2022年基于加筋土结构的内部稳定性的抗震设计可靠性40英文文献翻译41.docx
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1、精品学习资源ORIGINAL PAPER基于加筋土结构地内部稳固性地抗震设计牢靠性作者: B. Munwar Basha . G. L. Sivakumar Babu投稿日期: 2021.9.15发表日期: 2021.5.31 网上发行日期: 2021.6.24摘要:这篇论文提出一种应用最优化牢靠性设计来评估加筋土结构内部稳固性牢靠度地方法.应用有限平稳方程,假设是失效面是对数螺旋曲线,对确保抗击张拉、拔出破坏内部稳固性进行分析. 回填土地性质和土工合成材料地加强强度被视为随机变量 .对于地震环境,由于不同程度地横纵向地震加速度、附加荷载以及加强强度设计值,与张拉、拔出破坏有关地全部土工材料层
2、地牢靠度削减.努力获得土工材料层地数目,拉拔长度,抗击张拉、拉拔破坏模式所需目标牢靠性指标地每个 级别地加强总长度.下面争论横纵向地震加速度地影响、附加荷载、加强强度设计值、土壤摩擦角变量系数以及土层加强强度设计值、受压长度和每个级别需要加强稳固地总长度.关键词 土工合成材料牢靠性 加筋土 张力破坏拉拔破坏符号表欢迎下载精品学习资源作用在沿对数螺旋曲线地线性合力每一级别张力破坏地安全因素每一级别拉拔破坏地安全因素地概率密度函数重力加速度极限状态方程 加筋土结构地高度水平、纵向地震加速度系数提高稳固地增强强度系数墙顶端加筋土失稳区长度起作用地加固长度拉拔加固长度稳固墙体所需地加固总长度每一层地嵌
3、入式加固长度地拉拔力附加强度附加系数作用在楔形块上地水平惯性力附加荷载( q)产生地竖向惯性力作用在楔形块竖向惯性力欢迎下载精品学习资源附加荷载( q)产生地水平惯性力初始和最终对数螺旋楔形块地半径r 对数螺旋楔形块地平均半径确保稳固性需要地加固力每一级别需要地加固抗拉强度每一级别需要地加固抗拉强度加固强度设计值标准正态空间中地变量三角楔形块地重量三角楔形块 ESG地重量三角楔形块 KBGC地重量三角楔形块 AGC地重量代表不确定量地随机变量向量向量抗击每一级别加固地张拉、拉拔模式地牢靠性指标考虑地加固层深度作用在嵌入加固长度地有效变量应力回填土重度回填土摩擦角对数螺旋楔形块地对向角横向对数螺
4、旋楔形块地初始半径角度对数螺旋楔形块地初始半径径向线地角度加固土界面摩擦角ba欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1 前言代表不确定量地标准随机变量受到地震荷载,加固块将会受到地震加速度作欢迎下载精品学习资源土工合成材料加强土挡土结构设计争论很多影响内部、外部稳固性地破坏模式 .外部、内部稳固性问题需要在地震荷载实际中说明 .这篇论文是关于内部稳固型地牢靠性设计 .加筋土墙地内部结构设计必需确保抗击断裂和地安全性,在设计中最重要考虑地是最大张力 .必需应用充分地加固以确保受力区土块在张力、拉拔区域内不发生破坏 .最大地加固张力取决于加筋土块中地最大横向土压力 .假如加筋挡土墙结构用.面对挡
5、土墙开放一面地水平地震加速度很大程度地破坏系统 .1944年北岭地震和1999年吉姬地震期间,地震造成地基础移动充分展现了加筋土结构地弱点 .工程设计师对土方结构机械稳固地最优化很感爱好,促使高效地削减开支.在这种情况下,最优化过程对挡土墙就够有很大地影响.为了建立更牢靠,可执行地挡土墙结构,有很多更艰难地任务需要设计者权衡性能、牢靠性欢迎下载精品学习资源和支出情形 .1.1 与地震稳固性评估有关地学术最接近加筋土结构地震稳固性评估地是基于有限平稳理论地拟静力分析.Leshchinsky and Boedeker 1989; Saran et al. 1992 ; Leshchinsky an
6、d Kaching 1994 ; Bathurst and Cai 1995 ; Ling et al. 1997 ; Ling and Leshchinsky1998; Nimbalkar et al. 2006 ; Nouri e ta l .2 0 0 8 .19世纪 20岁月, Mononobe 和 Okabe提出这一理论用于估算地震时作用在挡土墙结构上地侧 向土压力 .这一理论是现在应用于工程实践中最早、最普遍地一种方法.拟静力分析中,静态横纵向力用于表示一次地震地影响,假定内部荷载作用在失效模块地重心上.这是常见地滑动楔形库伦理论地延长,其中包括加筋土块侧向内力地影响和应用在在圆形
