摘要 摘要 隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，許多新的地基基礎(chǔ)形式被用于工程實(shí)踐，長(zhǎng)短樁 復(fù)合地基就是一種新型的復(fù)合地基，在深厚軟土地區(qū)運(yùn)用較多。本文在已有的 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基相關(guān)理論基礎(chǔ)上，引入可靠度理論，建立了長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承 載力可靠性分析的理論框架。 本文首先綜述了長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的基本理論和發(fā)展概況。對(duì)工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域 可靠性理論的發(fā)展和研究進(jìn)行了總結(jié)，包括：結(jié)構(gòu)工程可靠性理論研究、巖土 工程可靠性理論研究、樁基工程領(lǐng)域可靠性理論研究以及國(guó)外可靠性理論新近 動(dòng)態(tài)。并對(duì)將要用到的可靠性分析的基本概念和原理、可靠性分析的基本方法 進(jìn)行了介紹。 根據(jù)已有的研究工作與理論，選用目前巖土工程領(lǐng)域中常用的可靠性分析 方法：j c 法，從長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力的角度進(jìn)行了可靠性分析研究，主要內(nèi) 容包括： ( 1 ) 樁間土極限承載力可靠性分析 ( 2 ) 短樁單樁豎向極限承載力可靠性分析 ( 3 ) 短樁復(fù)合地基的極限承載力可靠性分析 在上述三部分工作的基礎(chǔ)上，提出了新的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基極限承載力計(jì)算 模式，并得到了相關(guān)計(jì)算公式： ( 4 ) 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的極限承載力可靠性分析 根據(jù)上述各個(gè)計(jì)算公式編制相關(guān)計(jì)算程序，求解了可靠性指標(biāo)，對(duì)各個(gè)隨機(jī) 變量進(jìn)行了敏感性分析，得到了相關(guān)結(jié)論，為長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的概率極限狀態(tài) 設(shè)計(jì)方法提供思路。 最后對(duì)本文的工作進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)今后進(jìn)一步工作進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞：長(zhǎng)短樁復(fù)合地基、可靠性理論、極限承載力、樁問(wèn)土、柔性短樁、 短樁復(fù)合地基、j c 法、可靠性指標(biāo)、敏感性分析 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t eo fs o c i e t ya n de c o n o m y , t h e r ea r em a n yn e wt y p e s o ff o u n d a t i o nh a v eb e e np u ti m od e s i g na n dc o n s t r u c t i o n ，t h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o n w i t hl o n g s h o r t p i l ei so n eo ft h e m ，i ts il a r g e l yu s e di nd e e p - t h i c ks o f ts o i la r e a s i n t h i st h e s i s o nt h eg r o u n do ft h et h e o r e t i c a lo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw i t hl o n g 。s h o r t - p i l e ，at h e o r e t i c a lf r a m e w o r kf o rr e l i a b i l i t ya n a l y s i so f i th a sb e e ne s t a b l i s h e d f i r s t l y , t h ed e v e l o p i n gh i s t o r ya n d b a s i ct h e o r yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw i t h l o n g s h o r t p i l ea r es u m m a r i z e di n t h i sp a p e t h er e s e a r c hp r o d u c t i o no fs t r u c t u r e si s i i l _ n o d u c e d i n c l u d e d ：r e s e a r c ho nr e l i a b i l i t yt h e o r yo fs t r u c t u r e se n g i n e e r i n g ，r e s e a r c h o nr e l i a b i l i t yt h e o r yo fg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ，r e s e a r c ho nr e l i a b i l i t yt h e o r yo fp i l e f o u n d a t i o ne n g i n e e r i n g ，a n dd e v e l o p i n gs i t u a t i o n o fr e l i a b i l i t yt h e o r yi na b r o a d t h e g e n e r a lt h e o r ya n dc o n c e p to fr e l i a b i l i t ya n a l y s i si si n t r o d u c e d t h e m e t h o d sw i l lb e u s e di nt h i sp a p e ri sa l s op r e s e n t e d b a s e do nt h ea b o v ei n v e s t i g a t i o n s ，t h ej cm e t h o d ：w h i c hw a su s u a l l yu s e df o r r e l i a b i l i t ya n a l y s i so fg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ，w a sp u tf o r w a r d i nr e l i a b i l i t ya n a l y s i s o fb e a r i n ga b i l i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw i t hl o n g - s h o r t - p i l e i ti n c l u d e d ： 1 t h er e l i a b i l i t ya n a l y s i so fu l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yo fa d j a c e n ts o i li nc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw i t hl o n g s h o r t - p i l e 2 t h er e l i a b i l i t ya n a l y s i so fu l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yo fs i n g l es h o r t - p i l e 3 t h er e l i a b i l i t ya n a l y s i so fu l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n w i t hs h o r t - p i l e o nt h eb a s i so fa b o v ea n a l y s i s ，i ti st h en e wm o d e la n dc a l c u l a t i o nm e t h o df o r u