对水泥混凝土路面可靠度的研究.doc

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1、对水泥混凝土路面可靠度的研究工程力学薛道骏1101303031摘要：本文介绍了水泥混凝土路面的可靠度影响因素，并提出该模型的建立思路，以求得其可靠度指标。一、可靠度定义与标准1.1可靠度的定义与极限状态结构可靠度的定义为:结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。这里规定的时间指的是分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的时间参数，称为设计基准期。设计基准期与结构的使用寿命有一定的联系，但两者又不完全等同。若结构的使用时间超过了设计基准期，只意味着所计算的完成预定功能的概率发生了变化，但并不等于结构丧失了功能或不能使用了。规定的条件指的是正常设计

2、、正常施工、正常使用的条件。完成各项功能的标志用极限状态来衡量。若结构的整体或其一部分超过某一特定的状态时，结构就不能满足设计规定的某一功能，则称这种特定的状态为极限状态。极限状态是区分结构工作状态为可靠或不可靠的标志。结构的极限状态一般分为下列三类:①承载能力极限状态这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或构件出现下列情况之一时:整个路面结构或路面结构的一部分作为刚体失去平衡(如整体滑动等);路面结构因超过了材料强度而破坏，或过度变形而不适于继续承载，即认为超过了承载能力极限状态。②正常使用极限状态这种结构状态对应于结构或结构构件达

3、到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时:影响正常使用或外观的变形;耐久性能的局部或大部分损坏;影响正常使用的其它特定状态，即认为超过了正常使用极限状态。③条件极限状态条件极限状态也称为“破坏一安全”极限状态，其中所指的破坏，是指容许结构物可以发生的局部破坏，而对己发生局部破坏的结构的其余部分，应能具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。其指导思想是，当偶然事件发生后，要求结构仍保持完整无缺是不现实的，也是不必要和不经济的，故只能要求结构不致因此而造成更严重的损失。1.2结构可靠度的三个水准以概率统计为结构可靠度的设计法是将影响结构安

4、全的各种参数作为随机变量，用概率论和数理统计学来分析全部参数或部分参数，或者用可靠度分析结构在使用期限内满足基本功能要求的概率。目前，国际上通常划分为三个水准，即水准I、水准Ⅱ、水准Ⅲ。①水准I一一半概率设计法这一水准设计方法的特点是，虽然在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则，但是，它把荷载和抗力分开考虑，而不是从结构构件的整体性出发考虑结构的可靠度，因而无法触及结构可靠度的核心一一结构的失效概率，并且各分项安全系数主要依据工程经验确定，所以称其为半概率设计法。②水准Ⅱ一一近似概率设计法这是在国际上已经进入实用阶段的概率设计法，它运用概率论和数理统计，对工程结构、构件或

5、截面设计的“可靠概率”，做出较为近似的相对估计。我国工程标准采用的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法就属于这一水准。这一水准的设计方法，虽然己是一种概率方法，但是，由于在分析中忽略或简化了基本变量随时间变化的关系;确定基本变量的分布时受现有信息量的限制具有相当的近似性;并且，为了简化设计计算，将一些复杂的非线性极限状态方程线性化，所以仍然是一种近似概率法。③水准Ⅲ一一全概率设计法全概率设计法是一种完全基于概率理论的较理想的方法。它不仅把影响结构可靠度理论在水泥混凝土路面工程中的应用和研究可靠性的各种因素用随机变量模型去描述，更进一步还考虑随时间变化的特性用随机

6、过程模型去描述，而且，是在对整个结构体系进行精确概率分析的基础上，以结构的失效概率作为结构可靠度的直接度量。二、影响水泥混凝土路面可靠度的主要因素水泥混凝土路面结构失效破坏是一个模糊的随机事件，正是由于上述各种模糊性的存在，致使以概率统计为基础的可靠度分析结果与实际事故统计分析的失效概率不尽相同，有时差异较大。为此，在水泥混凝土路面结构可靠度分析和设计时有必要考虑各种模糊因素，通过刚性路面结构模糊可靠度分析，为确定刚性路面可靠性设计时的目标可靠度及合理的水泥混凝土路面可靠性设计方法提供依据。三、水泥混凝土路面可靠度分析3.1可靠度模型的建立对该水泥混凝土路面进行可靠度分

7、析时，采用疲劳概率分析模型，以荷载作用表示作用效应，以路面疲劳寿命表示路面结构的综合抗力。设水泥混凝土路面在荷载作用下，抗力效应R为混凝土路面的广义抗力，一般为混凝土板的抗折强度。荷载效应S为广义荷载效应，它是水泥混凝土路面板厚、基础强度、使用年限内荷载作用次数、温度梯度等结构参数的函数，即………...(1)式中:一标准轴载只在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa);一临界荷位处的温度疲劳应力(MPa);由结构可靠度分析理论知，功能函数可表示为Z=R+S，将式（1）带入得---------（2）当Z>0时，水泥混凝土路面为可靠状态;Z<0