人工挖孔桩单桩竖向承载力与可靠度研究

摘要

人工挖孔桩竖向承载力和承载力验算方法由容许应力法过渡为概率极限状态设计法是急需解决的问题。通过试验资料分析、理论研究和实例计算相结合的方法，分别研究了人工挖孔桩的地基承载力提高系数，正常使用极限状态和承载能力极限状态下辽宁省地方地基基础规范中人工挖孔桩的可靠指标，挖孔桩的可靠度直接设计法和分项系数设计法等。
　　讨论了持力层土质、墩底直径、墩基埋深和密实度对地基承载力提高系数的影响，求得了人工挖孔桩基础和墩式基础的地基承载力提高系数的经验公式。从它们的承载力对比中发现，当按规范设计相对埋深较小的挖孔桩时，其单桩承载力是偏大的，这在实际工程中是偏于不安全的。
　　根据随机场理论和协方差传播律，推导出了考虑动探击数自相关性的人工挖孔桩竖向承载力的均值、标准差和变异系数的计算公式，给出了桩端直径的统计参数。通过实例证明了对于砂类土和碎石类土地基利用重型动力触探数据计算相关距离是合适的。
　　采用校准法计算了正常使用极限状态下地方地基基础规范中挖孔桩的目标可靠指标，给出了可靠度直接设计法的计算公式和计算步骤。研究结果表明，挖孔桩抗力遵循对数正态分布;荷载效应比和荷载组合形式对可靠指标的影响较大，抗力概型分布对可靠指标有一定程度的影响，挖孔桩竖向承载力在不同的荷载组合下应采用不同的目标可靠指标。
　　利用承载能力极限状态下无量纲随机变量的极限状态方程进行了可靠度分析，采用JC法计算了可靠指标，得到了地方地基基础规范中挖孔桩的目标可靠指标和抗力分项系数;经过计算表明，荷载效应比和荷载组合形式对可靠指标有一定程度的影响，抗力概型分布对可靠指标的影响较大，荷载效应比和荷载组合型式对抗力分项系数产生的影响较小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出

1．2 人工挖孔桩承载力的研究进展和现状

1．3 结构工程和地基工程可靠度理论的发展现状

1．3．1 结构工程可靠度理论的发展现状

1．3．2 地基工程可靠度理论的发展现状

1．4 主要研究内容

1．4．1 短人工挖孔桩与墩式基础的竖向承载力对比研究

1．4．2 人工挖孔桩竖向承载力的可靠度研究

第二章 短人工挖孔桩与墩式基础竖向承载力的比较研究

2．1 引言

2．2 墩式基础和挖孔桩的特点、工作机理和破坏模式

2．3 墩式基础极限承载力和独立基础与短挖孔桩基础的比较

2．4 有关墩式基础地基承载力提高系数的讨论

2．4．1 墩式基础竖向承载力计算

2．4．2 墩式基础持力层土质对地基承载力提高系数的影响

2．4．3 墩底和桩端的直径、基础埋深和土的密实度对地基承载力的影响

2．5 挖孔桩基础与墩式基础的地基承载力提高系数的对比

2．5．1 重型动力触探击数和地基土承载力标准值之间的回归经验公式

2．5．2 人工挖孔桩基础的承载力提高系数的推导

2．5．3 挖孔桩承载力提高系数与桩端直径、动探击数、埋深的关系

2．5．4 人工挖孔桩基础与墩式基础的地基承载力提高系数的对比

2．6 本章小结

第三章 桩基础可靠度设计的理论基础

3．1 可靠性、可靠度的概念

3．2 桩的极限状态和极限状态方程

3．3 可靠度与失效概率的关系

3．4 可靠指标

3．4．1 可靠指标的表示方法

3．4．2 可靠指标的几何意义

3．4．3 可靠指标与安全系数的关系

3．4．4 可靠指标与分项系数的关系

3．4．5 几种简单情况下由极限状态方程求桩的总抗力分项系数

3．5 可靠度设计水准

3．6 常用的可靠度计算方法

3．6．1 中心点法

3．6．2 验算点法

3．6．3 JC法

3．6．4 相关随机变量的可靠度计算

3．7 土性的空间变异性和随机场理论

3．7．1 土性随机场模型

3．7．2 相关距离的计算方法

3．8 本章小结

第四章 桩基荷载的概率模型和统计特性

4．1 荷载的类型

4．1．1 按随时间的变异分类

4．1．2 按随空间位置的变异分类

4．1．3 按结构的反应特点分类

4．2 荷载的概率模型

4．3 荷载的统计特性

4．3．1 恒荷载

4．3．2 民用建筑楼面活荷载

4．3．3 风荷载

4．3．4 雪荷载

4．4 荷载的代表值

4．4．1 荷载标准值

4．4．2 荷载准永久值

4．4．3 荷载组合值

4．5 本章小结

第五章 人工挖孔桩桩端阻力经验公式的变异性分析

5．1 人工挖孔桩桩端阻力标准值计算公式

5．2 重型圆锥动力触探技术规定

5．2．1 重型动力触探设备及规格

5．2．2 重型动力触探试验操作要点

5．2．3 重型动力触探试验资料整理

5．3 桩端阻力标准值的变异性分析

5．3．1 桩端承载力计算模式引起的变异性

5．3．2 桩底直径引起的变异性

5．3．3 动探击数引起的变异性

5．4 基于随机场理论动探击数的变异性

5．5 人工挖孔桩桩端阻力总的变异性

5．6 工程计算示例

5．7 本章小结

第六章 人工挖孔桩竖向承载力可靠度直接设计法研究

6．1 人工挖孔桩竖向承载力可靠度分析概述

6．1．1 概述

6．1．2 人工挖孔桩可靠度设计的要求

6．2 采用式(1．2)设计的人工挖孔桩的目标可靠指标

6．2．1 确定目标可靠指标的原则

6．2．2 确定目标可靠指标的方法

6．2．3 人工挖孔桩单桩竖向承载力标准值的确定

6．2．4 竖向承载力极限状态方程的推导

6．2．5 试计比的统计分析

6．2．6 恒载效应系数和活载效应系数的概率分布模型和统计参数

6．2．7 可靠指标的计算

6．2．8 可靠指标的影响因素分析

6．3 采用式(1．5)设计的人工挖孔桩的目标可靠指标

6．3．1 人工挖孔桩竖向承载力标准值的计算

6．3．2 极限状态方程的推导

6．3．3 随机变量的统计分析

6．3．4 目标可靠指标的计算

6．3．5 可靠指标β的影响因素分析

6．4 人工挖孔桩竖向承载力可靠度直接设计法

6．4．1 人工挖孔桩竖向承载力的极限状态方程

6．4．2 抗力和荷载效应的统计参数

6．4．3 实例计算

6．5 本章小结

第七章 人工挖孔桩竖向承载力总抗力分项系数研究

7．1 分项系数设计表达式概述

7．2 采用式(1．2)设计的人工挖孔桩总抗力分项系数研究

7．2．1 人工挖孔桩单桩竖向极限承载力的确定方法

7．2．2 极限状态方程的推导

7．2．3 随机变量的概型分布和统计特征

7．2．4 目标可靠指标的计算及其影响因素的分析

7．2．5 总抗力分项系数的计算

7．3 采用式(1．5)设计的人工挖孔桩总抗力分项系数研究

7．3．1 人工挖孔桩竖向承载力极限承载力的确定方法

7．3．2 无量纲极限状态方程的推导

7．3．3 试计比的统计分析

7．3．4 可靠指标的计算及其影响因素分析

7．3．5 总抗力分项系数的计算

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 研究工作的展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文和获奖情况

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