l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nw i t hl o n g - s h o r t - p i l et h a th a v eb e e n p r o p o s e d 4 t h er e l i a b i l i t ya n a l y s i so fu l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n w i t hl o n g - s h o r t p i l e b o t ho fu l t i m a t eb e a r i n ga b i l i t yc a l c u l a t i o nf o r m u l a sh a v eb e e na n a l y z e dw i t h r e l i a b i l i t yt h e o r y i na l lt h er e l i a b i l i t ya n a l y s i sm e n t i o n e da b o v e ，s e n s i n gf a c t o r so f a b s t r a c t b e a r i n gc a p a c i t yr e l i a b i l i t yi n d e xh a v eb e e ns t u d i e di nd e t a i l i tg i v e ss o m eu s e f u l c o n c l u s i o n sf o r t h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n ga n d d e s i g no ft h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o n 、析t 1 1 l o n g - s h o r t - p i l e i nt h ef i n a l i t y , t h ep r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rs t u d i e sa r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：c o m p o s i t ef o u n d a t i o n 晰t hl o n g s h o r t p i l e ，r e l i a b i l i t yt h e o r y , u l t i m a t e b e a r i n ga b i l i t y , 刪a c e n ts o i l ，f l e x i b l es h o r t - p i l e ，c o m p o s i t ef o u n d a t i o n w i t hs h o r t p i l e ，j cm e t h o d ，r e l i a b i l i t yi n d e x ，a n a l y s i so fs e n s i n gf a c t o r i i i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、 掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有 關(guān)部門(mén)或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前 提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。 學(xué)位論文作者簽名：余看碾 o 矽年弓月糾日 指導(dǎo)教師簽名：學(xué)位論文作者簽名： 年月日年月日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的 作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集 體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：余清穆 知勺雹年；月糾日 第1 章緒論 1 1 引言 第1 章緒論 沿海沿江一帶，廣泛分布著深厚軟土，其孔隙比大、壓縮性高、厚度大( 如 上海、江浙地區(qū)一般深達(dá)3 0 5 0m ) 、承載力差。對(duì)于多層或高層建筑其荷載大， 單純用樁基礎(chǔ)往往會(huì)布樁過(guò)多，既不經(jīng)濟(jì)同時(shí)還會(huì)帶來(lái)其他環(huán)境問(wèn)題。在滿足 工程要求的前提下，如何減少樁基礎(chǔ)中的樁數(shù)成為多年來(lái)巖土工程界致力探索 的課題。 樁筏基礎(chǔ)( p i l e dr a f tf o u n d a t i o n ，我國(guó)工程界也稱(chēng)其為“復(fù)合樁基”) 是達(dá)到 這一目的的有效手段，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，土木工程建設(shè)大量進(jìn)行，樁 筏基礎(chǔ)在我國(guó)有機(jī)會(huì)得以廣泛的應(yīng)用。上海近年來(lái)采用的控制沉降復(fù)合樁基， 較充分的利用了地基土的承載能力，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 但是，樁筏基礎(chǔ)應(yīng)用范圍有一定的限制：當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)硬土層時(shí)，適宜應(yīng) 用樁筏基礎(chǔ)，此時(shí)樁筏可提供相當(dāng)大承載能力，而樁主要用于提高基礎(chǔ)的受力 性能；但當(dāng)?shù)鼗鶞\部為軟弱土層或在距地表一定深度內(nèi)存在軟弱下臥層等情況 時(shí)，則不宜應(yīng)用樁筏基礎(chǔ)。因?yàn)榈鼗鶞\部軟弱土層的存在，使筏板僅能提供很 有限的承載力，而軟弱下臥層引起的沉降又會(huì)減小筏板對(duì)基礎(chǔ)長(zhǎng)期剛度的貢獻(xiàn)。 為使筏板基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)沿海的軟土地區(qū)得到充分發(fā)揮，減少樁基礎(chǔ)中 的樁數(shù)，取得經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)，伴隨著復(fù)合地基理論研究的深入和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 的積累，我國(guó)土木工程界進(jìn)行了探索：一種利用剛性長(zhǎng)樁，剛性、半剛性或柔 性短樁相結(jié)合對(duì)地基進(jìn)行綜合處理的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基處理技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)， 并已在不少地方得到了成功應(yīng)用。 這種基礎(chǔ)形式的設(shè)計(jì)思想將長(zhǎng)樁和短樁相結(jié)合：不同長(zhǎng)度的樁利用多層土 或者加強(qiáng)淺部土層的承載力，有利于實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的有機(jī)統(tǒng)一，具有良 好的工程應(yīng)用前景。目前，對(duì)于長(zhǎng)短樁復(fù)合地基理論研究，還處于初級(jí)階段， 其發(fā)展落后于工程實(shí)踐：設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法還需要進(jìn)行進(jìn)一步的深入探討和 完善。 第1 章緒論 1 2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的概念與定值分析方法 長(zhǎng)短樁的運(yùn)用已具有較長(zhǎng)的歷史，具有多種形式，主要有：長(zhǎng)短樁組合樁 基礎(chǔ)和長(zhǎng)短樁復(fù)合地基，兩者分屬于不同的范疇，前者為樁基的一種形式，后 者屬于復(fù)合地基的范圍。 1 2 1 長(zhǎng)短樁運(yùn)用的分類(lèi) 為了明晰本文的研究對(duì)象，將長(zhǎng)短樁的運(yùn)用進(jìn)行分類(lèi)如下： 1 長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)：在實(shí)際情況中，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與分析中經(jīng)常會(huì)遇到樁 的長(zhǎng)短不一的問(wèn)題，如圖1 1 ： a ) 由于利用兩層持力層而導(dǎo)致的樁的長(zhǎng)短不一，如圖1 1 a ) ：基礎(chǔ)下方存在 兩層持力層，如果僅利用淺部持力層難以達(dá)到沉降控制和變形的要求， 或者只利用深層持力層會(huì)加大施工難度、造成造價(jià)過(guò)高。