安全系数法与分项系数法在边坡工程中的应用分析

以GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》为依据进行推导计算,建立安全系数法与分项系数法之间的对应关系,从而得出支护结构的验算时,隐式解宜作为标准值,显式解应作为设计值的结论。解决了现行规范中通过安全系数法计算剩余下滑力后,采用分项系数法进行支护结构验算时重复使用安全系数,导致支护结构过大的问题。

铁路隧道概率极限状态设计分项系数标定与讨论

目前,我国结构设计规范中广泛采用以荷载和抗力分项系数代表概率可靠性的概率极限状态设计方法。然而,在Eurocode 7等岩土工程结构的设计规范及相关研究中,对荷载与抗力分项系数方法,即以一组固定分项系数来保证不同工况下工程结构可靠性提出质疑。基于多年来我国铁路隧道衬砌结构概率极限状态设计的研究成果与应用情况,进一步细化不同围岩分级、埋深和衬砌类型的分项系数标定,共标定28种工况下衬砌结构设计的分项系数;分别采用本文、《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》和《铁路隧道设计规范》的衬砌结构可靠性与安全性评价指标,对京张高铁八达岭隧道8种工况下设计方案的安全性与可靠性进行对比分析,不同工况下的隧道衬砌结构设计可靠指标与安全系数差异较大,说明荷载与抗力分项系数方法在铁路隧道衬砌可靠性设计中的稳健性较差。建议在隧道设计规范层面应逐步开展基于概率可靠性地勘和计算两阶段的研究,并提出铁路隧道设计方法转轨的部分建议。

既有砌体结构安全性评估的分项系数研究

既有结构安全性评估是基于已知的结构信息,对结构是否能够承受预期荷载做出判断的过程;基于既有砌体结构抗力的材料性能、几何特征以及永久作用为确定量的基本假设,给出了适用于既有砌体结构安全性评估的极限状态表达式及其分项系数和安全性分级原则。结果表明,A类、B类和C类既有砌体结构安全性评估的分项系数可取值为:抗力分项系数γR取1.6(对应的材料分项系数γf为1.2);永久作用分项系数γG取1.0;对于可变作用分项系数γQ,A类构件取1.3,B类构件取1.4,C类构件取1.5。对于重要性系数γ0,可与《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153—2008)保持一致;对于安全性分级标准,可与《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292—2015)保持一致。

荷载分项系数调整对结构构件承载力评定分级标准的影响

荷载分项系数取值直接关系到结构构件的可靠性,为研究其调整对结构构件承载能力评定分级标准的影响,通过计算14种具有代表性的结构构件的抗力分项系数,考虑永久荷载与办公室楼面活荷载、永久荷载与住宅楼面活荷载、永久荷载与风荷载、永久荷载与雪荷载四种简单组合和常用的活恒荷载效应比,基于荷载、抗力的统计特性,进行荷载分项系数调整前后结构构件的可靠性分析,提出荷载分项系数调整后结构构件承载能力评定等级的分级标准。结果表明:《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292—2015)中对各安全等级下结构构件的安全性分级偏于保守,提出的可靠指标分级标准能更合理反映新标准对结构构件可靠度控制水平,可为国家标准的修订提供参考。

基于分项系数法的重力坝深层抗滑稳定分析

针对基于有限元法的重力坝深层抗滑稳定分析问题,根据工程实际中软弱结构面上的抗剪断摩擦系数和凝聚力变异性不同的特点,在计算中引入滑动面上抗剪断强度参数的分项系数,提出了一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法——分项系数有限元法。该方法基于可靠度思想,以达到用极限承载状态时的强度储备系数或超载系数来表征大坝安全度。在已有研究成果的基础上,从坝基渐进破坏过程和破坏机理的角度进一步探讨了非线性有限元法应用于深层抗滑分析应注意的几个关键问题,以及基于分项系数法的深层抗滑稳定分析的安全系数控制标准。研究结果表明,滑动面上的应力分布性态和坝基岩体变形特性对抗滑稳定安全系数有重要影响。与常规刚体极限平衡方法的控制标准相比,分项系数有限元方法可以采用偏低一点的安全系数标准。

用于重力坝抗滑稳定分析的分项系数有限元方法

针对有限元法缺乏配套设计标准的问题,本文提出一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法———分项系数有限元法,并导出其相应的稳定判断准则。该方法将影响坝基稳定的结构基本变量因素经过分项系数的处理再进入非线性计算,以达到极限承载状态时的强度储备系数来表征大坝安全度。通过文中的计算实例,验证了该方法的可行性和适用性。

