用。但由于影响构件和结构可靠性因素的随机性与复杂性，对于结构进行有效、准确的可靠性评价的研究仍方兴未艾。结构可靠度理论在土木工程、水利水电工程建筑、房屋建筑工程、道路工程结构、铁路路基工程、港口工程和机械工程中的研究与应用是当前一个研究的热点。
　　 随着国内各部门可靠度规范改革的进一步深入及岩土工程可靠度研究的进一步开展，作为土木工程、水利水电工程建筑、房屋建筑工程、道路工程结构、铁路路基工程、港口工程等重要组成部分的挡土墙结构的设计采用可靠度方法已是大势所趋。本文系统地研究和简要归纳了结构可靠度理论，并对结构可靠度理论在重力式挡土墙、桩基础可靠度计算中的应用进行了系统分析，主要研究内容如下：
　　 (1)对随机变量概率统计与常见的概率分布、结构可靠度、失效概率与可靠指标、构件可靠度的计算方法、结构可靠度的计算方法进行了系统地分析和简要归纳。
　　 (2)对重力式挡土墙可靠度分析中的不确定性指标进行了详细的研究。认为回填土的内摩擦角、土与墙背摩擦角、填土重度、基底摩擦系数、水力坡度等均为服从正态分布的随机变量。
　　 (3)结构可靠度的概念与重力式挡土墙单项可靠度计算方法，综合考虑了重力式挡土墙抗滑动和抗倾覆稳定性、地基承载力强度和墙身材料抗拉、抗压和抗剪的失效模式，并建立了相应的极限状态方程。并利用改进的一次二阶矩法计算出国内某挡土墙各失效模式下的可靠度。
　　 (4)对结构体系可靠度的计算方法进行了系统地分析和简要归纳，介绍结构体系可靠度的基本概念，分析串联、并联体系可靠度的计算方法，研究了钢结构中构件基本变形下可靠度的JC法计算模式。
　　 (5)利用结构可靠度理论，将重力式挡土墙抗滑动失稳、抗倾覆失稳、地基承载力不足、墙身材料受拉破坏、墙身材料受压破坏、墙身材料受剪破坏的失效模式视为串联系统，在各失效模式下的可靠度基础上，计算了重力式挡土墙结构体系可靠度窄界限。研究了桩底压浆灌柱桩基础在偏心荷载下的可靠度计算模式，用JC法求其单项可靠度，考虑失效模式相关性，求桩底压浆灌注桩基础的可靠度窄界限。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1工程结构可靠度理论研究历史

1.2岩土工程可靠度研究现状

1.3重力式挡土墙可靠度研究现状

第2章随机变量统计方法和结构设计的不确定性

2.1随机变量概率统计与常见的概率分布

2.1.1概率密度与累积概率分布函数

2.1.2随机变量数学特征

2.1.3常见的概率分布

2.2统计独立的正态分布变量线性组合的均值与方差

2.3结构设计的不确定性

2.4重力式挡土墙可靠度分析中随机变量的选取及其统计特征

第3章挡土墙设计的基本概念

3.1挡土墙概述

3.2土压力计算

3.2.1静止土压力

3.2.2主动土压力

3.2.3被动土压力

3.3挡土墙的设计计算

3.3.1挡土墙的类型与尺寸的选择

3.3.2重力式挡土墙的设计

3.3.3不考虑变量随机性的挡土墙设计实例

第4章结构可靠度的概念与重力式挡土墙单项可靠度计算方法

4.1结构可靠度、失效概率与可靠指标

4.1.1结构构件的功能函数

4.1.2可靠度与失效概率

4.1.3结构可靠度与可靠指标

4.1.4可靠指标β的两个常用公式

4.2一般分离法求可靠指标与分项系数的关系式

4.3单一失效模式下可靠度的计算方法

4.3.1一次二阶矩法中验算点法

4.3.2 JC法(Joint Committee Of Structural Safety)

4.3.3蒙特卡罗法(Monte Carlo Method)

4.4重力式挡土墙单一失效模式下的极限状态方程

4.4.1重力式挡土墙抗滑动稳定计算的极限状态方程

4.4.2重力式挡土墙抗倾覆稳定计算的极限状态方程

4.4.3重力式挡土墙地基抗破坏强度计算的极限状态方程

4.4.4重力式单一失效模式下可靠度分析实例

第5章结构体系可靠度的计算

5.1结构体系可靠度的基本概念

5.2串联体系可靠度的计算方法

5.3并联系统可靠度的计算方法

5.4构件基本变形下可靠度的JC法计算模式

第6章结构可靠度理论在基础工程中的应用分析

6.1重力式挡土墙结构体系可靠度的窄界限

6.1.1考虑地震、地下水作用挡土墙的失效模式

6.1.2考虑地震、地下水作用挡土墙可靠度界限分析

6.1.3实例分析

6.2轴心荷载下桩桩基础的可靠度计算

6.3偏心荷载下桩底压浆灌注摩擦桩基础的失效模式与可靠度的窄界限

6.3.1偏心荷载下摩擦桩基础的失效模式

6.3.2偏心荷载下摩擦桩基础失效模式相关情况下可靠度窄界限

结语

致谢

参考文献

学位申请者发表的论文及科研成果