這是一種較為 有生命力的新型樁基，同濟(jì)大學(xué)楊敏教授領(lǐng)銜的樁基礎(chǔ)教研室f 1 9 1 【7 1 】【7 2 】【7 3 】 對(duì)此種樁基形式從理論上進(jìn)行了研究，并承擔(dān)過(guò)長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)的設(shè) 計(jì)咨詢(xún)工作。 b ) 由于變剛度調(diào)平的需要而布置的長(zhǎng)短不一的樁，如圖b ) ：比較著名的如 德國(guó)的法蘭克福展覽館，在其樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中，長(zhǎng)樁用于中部核心筒位 置承受較大荷載，而短樁用于四周承受上部結(jié)構(gòu)外墻下相對(duì)較小的荷 載，并且內(nèi)外樁布置疏密不同，真正達(dá)到了工程技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的 要求。 l 一 建筑物 z穿z z 彰摹彤彭療z 療z z o z 例 軟弱層 淺?。毫?軟弱層f 深層持力層 a ) l ，一 建筑物 能，療z 仍仍o z 彬“療z 釤彤夠乃乃乃芬習(xí) j ： 3 ： - ： 一 j 筮 持力層 b ) c ) 圖1 1長(zhǎng)短樁組合樁基示意圖 2 第l 章緒論 另外，由于地質(zhì)情況等被動(dòng)的使用長(zhǎng)短樁：如持力層起伏、基礎(chǔ)下方有巨 大孤石等地質(zhì)情況，或者施工原因等造成樁長(zhǎng)不一，如圖c ) 。 2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基：這是本文研究的對(duì)象。 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的形式較多，長(zhǎng)樁和短樁可以采用同一種樁型，也可以采 用不同的樁型。在工程應(yīng)用上：長(zhǎng)樁常采用剛度較大的樁，如鋼筋混凝土樁、 鋼管樁等，樁端落在強(qiáng)度較高、壓縮性較小的土層上，這樣可以將應(yīng)力傳遞給 較深的土層；短樁常采用散體材料樁和柔性樁，如碎石樁、水泥土樁、石灰樁 等，起到加固淺層地基的作用。有時(shí)也將其稱(chēng)為剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁復(fù)合地基。 對(duì)于這一新型的復(fù)合地基形式，龔曉南教授領(lǐng)銜的浙江大學(xué)巖土工程研究 所【5 7 】【5 8 】【5 9 】唧】、上海交通大學(xué)的陳龍珠教授6 4 】【6 5 】【6 6 兒6 7 1 、中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基 基礎(chǔ)研究所的馬驥等人、湖南大學(xué)趙明華教授f 6 9 】等，都曾對(duì)其做過(guò)相關(guān)工程實(shí) 踐研究，在相關(guān)文獻(xiàn)和著作中，對(duì)其理論和實(shí)踐方法進(jìn)行了闡述和介紹。 a )b )c ) 圖1 2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基示意圖 長(zhǎng)樁和短樁在空間布置上也可采用多種形式：圖1 2 a ) 中，長(zhǎng)短樁相間，兩 長(zhǎng)樁之間也可布置2 根或更多的短樁。圖b ) 和圖c ) 中，長(zhǎng)短樁一般采用同一 樁型。圖b ) 的布置形式比圖c ) 更有利于減小沉降，而圖c ) 的布置形式基礎(chǔ) 中的彎矩可調(diào)至最小。本文的研究主要針對(duì)圖a ) 形式的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。 對(duì)于長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)及長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的界定，主要是從樁端持力層、 樁土承載特性、樁土共同作用分析計(jì)算方法等方面來(lái)考慮的。考慮樁土共同作 用的摩擦型樁長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)，也可以將其看為剛性樁的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。 1 2 2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在學(xué)術(shù)界已引起了足夠關(guān)注：文獻(xiàn)1 1 為該類(lèi)基礎(chǔ)形式的研究 第1 章緒論 專(zhuān)著，該書(shū)從試驗(yàn)分析、數(shù)值分析、理論分析、三條途徑研究了剛?cè)嵝詷稄?fù)合 地基的特性，提出了較成熟的施工方法。 海南省規(guī)劃勘察院沙祥林等( 19 9 6 ) 2 1 發(fā)展的c m 三維高強(qiáng)復(fù)合地基在海南 省得到了一定的工程應(yīng)用，他們對(duì)這種復(fù)合地基的工作機(jī)理、褥墊層效應(yīng)、變 形及承載機(jī)理作了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。郭昭，王景銘( 1 9 9 6 ) 3 1 將之推廣到上海，認(rèn)為 其應(yīng)用對(duì)象應(yīng)著眼于小高層，在采用常規(guī)的水泥土加固地基時(shí)承載力不夠、采 用大型樁基顯得浪費(fèi)的情況下采用。c m 復(fù)合地基實(shí)際上是長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的一 種，上述研究可看做最早的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的應(yīng)用。 朱小友、尹華濂( 1 9 9 9 ) 4 1 通過(guò)介紹某高層建筑灌注樁承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要 求而采用水泥粉噴樁成功補(bǔ)強(qiáng)原基礎(chǔ)的實(shí)踐，提出這種二元組合樁基作為樁基 補(bǔ)救措施是可行的。劉吉福，周正忠，張曠成( 1 9 9 9 ) 5 1 根據(jù)一個(gè)由沉管灌注樁、 深層攪拌樁和褥墊層組成的復(fù)合地基工程實(shí)例，指出了褥墊層在復(fù)合地基中的 重要作用。戴浩，王興梅，劉祖德( 2 0 0 0 ) 6 1 認(rèn)為盡管剛?cè)嵝詮?fù)合地基技術(shù)還 不夠成熟，但對(duì)于土層多樣性而言，特別是房屋的增層改造中對(duì)原有地基基礎(chǔ) 的進(jìn)一步加固處理方面應(yīng)用前景良好。應(yīng)永法，章雷( 2 0 0 0 ) 【7 】針對(duì)剛性樁復(fù)合 地基和柔性樁復(fù)合地基各自的缺點(diǎn)，構(gòu)想出復(fù)合樁地基，并認(rèn)為該復(fù)合樁地基 設(shè)計(jì)可按常規(guī)剛性樁基礎(chǔ)進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上提出了承載力和變形的計(jì)算公式。 馬驥，張東剛，張震，閻明禮( 2 0 0 1 ) 8 1 闡述了長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思想，介 紹了長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載和變形的計(jì)算方法，并對(duì)設(shè)計(jì)中有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了 分析。郭志強(qiáng)，張曉哲，劉豐軍( 2 0 0 2 ) 9 1 通過(guò)一個(gè)由夯實(shí)水泥土樁和c f g 樁 構(gòu)成的組合樁型復(fù)合地基工程實(shí)例說(shuō)明采用組合樁型復(fù)合地基既可消除地基土 層的濕陷性，又能獲得較高的承載力。閻明禮，王明山，閻雪峰( 2 0 0 3 ) 1 0 l 討 論了多樁型復(fù)合地基及其復(fù)合模量的基本概念，提出了多型復(fù)合地基承載力和 變形的計(jì)算方法。徐新躍，陳建忠( 2 0 0 3 ) 【l l 】結(jié)合工程實(shí)例認(rèn)為在一定地質(zhì)條 件下，混凝土管樁水泥土攪拌樁復(fù)合地基是一種有效的地基處理方法。