重力坝抗滑稳定设计表达式及分项系数研究

对电力行业现行重力坝规范中的抗滑极限状态设计方法进行了探讨,通过对传统刚体极限平衡法的剖析,明确了极限状态设计中作用和抗力函数的表达形式及矢量方向,提出了一种新的等K′法,使坝基双滑面上下游块体具有同等安全系数和同等可靠概率的内涵。根据对多组方案可靠指标的试算比较,提出了具有定量标准的安全系数K′的计算公式及相应的允许指标,建议了一套相应分等分级的分项系数,并对其合理性进行了验证。

单线铁路隧道洞门结构分项系数的研究

根据隧道洞门结构的计算特点 ,建立了隧道洞门可靠度计算的极限状态设计式 ,分析了在已知目标可靠指标 βnom的情况下 ,用分位值法计算洞门结构分项系数的基本原理和过程。通过计算实例 ,对分项系数的影响因素及其概率意义进行了探讨。

锚喷支护喷层结构的目标可靠指标和分项系数研究

视地下支护工程为一不确定系统,采用有限元响应面法分析了喷层结构的应力均值及其相应的变异系数,进而选用喷层Kuper破坏准则作为极限状态方程,应用可靠度理论计算了现行锚喷支护工例的可靠指标,并用校准法对目标可靠指标进行试算,最后用分位值法对设计式中的分项系数进行了计算。

变量相关性对分项系数的影响分析

研究目的:分项系数是我国可靠性设计规范向极限状态设计转轨的重要目标值之一。目前,我国各类可靠性设计规范所推荐的分项系数计算方法无法满足规范转轨的需要,因此建立合理的分项系数计算方法不仅是急需的,对于我国可靠性设计规范的制定也是极为必要和重要的。研究结论:(1)本文从概率基本理论出发,推导出了考虑变量相关性的分项系数表达式,对比发现:目前所通用的分项系数表达式只是新表达式的一个特例情况;(2)分析了考虑变量相关性后分项系数取值的特点,发现荷载项与抗力项分项系数具有同正负的特点;(3)通过算例形式,分析了变量相关性对分项系数的影响规律,结果表明:荷载项与抗力项分项系数之间同比变化,且该比值在数值上等于安全系数,表明考虑相关性后的分项系数能满足目前我国铁路工程可靠性设计规范基于安全系数设计法进行转轨的需求;(4)本研究成果可为我国铁路工程领域相关设计规范由安全系数法向分项系数法转轨提供理论依据和方法支撑。

基于分项系数有限元法的观音岩大坝深层抗滑稳定分析

材料强度储备系数法在重力坝深层抗滑稳定分析中得到了普遍应用,但该方法未考虑荷载的不确定性,且认为岩体强度可以无限度的降低,其安全系数不能表达坝基实际的可靠度。在分项系数有限元法的基础上提出了一种新的重力坝深层抗滑稳定计算方法——有界降强分项系数法,该方法将影响坝基稳定的变量经分项系数处理后,采用强度储备系数法考虑岩体强度可能的弱化,并以相同岩体抗剪参数的统计规律来控制其弱化下界。采用该方法对观音岩重力坝11号坝段进行了深层抗滑稳定分析,并与传统方法计算结果进行对比,结果表明:所提方法计算的安全系数比分项系数有限元法略大,不同方法计算所得大坝稳定性是一致的,说明所提方法应用于重力坝深层抗滑稳定是合理可行的。

铁路隧道衬砌结构分项系数的优化分析研究

研究目的:采用带有分项系数的实用设计表达式,不仅能继承传统结构设计式的形式,而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求,是应用可靠指标衡量结构设计安全水平的重要途径。本文根据铁路隧道衬砌结构的受力特点和材料性能,采用混凝土衬砌结构抗压、混凝土衬砌结构抗裂和钢筋混凝土衬砌结构三种极限状态设计式建立"荷载-结构"模型。研究结论:利用Monte-Carlo随机有限元的方法分析铁路隧道衬砌结构作用效应的统计特征,根据材料特性分析抗力的概率统计特征以及计算可靠指标与目标可靠指标差值最小化的原则,分析得到:(1)铁路隧道衬砌结构检算时,围岩压力分项系数为1.4,自重荷载分项系数为1.2;(2)钢筋混凝土、混凝土抗压、混凝土抗裂三种工况下的调整系数分别为1.05、1.85、2.35;(3)该研究结果可为《铁路隧道设计规范》的修订提供理论依据。

