基于结构可靠度理论的溃口范围确定方法研究-论文.pdf

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1、第45卷第l6期人民长江V01．45．No．162014年8月YangtzeRiverAug．，2014文章编号：1001—4179(2014)16—0037—05基于结构可靠度理论的溃口范围确定方法研究方崇惠，方波青(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉430064)摘要：当前水工设计中常用的单个单元点的安全系数很难表征工程结构整体的安全性，更不利于判断具有贯穿性破坏特点的溃口问题。对此，提出了选取贯穿大坝上下游面且距离最短的所有单元组成一个单元组，并用概率理论分析大坝整体溃口失效与单元组的串并联关系，进而提

2、出了用可靠度定量确定溃口范围的新方法。据此对某碾压混凝土双曲拱坝进行了计算分析，结果表明该计算方法科学、可行，由失效概率确定的溃口范围比传统点安全系数的表达更直观、客观。关键词：ANSYS；结构可靠度；失效概率；溃口范围；溃坝洪水中图法分类号：TV697文献标志码：A=／x／cr(4)1可靠度理论其与可靠度的关系是P，=()。在我国规范1．1结构的可靠度GB50199—94中，明确规定了不同等级工程的目标可靠度指标，见表1。表中，第一类破坏指非突发性破大坝结构在规定时间内和规定条件下不能完成预坏；第二类破坏指突发

3、性破坏，破坏前无明显征兆，但定功能的概率，称为大坝结构失效概率P，，相反，称为结构一旦发生事故难于补救或修复；相应可靠度按正可靠概率P，，又称为结构的可靠度。大坝运行过程归态分布求得。结起来是大坝承受荷载S与产生抗力的作用，其关系即为大坝结构功能函数Z=g(S，R)，相应有表1持久状态结构承载能力极限状态目标可靠指标口及相应可靠度结构的极限状态方程Z=(R)一，2(S)=0(1)0，结构的失效概率Pr=P(Z≤0)=Ifz()dz(2)J一∞一3．799．99％3．299．93％2．799．65％^∞类破坏结构的

4、可靠概率P=P(Z>0)=』fz()dz(3)二类破坏4．299．999％3．799．99％3．299．93％J0故，当Z<0时，结构不安全，理论上就会发生溃坝¨。。1．3安全系数与可靠指标的关系1．2结构的可靠指标在结构设计中，传统的原则是用抗力的均值R与由于．s、R都是多元随机变量，其联合概率密度函荷载作用效应的均值s进行比较，并表示为K=R／S，数z难以得到，计算多重积分也非易事，因此，通常不K就是安全系数。由于抗力、荷载效应、结构尺寸等都用直接积分的方法计算失效概率，而引入与失效概率是一些随机变量的函数，

5、所以，存在抗力小于荷载的可有对应关系的可靠指标能性，这种可能性的大小可用结构安全的概率即结构收稿日期：2014—05—20基金项目：长江科学院开放研究基金资助项目(cKwV2013216／KY)；南京水利科学研究院水利部水科学与水工程重点实验室开放研究基金资助项目(YK914008)；湖北省水利重点科研课题(EK110469)作者简介：方崇惠，男，教授级高级工程师，博士，主要从事水利工程设计与科研管理工作。E—mail：fehuig@163．eom38人民长江可靠度来表示。下面简要讨论安全系数与可靠指则主应力由偏

6、应力张量不变量表示为标的关系。⋯(1)相同点是两者都可表征工程的安全可靠程√3予。j)(8)度。(2)差异点有：①安全系数概念较含混、均化，=扣_I(一2(~7)3)2是用总抗力均值R与总荷载均值s之比；／3概念明确，现有混凝土材料屈服准则较多，本文采用四参它是用对象的标准差or来度量均值肛。②安全系数数准则和最大拉应力准则，建立极限状态方程Z：是说明结构域内的平均情况，但／3定量地考虑了抗力g(X)=0。和荷载效应的随机性问题。③安全系数是受抗力R(1)混凝土四参数准则。的计算公式影响的，不具唯一性(如对拱坝来

7、说，用拱g(X)=Rc一(A．，2／c+日~／，2+c1+DI1)=0梁分载法与有限元法得到的安全系数值是不同的)；(9)而／3是按照R、s的分布规律确定，对于某种材料或某式中，A—D为4个基本参数，由试验确定，一般可种荷载分布来说其特性是一定的，故具有唯一性(如取A=2．0108、B=0．9714、C=9．1412、D=表1中／3仅与工程的重要程度有关)。④安全系数大0．2312；R为混凝土抗压强度；其它同前。于1才认为该工程安全，工程安全的富裕度是靠经验该准则计算比较简单，与试验资料的匹配也比较或工程师判断取

8、得的；而视保证率的大小来确定，具容易。且当A=C=0，它退化为Drucker—Prager准有唯一性。则；当A=D：0，经变换可退化为Mohr—Coulomb准(3)二者的联系为，当R、s的分布均值分别以、则；当A=C=D=0，则退化为Mises准则(为单向受表示时，即／x：R、=S，按照功能函数Z=R—S，拉屈服极限)。故本文推荐在坝体混凝土受压剪破坏R、S服从相互独立