周德泉 ( 2 0 0 2 ) 1 3 】認(rèn)為組合樁型復(fù)合地基在具體工程中要結(jié)合基礎(chǔ)類(lèi)型、荷載大小、 場(chǎng)地地質(zhì)條件和環(huán)保要求，合理選擇褥墊層和和樁體材料、施工工藝、尺寸和 布局，使設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求。 浙江大學(xué)對(duì)這種新型復(fù)合地基相當(dāng)關(guān)注，并對(duì)此進(jìn)行了一定的研究。龔曉 南教授的相關(guān)著作復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南( 2 0 0 3 ) 【1 4 】專(zhuān)門(mén)以獨(dú)立章節(jié)對(duì)該 型復(fù)合地基進(jìn)行了介紹，并引以工程實(shí)例進(jìn)行了分析。張忠苗，唐朝文( 2 0 0 2 ) 4 第1 章緒論 5 j 對(duì)由兩根剛性樁和兩根柔性樁構(gòu)成的剛?cè)嵝詷稄?fù)合地基進(jìn)行有限元分析，得 出了樁間土注漿加固后剛?cè)嵝詷稄?fù)合地基承載力顯著提高，沉降量明顯減少的 結(jié)論。楊軍龍( 2 0 0 2 ) 1 6 1 探討了長(zhǎng)短樁復(fù)合地基沉降計(jì)算模式，建立了沉降計(jì) 算簡(jiǎn)化公式。張世民( 2 0 0 4 ) 1 7 1 參照復(fù)合樁基沉降計(jì)算辦法，提出了剛?cè)嵝詷?復(fù)合地基沉降計(jì)算的簡(jiǎn)化方法。葛忻聲，龔曉南，張先明( 2 0 0 2 ) 【l8 】利用有限 元對(duì)同等地質(zhì)條件下的長(zhǎng)短樁、全長(zhǎng)樁、全短樁和天然地基的情況進(jìn)行了應(yīng)力、 變形的對(duì)比分析，認(rèn)為長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在有效減小建筑物沉降量的同時(shí)，可降 低基礎(chǔ)沉降差，使基礎(chǔ)受力更均勻。 1 2 3 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載特性 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基中，長(zhǎng)樁常采用剛度較大的樁，樁端落在較深處的持力層 上；短樁常采用柔性樁，如碎石樁、水泥土樁等，起到加固淺層地基的作用。 短樁的參與除了能提高地基的承載能力外，還能加速樁間土的固結(jié)，增大地基 土豎向剛度，減小復(fù)合地基加固區(qū)變形。同時(shí)，剛性長(zhǎng)樁對(duì)柔性短樁而言，還 可起到護(hù)樁的作用，而且剛性長(zhǎng)樁的參與還會(huì)抑制復(fù)合地基周?chē)馏w的隆起。 以復(fù)合地基理論和運(yùn)用思想來(lái)看，長(zhǎng)短樁復(fù)合地基適用于壓縮土層較厚的 地基：在荷載的作用下，地基中的附加應(yīng)力隨著深度增加而減?。回Q向增強(qiáng)體 ( 樁體) 復(fù)合地基中，取不同長(zhǎng)度的樁體正適應(yīng)了附加應(yīng)力由上而下減小的特 征，更有效地利用了復(fù)合地基中樁體的承載潛能。從復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng) 的特性分析可知，由于復(fù)合地基加固區(qū)的存在，高應(yīng)力區(qū)向地基深度移動(dòng)，地 基壓縮土層變深。采用沿深度變強(qiáng)度和變模量的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基可以有效減小 沉降，降低加固成本。在長(zhǎng)短樁復(fù)合地基中，加固區(qū)淺層地基中既有長(zhǎng)樁、又 有短樁，地基置換率高。在加固區(qū)深層地基中，附加應(yīng)力相對(duì)較小，只有長(zhǎng)樁， 也可以達(dá)到滿足承載力要求，有效減小沉降的目的?？梢哉f(shuō)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基加 固區(qū)的特性比較符合荷載作用下地基中應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)特性。 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載特性不同于樁基，兩者在理論分析上存在如下差別： 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基屬于復(fù)合地基的范疇，復(fù)合地基的最基本假定是樁與樁問(wèn)土的 協(xié)調(diào)變形，復(fù)合地基理論的研究對(duì)象是樁與樁間土所組成的單元體，而且各單 元體間假定為相互獨(dú)立，因此復(fù)合地基中不存在類(lèi)似樁基中的群樁效應(yīng)。 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載特性也不完全等同于傳統(tǒng)意義上的復(fù)合地基：在相對(duì) 第1 章緒論 剛性基礎(chǔ)下，復(fù)合地基不可能存在樁的負(fù)摩阻力問(wèn)題；在長(zhǎng)短樁復(fù)合地基中， 如果由于地基土的蠕變，地下水下降引起地基土固結(jié)等，造成短樁和樁間土不 再承受荷載，荷載全部由長(zhǎng)樁承擔(dān)，則可能引起樁的負(fù)摩阻力問(wèn)題。由于長(zhǎng)樁 所提供的承載力有限，這一點(diǎn)發(fā)生時(shí)可能造成基礎(chǔ)工程事故，影響建筑物的安 全使用，在采用長(zhǎng)短樁復(fù)合地基時(shí)應(yīng)予以重視。 復(fù)合地基、復(fù)合樁基是目前常見(jiàn)的二種基礎(chǔ)形式，復(fù)合地基和復(fù)合樁基之 間沒(méi)有嚴(yán)格的界限：樁體復(fù)合地基的本質(zhì)是樁體和地基土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳 來(lái)的荷載，而復(fù)合樁基的本質(zhì)也是考慮樁土共同直接承擔(dān)荷載，因此可以認(rèn)為 復(fù)合樁基是復(fù)合地基的一種。從這一思路來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載特性與 分析思路可以借鑒已經(jīng)較為成熟的復(fù)合樁基理論。 1 2 4 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力與變形計(jì)算方法 在這里，對(duì)現(xiàn)有的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力與變形計(jì)算方法只做大致思路 的總結(jié)和介紹。 已有長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力計(jì)算思路同一般復(fù)合地基承載力計(jì)算思路相 同。首先分別計(jì)算長(zhǎng)樁部分的承載力、短樁的承載力和樁問(wèn)土的承載力，對(duì)于 各部分承載力的計(jì)算模式可以參照現(xiàn)有的樁基承載力計(jì)算模式和復(fù)合地基各部 分承載力計(jì)算模式，根據(jù)一定的原則疊加形成長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力。本文提 出的疊加思路是：首先根據(jù)一定的原則疊加短樁和樁間土這兩部分的承載力， 如類(lèi)似復(fù)合地基承載力計(jì)算公式中的面積比公式、應(yīng)力比公式；再根據(jù)剛性樁 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)理論和工程實(shí)踐，參照同 一樁長(zhǎng)復(fù)合地基承載力計(jì)算模式，按照短 樁加固后的復(fù)合地基視為長(zhǎng)樁復(fù)合地基的 “樁間土”來(lái)進(jìn)行。 對(duì)于復(fù)合地基，不僅要滿足上部結(jié)構(gòu) 對(duì)承載力的要求，還需要滿足變形的要求。 因?yàn)閺?fù)合地基的變形過(guò)大，將同樣影響到 建筑物的正常使用。長(zhǎng)短樁復(fù)合地基沉降 計(jì)算一般可以采用簡(jiǎn)化的分層計(jì)算：總沉 降s 由三部分組成：短樁加固區(qū)內(nèi)的土層 6 下臥層 圖1 3長(zhǎng)短樁復(fù)合地基沉降計(jì)算示意圖 第1 章緒論 壓縮量s ，短樁加固區(qū)以下的長(zhǎng)樁加固區(qū)部分土層壓縮量s ，長(zhǎng)樁加固區(qū)以下土 層壓縮量s ，如圖1 3 。