淺埋隧道結(jié)構(gòu)可靠度分析

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1、淺埋隧道結(jié)構(gòu)可靠度分析蘭州鐵道學(xué)院姜舜華譚忠盛謝錦昌提要,,以模型試驗(yàn)所得的荷載統(tǒng)計(jì)特征為基礎(chǔ)根據(jù)一次二階矩理論提出用,用。桿系概率有限元方法分析淺理隧道結(jié)構(gòu)可靠度的途徑茸例驗(yàn)證了方法的可行性關(guān)健詞淺理隧道結(jié)構(gòu)可靠度概率有限元用定值法設(shè)計(jì)隧道結(jié)構(gòu)時(shí),一般按“荷載一會(huì)使結(jié)構(gòu)的計(jì)算可靠指標(biāo)過大而偏于不安全。結(jié)構(gòu)”模型及桿系有限元法分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。此故在制訂結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖時(shí),選用截面厚度統(tǒng)計(jì)參,,,法中以諸折線單元替代原曲軸結(jié)構(gòu)以節(jié)點(diǎn)荷數(shù)的原則不僅要調(diào)查各類工程的實(shí)測(cè)資料還,,。載替代實(shí)際的豎直和水平荷載以彈性鏈桿的應(yīng)進(jìn)行分析比較充分考慮其合理性和代表性軸力替代圍巖的彈性抗力。通常

2、將結(jié)構(gòu)劃分為本文參照《鐵路隧道工程質(zhì)量評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)?！芬恢小皞€(gè)單元即可滿足精度要求本文將以此準(zhǔn)個(gè)別突出部分侵入襯砌”,模型作為淺埋隧道結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的斷面不大于的規(guī)定取斷面厚度的允許誤基礎(chǔ)。差為士,這樣就可取厚度的設(shè)計(jì)值為其均,同時(shí)按的保證率估算其變異。隨機(jī)變及其統(tǒng)計(jì)特征值系數(shù)這屬久,,于荷載基本隨機(jī)變量的側(cè)壓力系數(shù)及種方法雖較近似不一定完全符合實(shí)際情況但,已根據(jù)模,“”,豎直壓力的統(tǒng)計(jì)特征型試驗(yàn)資料在缺乏足夠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)軌階段可能是一‘另有專文發(fā)表〔‘〕其中隧道上覆地層厚度能精種比較安全和合理的方法。,,。,,確測(cè)定其變異系數(shù)很小可視為常量有關(guān)材此外還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)

3、據(jù)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)引入,均可參料性能基本變量的統(tǒng)計(jì)特征照《鐵路隧考慮抗力和荷載效應(yīng)計(jì)算模型不定性的隨機(jī)變。、。道設(shè)計(jì)規(guī)范》及建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)資料選用圍巖的量以彌補(bǔ)計(jì)算中各種假定的近似性彈性抗力系數(shù)彈性鏈桿的變形模量的統(tǒng)計(jì)參荷載效應(yīng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算,在缺,數(shù)乏足夠?qū)崪y(cè)資料的情況下可暫按設(shè)計(jì)求算荷載效應(yīng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)是桿系概率有限元規(guī)范的取值范圍近似地進(jìn)行估算。表征幾何尺分析中的關(guān)鍵。基于上述對(duì)選用截面厚度統(tǒng)計(jì),,寸不定性的變量包括單元長(zhǎng)度及截面厚度由參數(shù)的復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算且使結(jié)果偏,,,于輪廓線尺寸的變異性較小故單元長(zhǎng)度可近于安全在分析荷載效應(yīng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)時(shí)暫不考慮,。,似地視為常量但截面