7、、非圆形破坏面上.在这篇论文中,拟静力分析理论适用于加筋土挡土墙结构地稳固分析 .1.2 牢靠性设计地重要性加筋土结构地最优化致力于产生地开支,不考虑安全系数,假定保证规定地安全因素.在全部工程师及领域这种优化方法导致庞大地改善性能 .然而,有关分析模型材料性能地多变性和不确定性,荷载地波动导致预期结构性能与 预期地不同 .加筋混凝土经济性设计取决于应用在稳固分析地安全因素.这些问题地显现,安全问题是否充分地说明结构地安全.联邦大路治理局FHWA2021年发表,应保持全球地 1.5安全系数,这包括外部施加地载荷,几何结构,填充属性,局部过载由于负载地非匀称性地潜力和不确定性以及长期钢筋强度地不
8、确定性.仍提出抗击拔出破坏地最小安全系数为1.5 .在分析中,考虑地震地动荷载,例如地震荷载时,安 全因素地挑选更加复杂.在地震地条件下,联邦大路治理局( 2001年)建议, 在任何情形下地最小安全系数应大于静态因素安全值地75 .安全系数地方法并不能确保所需地安全水平,这些因素可以用来校准大部分地结构.换句话说, 从确定性优化地最优结构程序不肯定保证指定地牢靠性水平 .假如忽视不确定性地变化,可能导致不期望地挑选.熟悉到传统安全性设计没有解决地不确定 性,现在很多设计考虑概率地方法,系统地评 估不确定性地影响,猜测围护结构地牢靠性和 性能并实现最优化设计.为了达到正确地设计, 设计者必需考虑
9、荷载,材料属性和必需与这些 不确定因素地设计,以确保在地震条件下建立 经济、牢靠、安全地挡土墙.为了达到加筋土结构高安全性地需要,有必要在不确定条件下应 用最优化替代确定性最优化.在结构性能上这些不确定因素发挥主导作用,也是评估牢靠性优 化设计地地唯独途径 .抗震牢靠性设计方法地目标是针对极端大事地安全设计方面.与基本地确定性最优化问题相比,牢靠性最优化设计考虑额外地概率约束功能 .它是代表不确定条件下地优化方法之一 .1.3 有关牢靠性评估地争论在静态条件下, Basma和Chalermyanont 、Benson应用有限平稳方程,着手于机械稳固地土墙内部稳固牢靠性研究.Sayed 等人应用
10、拟静力分析提出争论猜测地震地牢靠性与地震情形下加筋土结构内部、外 部失效地模式 .近日, Basha 和Babu应用拟静力和拟动力分析理论发表加筋混凝土外部稳固性地抗震稳固性评估.此外, Basha 和Babu 发表第一篇关于考虑张拉、拉拔破坏模式地加筋土内欢迎下载精品学习资源部结构稳固性地牢靠性分析.1.4 本次调查地目标和范畴一个牢靠地加筋土设计或者,相反地, 受张拉、拉拔破坏地约束,在设计中考虑变 形,主体结构安全地最大化是本争论地总体目标.因此,明白沿深度方向全部加固层地安全抵抗张拉、拉拔破坏对加筋土结构地正确设计是至关重要地 .在地震环境中,打算沿深度方向所有层地牢靠性评估地重要性是
11、显著地.推导出加筋土地内部抗震稳固性分析解决方案已做出了努力,并制定张拉、拉拔模式稳固性地极限状态功能 .本争论探讨地横向和纵向地震加速度系数地影响及考虑土壤重度、土壤摩擦角、抗击张拉、拉拔破坏模式地抗震牢靠性地加强强度设计值 .2 最优化牢靠性设计在最优化牢靠性设计中,为了考虑各种随机参数地影响,提出额外地概率约束. 概率约束定义在限制可能地区域内.总地来说,很难运算出牢靠度,由于问题包括在概率空间内直接运算不规章域地多维整合.因此,普遍采纳近似技术运算牢靠性指标 或失效地概率 .一个高效地近似方法是在一些失效地表面上地点线性地性能函数地泰 勒级数绽开地一阶牢靠性方法.在实践中为了最大程度应
12、用极限状态设计,应当适当 地确定目标牢靠性.在这项争论中,作者最近开发地目标牢靠性方法(TRA)是应用于牢靠性设计 .类似地方法应用在在悬臂式板桩墙地优化设计、悬臂式挡土墙以及锚固式悬臂板桩墙 .3 地震条件下地内部稳固3.1 稳固墙体所需地加固强度最常观看到地故障面是一个对数螺旋破 坏面,内部地震稳固性分析如图1所示.目标是确定需要地加固长度和加固力系数,以稳固存 在横向和纵向加速度地墙体(图1) .欢迎下载精品学习资源图 1 对数螺旋曲线破坏机理几何图形图2 应用等效附加高度法运算地由于作用在回填土上地附加力造成地内力欢迎下载精品学习资源由于作用在垂直向上地震加速度地惯性力 被认为是在估量
13、需要稳固地墙加固力系数地重 要因素 .考虑结构地高度 H,假设横向粘性回填土和是失效面可由对数螺旋曲线表示,如图1所示.从图中可以看出,对数螺旋曲线破坏面部分()是由加筋土斜坡地高度EG和对数螺旋线弧( A)地中心位置掌握 .对数螺旋线开头在初始半径 AH1,终止于最终半径( AG),并通过对数螺旋曲线弧(A)地中心 .因此,对数螺旋曲线地中心位置可由对角和确定.欢迎下载精品学习资源图3 作用在对数螺旋楔形块上地拟静态内力欢迎下载精品学习资源图1和图 3地各种属于定义如下 :( 5)欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源( 2)( 3)(1)其中,是对数螺旋楔形块地初始半-径,是对数螺旋楔形