事實(shí)上，長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的沉降主要以& 、& 為主。 計(jì)算加固層部分變形的方法有：復(fù)合模量法、樁間土應(yīng)力修正法、樁身壓 縮量法、應(yīng)變修正法；計(jì)算下臥層的變形的方法，關(guān)鍵在于如何確定作用于下 臥層上的荷載，常用的方法有：應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法、當(dāng)層厚度法、改進(jìn)g e d d e s 法。 計(jì)算長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力和變形，目前所采用的設(shè)計(jì)方法，都屬于定 值設(shè)計(jì)法，即把承載力、荷載、變形值、允許變形值以及樁、土的強(qiáng)度指標(biāo)， 視為不變的確定值。往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定一個(gè)總安全系數(shù)來(lái)度量復(fù)合地基的 安全度，即通常采用的總安全系數(shù)設(shè)計(jì)法。 實(shí)際上，對(duì)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基需要考慮的不確定性因素很多，不僅包括計(jì)算 模式的不確定性，還包括幾何尺寸的不確定性和設(shè)計(jì)參數(shù)的變異性。充分考慮 這些不確定性因素的影響，定值設(shè)計(jì)法往往是難以做到的，這里需要引進(jìn)概率 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。 1 3 長(zhǎng)短樁基礎(chǔ)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的必要性 1 3 1現(xiàn)行總安全系數(shù)設(shè)計(jì)法的局限性 傳統(tǒng)的確定性設(shè)計(jì)方法，都是將參數(shù)定值化，把未知的不確定性因素都?xì)w 結(jié)于安全系數(shù)。這種確定性方法，對(duì)于滿足工程設(shè)計(jì)而言，在長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累 基礎(chǔ)上，還是可行的。但是不能不承認(rèn)，雖然安全系數(shù)是用以表示安全度的指 標(biāo)，但并不能作為定量表示安全度的尺度。從某種意義上講，引入安全系數(shù)， 本身就增加一個(gè)新的不確定性因 素。就影響長(zhǎng)短樁復(fù)合地基安全 度的基本因素，如抗力( 復(fù)合地基 的承載力，其中包括樁的承載力、 樁間土的承載力) 、荷載( 包括恒 載、活載等) 都不是定值，而是隨 機(jī)變量。對(duì)于不同地質(zhì)條件、不 同樁身材料和承受不同性質(zhì)荷載圖1 4 總荷載效應(yīng)s 與總抗力r 的概率分布曲線 7 第1 章緒論 的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基，在取相同安全系數(shù)的條件下，其實(shí)際的安全度是不同的。 如圖1 4 ，設(shè)某工程結(jié)構(gòu)的承載力為r ，即為總抗力，總荷載效應(yīng)s 、尺均 為隨機(jī)變量，其概率分布曲線如圖所示，其中u 。、u 。分別為r 、s 的均值，由 總安全系數(shù)的定義： k ：監(jiān) ( 1 3 1 ) u s 由圖1 4 可以看出，j r 、s 在各自的均值“。、u 。附近是變化的。當(dāng)取安全系 數(shù)k i 0 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，并非絕對(duì)安全。如圖中的陰影部分，實(shí)際安全系數(shù)有時(shí)是 小于1 0 的；安全系數(shù)無(wú)法保證工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是絕對(duì)安全可靠的，這是總安全 系數(shù)設(shè)計(jì)法局限性的一個(gè)方面。另一方面，對(duì)于土質(zhì)不同、設(shè)計(jì)參數(shù)不同，情 況就更為復(fù)雜，即使采用相同的安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際的安全度并不相同， 甚至?xí)嗖詈艽?。安全系?shù)不能作為不同工程結(jié)構(gòu)安全度大小比較的依據(jù)。 1 3 2 與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相匹配的要求 目前上部結(jié)構(gòu)按概率極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)己進(jìn)入實(shí)用化階段，由中國(guó)建筑科 學(xué)研究院會(huì)同房屋建筑、鐵路、公路、港口及水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)的各主編單位，總結(jié)了我國(guó)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，征求了全國(guó)有關(guān)單位意見(jiàn)， 共同編制了屬第一層次的工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)( g b 5 0 1 5 3 9 2 ) 。 之后，上述五大部門(mén)又各自根據(jù)本部門(mén)專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以第一層次的統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，編制了適合于本專(zhuān)業(yè)、用于指導(dǎo)編制和修訂專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 的可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，主要采用以隨機(jī)可靠性理論為基礎(chǔ)，以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá) 的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，作為我國(guó)土木、建筑、水利等專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范改 革修訂的依據(jù)。 1 3 3 巖土工程學(xué)科自身發(fā)展的要求 隨著巖土工程領(lǐng)域工作的進(jìn)展，在理論上逐漸成熟，計(jì)算方法上日益得到 發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使巖土工程專(zhuān)家可以處理龐雜的工程信息， 并能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，人們?cè)趲r土工 程領(lǐng)域已經(jīng)積累了大量的工程信息，為可靠性研究打下了一定的基礎(chǔ)。 而且在現(xiàn)在，計(jì)算參數(shù)與實(shí)際情況相比它所具有的精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程 8 第1 章緒論 結(jié)構(gòu)的精確分析。如果不考慮參數(shù)的不確定性，結(jié)構(gòu)的精確分析所能取得的效 益將被粗略的經(jīng)驗(yàn)性安全指標(biāo)所淹沒(méi)。 巖土工程學(xué)科在可靠性理論研究方面也已經(jīng)取得了大量成果，并已經(jīng)逐步 加以應(yīng)用，我國(guó)建筑樁基技術(shù)規(guī)范( j g j9 4 9 4 ) 中的設(shè)計(jì)方法和上海市地基 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范( d g j 0 8 1 1 1 9 9 9 ) 中采用的樁基概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是這方面例 證：它是以概率理論為基礎(chǔ)，對(duì)荷載效應(yīng)、抗力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，使樁 基的失效概率符合規(guī)定的限值，即達(dá)到一定的可靠度。 