4、厚度的統(tǒng)計(jì)特征如何確截面厚度的變異性這樣涉及荷載效應(yīng)的隨機(jī)定是個(gè)比較麻煩的問題。變量有個(gè)垂直勻布荷載、側(cè)壓力系數(shù)久、結(jié)結(jié)構(gòu)截面厚度的變異性,取決于坑道開挖構(gòu)材料彈性模量及巖土彈性抗力系數(shù)。。,時(shí)的超挖和欠挖影響超欠挖數(shù)值的因素很多據(jù)桿系結(jié)構(gòu)有限元法可得結(jié)構(gòu)剛度方程、包括圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)成層條件以及施工尸一〔創(chuàng),,尸,技術(shù)水平等因此不同隧道或同一隧道的不同式中為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)荷載列陣含變量,,幾地段超欠挖的數(shù)值可能差別很大按少量的實(shí)及司為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移列陣〔習(xí)為結(jié)構(gòu)總測(cè)數(shù)據(jù)是難以得出其統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。在工程實(shí)踐剛度矩陣簡(jiǎn)稱總剛。,,又設(shè)「,,,中往往超挖大于欠挖而過多地考慮超挖值一〔

5、〕其中〔」為結(jié)構(gòu)一一,,,單元的總剛僅含變量〔〕為彈性抗力單上式中獷為變量的驗(yàn)算點(diǎn)氣為變量,。。,。,‘,,。元的總剛僅含變量的均值為變量的協(xié)方差、,,、式對(duì)變量偏導(dǎo)整理后得若變量間均為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立則式可口一介一戮氏。,,,尸買尸簡(jiǎn)化為’’代一人‘。巴一一一‘巴泌一‘“‘‘,,?！荒瞬爻伞粷B壓氣’班〕一氣一代萬(wàn)一一針仁仁魯由此可得,,民饑,一、刁古·一‘·,緩?粼匆碧一三哪異乳鄉(xiāng)一一‘,。孤〔〕式中氣為變量的標(biāo)準(zhǔn)差,·一,一古尺占、獲得節(jié)點(diǎn)位移的統(tǒng)計(jì)參數(shù)后就不難求算一〕一‘魯桿端力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)?！?、單元桿端力矩陣了的計(jì)算式為一‘。一〔〕夏‘·古·魯叉〕〕式中注腳,表示在變

6、量驗(yàn)算點(diǎn)失效點(diǎn),‘式中〔〕為常數(shù)矩陣單元?jiǎng)偠染仃囎摹迟x值。按中,心點(diǎn)法計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)時(shí)可近似中僅含變量對(duì)于結(jié)構(gòu)單元或?qū)τ趶椥?。地以變量的均值點(diǎn)作為驗(yàn)算點(diǎn),‘抗力單元單元桿端位移矩陣司中的諸元素,二一旅一一一一一。一壽在驗(yàn)算點(diǎn)賦值后志為常也為隨機(jī)變量令、井,,一‘,‘了·、、、,·,,碩一一一一一一,,為表述和書寫方便將式等號(hào)右端的量則可得系數(shù)矩陣仁‘〕占,,,占,?,。。,·隨機(jī)變量變換為﹃幾。隊(duì)阮心阮嶸嗽以,一或變量數(shù)鑫人,‘,,、,二,、,一???令羊毓一壽關(guān)為第個(gè)桿端力,壽為常、、即小,占‘晶量則通過類似于統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)過,、式中分別為節(jié)點(diǎn)位移的個(gè)數(shù)及編號(hào),

7、‘程可得任一單元桿端力列向量」中第個(gè)、分別為隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)及編號(hào)。元素關(guān)’一的統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算式,應(yīng)用泰勒級(jí)數(shù)在驗(yàn)算點(diǎn)處展開即可導(dǎo)得一關(guān),,?,均值關(guān)’’另‘第個(gè)節(jié)點(diǎn)位移古的統(tǒng)計(jì)參數(shù)為“、一‘‘‘一‘,,,曹均值份占’?孟,,少‘,方差關(guān)藝乏‘妙三氣一宕乏方差,一‘。·‘,了’協(xié)方差關(guān)式‘占?xì)錃湟愦酪欢?“孟頭,,‘三到勸王王萬(wàn),,。上式中萬(wàn)為變量的驗(yàn)算點(diǎn)氣為的協(xié)方差,,‘,,。均值為變量的協(xié)方差‘?！ざ?,’‘,,占,相鄰單元桿端力之間的相關(guān)性十分顯著戈么氫毅蠢因而節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為其相鄰單元一三三二盜‘,‘相應(yīng)桿端力均