钢拉杆与钢绞线的抗力分项系数研究

由于缺乏足够的试验统计数据,目前对于索结构中拉索构件的设计强度多采用以经验为主的允许应力法确定,或在形式上采用分项系数,但具体数值仍按允许应力法推算,这与当前以概率极限状态法为基础的规范设计体系是不协调的。收集大量的钢拉杆与钢绞线试验数据,通过数理统计得到两种拉索材料的抗力分布模式,考察影响构件抗力的不确定性因素的统计特性;验证拉索结构的荷载效应与外荷载之间存在近似线性关系,通过引入荷载效应比以及荷载、抗力的均值等统计量,将荷载抗力分项系数表达式等价为极限状态方程的形式,采用基于一次二阶矩理论的验算点法对两种拉索进行可靠度分析。最后分别给出适于工程应用的钢拉杆与钢绞线的抗力分项系数,为今后相关规范的修订提供参考。

结构可靠性设计分项系数研究

通过分析可靠指标β的几何意义及分项系数的基本概念,构造虚拟极限状态曲面,探讨了在目标可靠指标βnom下结构极限状态设计表达式中分项系数的计算方法,讨论了变量相关且服从一般分布情况下分项系数的计算方法。并通过算例验证了所论方法的正确性。

预制桩竖向承载力的分项系数研究

考虑荷载规范给定的分项系数约束条件下 ,对上海地区预制桩桩基竖向承载力 3种确定方法进行了可靠性分析 ,并推导出对应于各方法的抗力分项系数的理论公式。

基于可靠度的FRP筋材料分项系数的确定

基于中国混凝土结构设计资料以及构件几何尺寸与材料力学性能的概率统计参数,建立了FRP筋混凝土梁受弯正截面承载力的计算公式,并采用验算点法计算了在六种荷载效应比情况下的受弯承载力可靠指标平均值,最后在考察FRP筋材料分项系数对可靠指标平均值影响的基础上,建议GFRP筋和CFRP筋的材料分项系数统一取为1.25。可靠度分析表明:过于保守的FRP筋材料分项系数只能使得截面发生混凝土破坏模式的概率增大,而这种破坏模式对应的可靠度水平基本与FRP筋材料分项系数无关,因此只能造成巨大的材料浪费。截面的设计破坏模式与实际破坏模式不完全一致,这种不一致现象存在的范围随着FRP筋材料分项系数的增大而扩大。

水闸钢闸门可靠指标及分项系数的校准

分析水闸钢闸门所受静水压力的统计参数,采用JC法对水闸钢闸门构件的可靠指标进行初步校准,计算结果表明:闸门构件可靠指标满足一级建筑物的安全水准;提出钢闸门结构设计目标可靠指标的取值建议.根据可靠指标及用钢量与现行规范校准的目标可靠指标及用钢量相比变化不大的原则,采用最小二乘法优化得到结构系数的取值为1 45.

基于分项系数法的既有框架结构可靠性评估

为了对既有框架结构的可靠性进行评估,采用全随机过程模型的简化模型,根据既有结构抗力与荷载的特点,建立了既有框架结构基于分项系数法的可靠性评估表达式;随后,应用现行规范中计算目标可靠度的校准法,在不降低结构可靠性指标的前提下,推导了不同目标使用期下最优荷载和抗力分项系数的计算公式,并通过编程计算了不同目标使用期的抗力和荷载分项系数,以及不同目标使用期下的地震作用折减系数.算例表明,该评估表达式可以比较方便地应用于既有框架结构的可靠性评估.

建筑结构用钢丝束拉索的抗力分项系数研究

为了使用概率极限状态法对拉索进行设计,收集了由高强度钢丝扭绞形成的钢丝束拉索的试验数据,采用概 率方法研究了拉索的抗力分项系数取值,提出了建筑结构设计中考虑长期荷载效应和短期荷载效应时拉索的设计 计算方法及建议.

复合桩基竖向承载力分项系数研究

根据可靠度分析原理 ,对复合桩基按概率极限状态设计的实用设计表达式、分项系数的确定方法、取值标准、影响因素等进行了研究 ,探讨了分项系数的不同分配对设计结果的影响 。