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基是一種很有發(fā)展前景的復(fù)合地基，其相關(guān)理論與樁基礎(chǔ)密 切關(guān)聯(lián)，對(duì)其做可靠性分析方法研究，是對(duì)地基基礎(chǔ)工程概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方 法的發(fā)展和完善。 1 4 本文主要工作及編寫(xiě)安排 本文所作的主要工作如下： 第二章總結(jié)了工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域目前可靠性理論的發(fā)展?fàn)顩r：上部結(jié)構(gòu)可靠性 理論研究、巖土工程可靠性理論研究、樁基工程可靠性理論研究以及國(guó)外新近 可靠性理論發(fā)展動(dòng)態(tài)；并對(duì)本文工作中將要用到的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、可靠性理論 的基本概念和基本分析方法進(jìn)行了介紹。在進(jìn)入研究生階段以前，本人對(duì)可靠 性理論是較為陌生的，這是寫(xiě)作先期了解的一些基礎(chǔ)知識(shí)，這里體現(xiàn)了作者的 一點(diǎn)體會(huì)：?jiǎn)栴}的突破往往是從基本概念的澄清和認(rèn)識(shí)開(kāi)始的。 第三章進(jìn)行了基于長(zhǎng)短樁復(fù)合地基極限承載力計(jì)算公式的可靠性分析。先 分別對(duì)總安全系數(shù)下樁間土極限承載力、短樁極限承載力與“短樁復(fù)合地基”極限 承載力的可靠性指標(biāo)作了求解與各隨機(jī)變量的敏感性分析。然后參照復(fù)合地基 極限承載力計(jì)算公式，得到長(zhǎng)短樁復(fù)合地基極限承載力的計(jì)算公式，并依據(jù)該 式進(jìn)行了可靠性指標(biāo)求解與敏感性分析。 第四章對(duì)于全文的研究進(jìn)行了總結(jié)，并簡(jiǎn)要討論了存在的問(wèn)題和需要進(jìn)一 步進(jìn)行的工作。 由于本文的公式與表格較多，全文公式與表格的編排按照章節(jié)編號(hào)，例如 式( 2 2 1 ) 表示2 2 節(jié)之第一式；表( 3 3 2 ) 表示3 3 節(jié)之第二表。圖的編排按 章節(jié)來(lái)進(jìn)行，例如圖2 1 表示第二章之第一圖。 9 第2 章工程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 第2 章工程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 2 1引言 所謂可靠性是指一個(gè)系統(tǒng)在給定的條件下和預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能 運(yùn)行的概率?？煽啃岳碚撁妊坑诘诙问澜绱髴?zhàn)，而在戰(zhàn)后得到了完善與發(fā)展。 當(dāng)時(shí)是為了解決二戰(zhàn)后期美軍太平洋戰(zhàn)區(qū)軍用武器電子設(shè)備中元器件失效與失 靈等問(wèn)題，就引用了概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，從而孕育了一門(mén)新的學(xué)科可 靠性理論。在第二次世界大戰(zhàn)后，可靠性理論才得到了飛速的發(fā)展，也逐步應(yīng)用 于工程領(lǐng)域，并取得顯著的成效。 可靠性理論在土木工程的結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用是開(kāi)始得比較早的一個(gè)領(lǐng)域，二 戰(zhàn)后，可靠性理論得到較大的發(fā)展。1 9 4 7 年，蘇聯(lián)的爾然泥欽就提出了用一次 二階矩理論的方法來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)的失效概率：美國(guó)的弗羅伊詹特( a m f r e u d e n t h a l ) 在4 0 年代開(kāi)創(chuàng)了美國(guó)結(jié)構(gòu)安全度的研究工作，并在1 9 5 1 年提出，破壞概率的 選擇：應(yīng)使結(jié)構(gòu)建造費(fèi)用與期望的破壞損失費(fèi)的總和為最小的概念，奠定了結(jié) 構(gòu)可靠度理論的基礎(chǔ)，標(biāo)志著可靠度理論的建立。爾后，美國(guó)的康乃爾 ( c a c o m e l l ) 、洪( a h s ) 和鄧( w h t a n g ) 發(fā)展和完善了工程技術(shù)中應(yīng)用的概 率概念和方法，2 0 世紀(jì)4 0 年代到6 0 年代是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展的主要時(shí)期， 現(xiàn)在所提到的經(jīng)典可靠度理論大都是在這個(gè)時(shí)期形成的。大致在6 0 年代和7 0 年代，土木工程結(jié)構(gòu)可靠度的研究工作廣泛的開(kāi)展并逐步進(jìn)入實(shí)用階段。 2 2 結(jié)構(gòu)可靠性理論研究與發(fā)展 2 0 世紀(jì)7 0 年代，結(jié)構(gòu)可靠性理論有了長(zhǎng)足發(fā)展，許多國(guó)家開(kāi)始研究在結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)規(guī)范中的應(yīng)用，特別是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)i s o2 3 9 4 的頒布和歐洲規(guī)范由試行規(guī)范逐 步轉(zhuǎn)變?yōu)檎揭?guī)范，使結(jié)構(gòu)可靠性理論的應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。結(jié)構(gòu)安全性控 制方法先是由定值設(shè)計(jì)法發(fā)展為半概率法，目前正由半概率法逐步向概率極限 狀態(tài)設(shè)計(jì)法( 可靠度設(shè)計(jì)方法) 過(guò)渡。 1 0 第2 章工程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 2 2 1 涉及結(jié)構(gòu)可靠性的國(guó)際機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和大型會(huì)議 1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織i s o 與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)i s o2 3 9 4 i s o 是由世界上1 4 8 個(gè)國(guó)家組成的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，遵循一個(gè)國(guó)家為一個(gè)代表 的原則。1 9 4 7 年2 月2 3 日成立，總部設(shè)在瑞士日內(nèi)瓦。i s o t c9 8 為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)委員會(huì)，是協(xié)調(diào)、組織建筑和土木工程領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)機(jī)構(gòu)。該委員 會(huì)的職責(zé)是從總體上分析和協(xié)調(diào)制訂有關(guān)結(jié)構(gòu)( 包括鋼、磚石、混凝土、木等) 可 靠性的基本要求。 i s o2 3 9 4 ：1 9 9 8 結(jié)構(gòu)可靠性總原則為i s o t c9 8 編制的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，i s o 2 3 9 4 ：1 9 9 8 結(jié)構(gòu)可靠性總原則是一本關(guān)于結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 1 9 8 6 年的版本只有十幾頁(yè)，而1 9 9 8 年的版本有六十多頁(yè)，內(nèi)容增加很多，有 些方面的內(nèi)容也更加詳盡。i s o2 3 9 4 在國(guó)際上有很大影響，許多國(guó)家有關(guān)規(guī)范編 制、修訂都參考了該標(biāo)準(zhǔn)【2 2 1 。 2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)c e n 與歐洲規(guī)范e n1 9 9 0 ：2 0 0 2 2 0 世紀(jì)8 0 年代末和9 0 年代，在歐洲標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)c e n t c 2 5 0 的組織和 協(xié)調(diào)下。