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茂名岩土工程设计技术团队强大,深得客户信赖

2021-01-22 12:24:01 1000次浏览

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岩土工程设计基本原则

设计的任务是将建筑物的工作状态与极限状态之间保持一个足够充分的安全储备,以保证建筑物的承载力或正常使用的要求都得到满足。承载力极限状态与正常使用极限状态是两种性质不同的极限状态控制方法。对应于结构或结构构件达到承载力或不适于继续承载的变形的状态称为承载力极限状态。对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态称为正常使用极限状态。

一、正常使用极限状态

正常使用极限状态可理解为结构或构件达到使用功能上允许的某个限值的状态,例如,某些构件必须控制变形、裂缝才能满足使用要求。因为过大的变形会造成如房屋内粉刷层剥落、填充墙和隔离墙开裂及防水结构渗水等现象。

正常使用极限状态的设计理论为容许承载力理论。对应的表达式为:p<fa。式子中,fa为容许承载力,p为基底压力。

容许承载力是确保地基不发生剪切破坏而失稳,同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的荷载。在《建筑地基基础设计规范》中,这一承载力是采用控制地基中塑性区发展的修正p1/4计算的,也可以通过静力载荷试验,为相应于s/b<0.01时的荷载。

承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的承载能力的状态。结构构件由于塑性变形而使其几何状态发生显著改变,虽未达到承载能力,但已经彻底不能使用也属于这种状态。疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而达到的承载能力极限状态。在承载能力极限状态中有2种设计理论,即单一安全系数法和分项系数法。对应的表达式为:

安全系数法:p<fu/K

分项系数法:S<R, S=ϒS*Sk , R=RK/ ϒR

其中,p为基底压力,fu为极限承载力,K为安全系数;ϒR和ϒS为荷载抗力和荷载效应的分项系数。

在单一安全系数法中,承载力特征值fa是通过极限承载力公式或者静力载荷试验的极限值除以安全系数(K=2)

在分项系数法中,是将荷载的标准值乘以一个大于1 的分项系数,抗力的标准值除以一个大于 1 的分项系数。分项系数法实际上是基于可靠度理论的,对于随机分布的变量荷载Sk 和抗力RK,有多少可能性荷载大于抗力而失事也是一个随机事件,破坏的概率决定于两个随机变量的均值(众值,中值及某个分位值)及其分布。其失事概率可用可靠度指标表示,例如可靠度系数为ß=3.0 ,则表示失效概率为9.4/10000 ,它明确地给出失效的概率,然后通过经济、社会、技术的风险分析,给出合理的设计值。我国颁布的标准规定,对于各种结构设计应遵循该理论方法。

在图 2 的两种情况下,正态分布的荷载与抗力的中值都是相同的,用单一安全系数法设计,其安全系数也相同,但是失事的概率不同(见图 2 中的阴影部分) ,所以应当说分项系数法设计是更合理、更“科学”的。

我国现行规范的主体工程结构设计方法主要采用分项系数法,而现行规范的岩土工程设计原则大多是多种设计方法并用。

岩士工程不能与结构工程一样普遍采用分项系数法,是由其特殊性决定的。岩土工程的特殊性包括:

(1) 地层土与地下水分布的不确定性;

(2) 现场与实验室岩士指标的不一致性;

(3) 现场原位应力与孔隙水压力的不确定性;

(4) 外加荷载及其分布的不确定性;

(5) 岩土材料性质的复杂性及参数的相关性;

(6) 计算理论和方法的不确定性。

这些特点使可靠度的应用产生了很大的困难,可靠度应用于岩土工程还需要资料的积累和科技发展,需要岩土工程师的不懈努力。

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