14、块地最终半径, 对数螺旋楔形块得对向角,对数螺旋楔形块横向面地初始角度,是回填土地重度,是回填土地摩擦角,是垂直方向地坡角, q是作用在回填土上地附加荷载.作用在对数螺旋楔形块上地伪静态力欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源( 4)如图 3所示.作用在楔形块上地横纵向内力值以及附加荷载对于加筋土结构地稳固来推导欢迎下载精品学习资源钢筋,如下所示 .在地震环境下地钢筋可以解决楔形块上地横纵向力,如下所示:考 虑 楔 形 块在 水 平 方 向 地 平 衡 条 件=0,我们得到 :( 6),分别是块,地重力 .化解等式( 6)和( 8),地震条件下地加固力如下方程所示:欢迎下载精品学习资源欢迎下
15、载精品学习资源可以近似为(7)(12)代 表 惯 性 力 ,=,欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源(8)F=沿对数螺旋曲线线方向地线性合力.考虑楔形块纵向平稳条件 =0,我们得到:( 9)可以近似为(10)是对数螺旋楔形块地重力,可以表示为( 11)=,=,=带入表达式中,我们得到:( 13)现在需要找到关键地对数螺曲线破坏面,检测以确保平稳()所需地最大加固力 .使用fminsearch函数地MATLAB 优化工具盒最大化约束力受到地约束,例如,.这种欢迎下载精品学习资源优化给出了临界破坏面角度(,)和相应地最大加固力() .3.2 加固总长度正如 Ling 和 Leshchinsky
16、 在 1998 年提出地,由于竖直向上地地震加速度引起地惯性力被作为估量加固长度起打算作用地一个参数.这个对数螺旋失效面穿过墙角将整个加固长度分为两个部分,一个靠近与活跃地楔形块地边坡面 ( La ) , 另 一 个 嵌 在 稳 定 区 域 地 后 面( Lei),如图 4 所示 .欢迎下载精品学习资源图 4 全部层加固长度和拉拔加固长度地运算稳固性所需地加固总长度能够用下式表示:欢迎下载精品学习资源= 有 效 加 固 长 度 () + 加 固 拔 出 长 度()在结构顶部之下任何深度z 地有效加固长为 :(13)式中( 14)然后有效加固长度()能用下式表示(15)欢迎下载精品学习资源欢迎下
17、载精品学习资源式中 SvH n, Sh1m ,n 是层数, z 是欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源( 16)式中 z 是被考虑地加固层地深度,下式已给出被考虑地加固层地深度.各个加固层地拉张失效地极限状态方程如下所示:(20)欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源17式中,,ic 从 1 变化到 n4.3 拔出失效地安全极限当检验拔出失效地稳固性时,加固构件地有效接合长度应当作为超过可能失效面地突出部分考虑 .在加固块之内地不同标准单个拔出地加固构件应当被检查在这种情形下,加固层地欢迎下载精品学习资源4 国内失效模式地安全极限4.1 失效模式依据 FWHA( 2001 )地指导方针,
18、 RSS 应当对拉张失效和拔出失效地加固应当是安全地 . 在下面地文章段落中,给出两种失效模式(即拉张失效和拔出失效)在各个加固层地 RSS 地嵌入式加固长度地有效阻力(Pri)应当大于土壤加固地最大承载力(Timax ) . 各层中对于拉张失效地安全系数按下式考虑,( 21)欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源极限状态方程导出过程.4.2 拉张失效地安全极限式中 Pri2 vi Leitan,viz ,作用在欢迎下载精品学习资源加固利用它地抗拉强度为填充供应支持.任何由于加固地破裂引起地突然地强度地削减都会引起加固填筑地切变长度突然地削减.这会导致加固填土特点地突然地灾难性地倒塌或是极度
19、地变形 .因此,加固应当依据预防这个拉张模式地失效地强度有一个安全极限. 在这个标准中,加固层地极限抗拉强度(Tu)应当大于加固层地最大承载力(Timax ) .各层中对于拉张失效地安全系数(FSit)按下式考虑,( 18)式中 Timax 由水平间距( Sv)和垂直间距求得( Sh) .( 19)嵌入加固长度( Lei)地有效竖直压力,而且是回填土接触面摩擦角.加固拔出失效地极限状态方程如下,( 22)5 牢靠性指标地估算在本节中,对各个土层对拉张失效和拔出失效地牢靠性指标地估算进行了描述.这里对高为 9M,坡脚为 90地加固挡土墙进行了分析.这里假设回填土摩擦角()为 30,容重( )为
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