首先編制了一套歐洲試行規(guī)范e n v l 9 9 1 一e n v l 9 9 9 。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使 用后，通過(guò)修訂和補(bǔ)充，將歐洲試行規(guī)范轉(zhuǎn)變?yōu)闅W洲正式規(guī)范，即歐洲規(guī)范。歐 洲結(jié)構(gòu)規(guī)范是一配套使用的土木工程設(shè)計(jì)規(guī)范，有英語(yǔ)、法語(yǔ)和德語(yǔ)三種語(yǔ)言的 官方版本。這套規(guī)范的第一本為e n l 9 9 0 ：2 0 0 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。e n1 9 9 0 是一本 以結(jié)構(gòu)可靠性原理作為指導(dǎo)原則的規(guī)范，其理論背景含有i s o2 3 9 4 。 按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的規(guī)定，歐洲規(guī)范作為標(biāo)注為e n 的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，它負(fù) 有必須被各成員國(guó)一級(jí)采用的責(zé)任，一旦采用后就具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的合法地位，而 其他的原有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)必須撤消。所以，執(zhí)行歐洲規(guī)范國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括歐洲規(guī) 范的全文【2 2 1 。 歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)c e n 與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織i s o 有著極其密切的關(guān)系。根據(jù) 1 9 9 1 年i s o 和c e n 之間締結(jié)的維也納協(xié)定，對(duì)于c e n 先行制定的標(biāo)準(zhǔn)，i s o 將不再另行制定，用c e n 制定的標(biāo)準(zhǔn)作為i s o 相應(yīng)部分標(biāo)準(zhǔn)的草案。勿容質(zhì)疑， 像歐洲規(guī)范這樣的地域性標(biāo)準(zhǔn)改為國(guó)際規(guī)范的做法將會(huì)受到世界各國(guó)的關(guān)注。 3 國(guó)際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合會(huì)j c s s 與概率模式規(guī)范 19 7 1 年，協(xié)調(diào)六個(gè)國(guó)際土木工程協(xié)會(huì)活動(dòng)的聯(lián)絡(luò)委員會(huì)創(chuàng)建了國(guó)際結(jié)構(gòu)安 第2 章r t 程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 全度聯(lián)合會(huì)j c s s 。j c s s 先后起草并出版了多個(gè)有關(guān)結(jié)構(gòu)安全性的文件，這些文 件成為編制不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造指導(dǎo)文件的背景材料。 j c s s 一直致力于編制一本概率模式規(guī)范，其目的是探討直接用概率原理 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。除概率模式規(guī)范外，j c s s 還在編制已有結(jié)構(gòu)評(píng) 估規(guī)范。盡管j c s s 編制的規(guī)范不是正式的規(guī)范，但這些文件及其中的方法對(duì)有 關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范( 如i s o2 3 9 4 、e n1 9 9 0 等) 編制和修訂起了重要參考作用。 4 國(guó)際結(jié)構(gòu)安全度與可靠度協(xié)會(huì)i a s s a r 和國(guó)際會(huì)議i c o s s a r 國(guó)際結(jié)構(gòu)安全度與可靠度協(xié)會(huì)( i a s s a r ) 是一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事結(jié)構(gòu)隨機(jī)性、安全 度和可靠度研究、教育和將可靠性理論轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用的國(guó)際機(jī)構(gòu)。該協(xié)會(huì)自 1 9 6 9 年由結(jié)構(gòu)可靠度研究先驅(qū)f r e u d e n t h ma m 教授創(chuàng)始以來(lái)，共組織了8 次國(guó) 際結(jié)構(gòu)安全度和可靠度的大型會(huì)議( i c o s s a r ) 。每次會(huì)議都出版一套關(guān)于結(jié)構(gòu) 隨機(jī)性、可靠性的論文集。為了表彰一直從事可靠性研究并做出杰出貢獻(xiàn)的學(xué) 者，每次會(huì)議期間還針對(duì)上述6 個(gè)研究領(lǐng)域評(píng)選出一個(gè)i a s s a r 杰出研究獎(jiǎng)和一 個(gè)i a s s a r 青年研究獎(jiǎng)。除研究獎(jiǎng)外，每次會(huì)議還評(píng)選出一個(gè)在可靠性教育、將 可靠性理論轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用方面做出突出貢獻(xiàn)的i a s s a r 特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)【2 2 】。 5 土木工程風(fēng)險(xiǎn)與可靠度協(xié)會(huì)c e r r a 和統(tǒng)計(jì)與概率應(yīng)用國(guó)際會(huì)議i c a s p 統(tǒng)計(jì)與概率應(yīng)用國(guó)際會(huì)議( i c a s p ) 是一個(gè)由土木工程風(fēng)險(xiǎn)與可靠度協(xié)會(huì) ( c e r r a ) 資助的國(guó)際大型會(huì)議，每4 年舉行一次，其宗旨是為工程師、科學(xué)家、 教育家、研究人員和從事工程實(shí)踐的人員提供一個(gè)信息交流的舞臺(tái)，會(huì)議主題包 括所有土木工程方面的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性管理。 2 2 2 世界一些國(guó)家應(yīng)用可靠性理論的情況 1 北美洲 在北美，美國(guó)是結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用的代表，也是國(guó)際上較早開(kāi)展結(jié)構(gòu)可 靠度研究的國(guó)家之一，公認(rèn)1 9 4 7 年美國(guó)f r e u d e n t h a la m 教授的論文“結(jié)構(gòu)安全 性”是結(jié)構(gòu)可靠性理論系統(tǒng)研究的開(kāi)始，在實(shí)用化方面，1 9 6 9 年美國(guó)c o m e l l c a 教授提出了結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的概念。2 0 世紀(jì)6 0 7 0 年代，美國(guó)在發(fā)生了一些房 屋安全事故后，引發(fā)了對(duì)建筑物安全問(wèn)題的重新思考，認(rèn)識(shí)到容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 的缺陷，以及為保證結(jié)構(gòu)極端情況下安全性和正常使用情況下良好工作性能的 重要性。 1 2 第2 章工程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)( l r f d ) 方法的提出是美國(guó)結(jié)構(gòu)可靠度 理論應(yīng)用的開(kāi)端。