[發(fā)明專利]一種用于確定路基擋土墻結(jié)構(gòu)分項系數(shù)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710440732.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107403029A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王占盛;羅一農(nóng);高柏松;李安洪;魏永幸;郭海強;徐駿;楊泉;肖飛知
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所(普通合伙)51215
• 代理人: 王建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程，特別涉及一種用于確定路基擋土墻結(jié)構(gòu)分項系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

擋土墻是鐵路路基工程中常見的結(jié)構(gòu)類型之一，其可靠性問題為工程界所普遍關(guān)心。我國現(xiàn)行可靠性設(shè)計標準普遍采用安全系數(shù)設(shè)計法，但這種方法一方面未基于嚴格的概率思想，另一方面與當前先進國家采用的分項系數(shù)設(shè)計法并不接軌，因此我國擋土墻可靠性設(shè)計標準正在向分項系數(shù)設(shè)計法轉(zhuǎn)軌。

工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)是極限狀態(tài)方程，其一般性表達為：

Z＝R-S＝0

其中R、S分別為抗力項與荷載項。在實際工程中，抗力項與荷載項顯然不可能是確定性的，因此為保證設(shè)計結(jié)果的安全性，必須在考慮其變異性的基礎(chǔ)上，衡量設(shè)計結(jié)果的可靠度。從目前的研究成果來看，有安全系數(shù)、可靠指標、分項系數(shù)、失效概率等四種衡量方法。

(1)安全系數(shù)法

安全系數(shù)是最早用于工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的指標，該方法對應(yīng)的設(shè)計表達式為：

K＝μ_R/μ_S≥[K]

上式中，μ_R、μ_S分別為抗力項與荷載項均值，K為設(shè)計結(jié)果的安全系數(shù)，[K]為規(guī)范規(guī)定的目標安全系數(shù)。

安全系數(shù)法雖然在一定程度上考慮了參數(shù)變異性，但卻難以對結(jié)構(gòu)可靠度水平定量，也不利于不同工況不同工程結(jié)構(gòu)之間可靠度的對比分析，長遠來看是不利于可靠性設(shè)計的。但從工程設(shè)計角度來講，該方法是方便的，因其無需大量驗算與統(tǒng)計分析，因此我國老版設(shè)計規(guī)范均采用此方法，世界上發(fā)達國家的老版設(shè)計規(guī)范也大都采用此方法。

(2)可靠指標法

可靠指標定義為正態(tài)分布變量Z的均值μ_Z與標準差σ_Z的比值。對一般極限狀態(tài)方程，該方法對應(yīng)的設(shè)計表達式為：

上式中，β_Z為設(shè)計結(jié)果的可靠指標，[β]為規(guī)范規(guī)定的目標可靠指標。在正態(tài)空間上，可靠指標與失效概率或安全概率等效，二者之間轉(zhuǎn)化關(guān)系為：

β_Z＝-Φ^-1(p_f)

上式中，Φ()為標準正態(tài)累積概率分布函數(shù)，p_f為失效概率。

相對于安全系數(shù)法，可靠指標法實現(xiàn)了對可靠度的定量描述，但該方法不便于工程設(shè)計，因其需大量驗算與統(tǒng)計分析。

(3)分項系數(shù)法

分項系數(shù)是保證所設(shè)計結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度而在設(shè)計表達式中采用的系數(shù)，分為荷載分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)兩類。對一般極限狀態(tài)方程，該方法對應(yīng)的設(shè)計表達式為：

[γ_R]μ_R-[γ_S]μ_S≥0

上式中，[γ_R]、[γ_S]為規(guī)范規(guī)定的抗力項、荷載項分項系數(shù)。

分項系數(shù)法既能對設(shè)計結(jié)果的可靠度定量描述(與可靠指標掛鉤)，又可方便的用于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(無需大量驗算與統(tǒng)計分析)，因此新版規(guī)范將采用此方法，目前發(fā)達國家可靠性設(shè)計規(guī)范大都采用此方法。

(4)失效概率或安全概率法

由于失效概率或安全概率與可靠指標掛鉤，因此該方法的優(yōu)劣與可靠指標法相同，此處不再贅述。

綜上可知，一方面，安全系數(shù)法與分項系數(shù)法便于使用；另一方面，分項系數(shù)法、可靠指標法、失效概率或安全概率法能定量衡量設(shè)計結(jié)果的可靠度。綜合對比可知，分項系數(shù)法皆具兩方面的優(yōu)勢，因此新版規(guī)范將采用此方法。

為保證規(guī)范順利轉(zhuǎn)軌，轉(zhuǎn)軌工作將遵循以下兩點基本原則：(1)合乎國情，安全系數(shù)法在我國已使用多年，積累了大量的經(jīng)驗，并在長期的完善中建立起了與我國國情相匹配的指標體系，因此新規(guī)范中的分項系數(shù)應(yīng)最大程度繼承原安全系數(shù)設(shè)計法所具有的可靠性水平；(2)合乎理論，即安全系數(shù)、可靠指標、分項系數(shù)、失效概率四者必須在邏輯上自洽，在具體數(shù)值指標上有對應(yīng)匹配之關(guān)系，同時在設(shè)計結(jié)果上應(yīng)有一致性。以上兩點是制定高水平規(guī)范的需要，也是后續(xù)能持續(xù)提高設(shè)計可靠度水平的需要。

本發(fā)明就是要給出一種用于確定擋土墻分項系數(shù)的方法，以滿足以上我國規(guī)范轉(zhuǎn)軌的兩點基本原則。

發(fā)明內(nèi)容