1 9 9 5 年，美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)( a i s i ) 的規(guī)范委員會(huì)、加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 會(huì)( c s a ) 的s 1 3 6 規(guī)范委員會(huì)和墨西哥標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)( c a n a c e r o ) 組成了北美規(guī)范 委員會(huì)，委員會(huì)每年會(huì)聚兩次，共同編制適合于三國(guó)使用的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范。 在公路橋梁方面，新一代的美國(guó)和加拿大規(guī)范都采用了基于概率的荷載與 抗力系數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，如美國(guó)州公路與運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)的橋梁荷載與抗力系數(shù)設(shè)計(jì) 規(guī)范) ) ( a a s h t ol r f d1 9 9 4 ) ，加拿大安大略公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范) ) ( o h b d c1 9 7 9 ， 1 9 8 3 ，1 9 9 1 ) 和加拿大公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范( c h b d c2 0 0 0 ) 。在美國(guó)，公路管 理聯(lián)合會(huì)( f h w a ) 重視支持長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)項(xiàng)目的研究，其中之一就是貫徹荷載與抗 力系數(shù)設(shè)計(jì)方法。 在加拿大公路橋梁建設(shè)飛速發(fā)展的2 0 世紀(jì)5 0 年代和6 0 年代，一直采用美 國(guó)a a s h t o 橋梁規(guī)范，直到1 9 7 9 年加拿大編制了第一本極限狀態(tài)的橋梁設(shè)計(jì) 規(guī)范。1 9 8 3 年，加拿大安大略編制了第二版的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范( 采用l r f d ) ， 并變?yōu)閺?qiáng)制性的。1 9 9 1 年頒布了第三版的規(guī)范，同樣采用了可靠度方法。1 9 9 8 年頒布了第四版的加拿大安大略規(guī)范，這一版也是加拿大第一個(gè)國(guó)家性的橋梁 設(shè)計(jì)規(guī)范。 2 亞太地區(qū) 在亞太地區(qū)，中國(guó)是可靠度應(yīng)用研究和在設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)用最早的國(guó)家。我 國(guó)從5 0 年代初期開(kāi)始用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定超載系數(shù)和材料強(qiáng)度系數(shù)。7 0 年代 成立了工業(yè)與民用建筑規(guī)范系列的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編委會(huì)和專(zhuān)題研 究組等?？偨Y(jié)了我國(guó)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并借鑒了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可靠性總原貝j j ) ) ( i s o 2 3 9 4 ) ，在征求了全國(guó)有關(guān)單位意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，于1 9 8 4 年由國(guó)家計(jì)委正式批準(zhǔn)頒 布了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。明確規(guī)定結(jié)構(gòu)可靠度應(yīng)采用以概率理論為基礎(chǔ) 的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法來(lái)確定，這是概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法在結(jié)構(gòu)工程中發(fā)展成 熟、達(dá)到使用階段的標(biāo)志【2 2 1 。 近十幾年來(lái)，根據(jù)我國(guó)可靠性理論研究成果和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)工 程技術(shù)部門(mén)陸續(xù)編制和頒布了第一層次的工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) ( g b 5 0 1 5 3 9 2 ) 以及屬于第二層次的建筑結(jié)構(gòu)、港口工程結(jié)構(gòu)、水利水電工程結(jié) 構(gòu)、鐵路公路結(jié)構(gòu)和公路工程結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等6 本統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，作 為我國(guó)土木、建筑、水利等專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范改革、修訂的準(zhǔn)則。 第2 章工程結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展與分析方法 日本在結(jié)構(gòu)安全和可靠性方面的研究已有4 0 余年的歷史。日本特別關(guān)注國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動(dòng)向，避免與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的沖突，特別是i s o2 3 9 4 “結(jié)構(gòu) 可靠性總原則”，因?yàn)閕 s o2 3 9 4 規(guī)定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和方法，日本采用的 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法與i s o2 3 9 4 的內(nèi)容是不協(xié)調(diào)的。 由于加入w t o 的國(guó)家要服從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并注意到歐洲規(guī)范正逐步統(tǒng)一， 19 9 8 年日本成立了一個(gè)由建筑和土木工程各領(lǐng)域?qū)＜医M成的委員會(huì)和秘書(shū)委員 會(huì)，編寫(xiě)包括各領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)類(lèi)型的綜合性規(guī)范建筑及公共設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 目的是通過(guò)這一規(guī)范的基本原則將各領(lǐng)域規(guī)范納入同一個(gè)框架中。該規(guī)范明確 提出，“可靠度設(shè)計(jì)的概念是校核功能要求的基礎(chǔ)”，“用可靠度的概念作為設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)”的目的是“考慮外部作用和抗力的不確定性，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，將超過(guò)所 考慮極限狀態(tài)的概率限定在允許的目標(biāo)值內(nèi)”?！皩⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)置于可靠度 設(shè)計(jì)的概念上，保證了日本標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)?！?在亞太地區(qū)，國(guó)與國(guó)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面的協(xié)作也日益加強(qiáng)。以i s 0 2 3 9 4 ： 1 9 9 8 為基礎(chǔ)，澳大利亞和新西蘭共同起草了一份關(guān)于一般設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)“d r 9 9 3 0 9 ，1 9 9 9 ：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)