基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，包括以下步骤：S1：建立待评估的新建桩类支挡结构的功能函数；S2：引入实时监测数据，统计分析桩身内力作用、桩前岩土横向作用的统计特征；确定桩身抗力设计参数的统计特征，并计算桩身弯矩、剪力抗力以及锚固段桩前岩土性质及横向承载抗力的统计特征；S3：根据所述步骤S2计算得到的抗力统计特征和作用统计特征，计算所述功能函数的失效概率和可靠指标；S4：根据所述功能函数的失效概率和可靠指标，确定支挡结构的风险等级；S5：重复所述步骤S2～S4，实时评估新建桩类支挡结构的风险状态。

Monitoring and evaluation method of new pile retaining structure based on Reliability

【技术实现步骤摘要】
基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法
本专利技术涉及一种定量化评估方法，特别是一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法。
技术介绍
与平原地区相比，山区强烈的地质起伏及其导致的斜坡重力作用类型灾害发育，是人们最熟悉的两个基本特征。山区还具有高烈度地震和地质断裂、地震次生山地灾害等特点，往往构成铁路工程勘察设计及运营维护的难点问题。建设者将面临强烈的板块活动、显著的地势高差、和频发的地质灾害这三大地域性特征。针对山区铁路，路基工程多采用支挡结构来适应地势高差，抵抗地震或崩塌滑坡的破坏作用，保护线路的安全性。但是，上述三大地域性特征的高风险性，极大的增加了铁路路基工程在建设及运营期受到各种潜在的不确定性因数的影响，即路基工程风险。如何有效识别潜在的风险并加以管理，已成为山区路基工程规划和设计工作的一项重要工作。因此，十分有必要针对重点支挡结构工程，建立一套山区支挡结构监测及定量化评估技术，保证铁路路基的安全建设和运营维护。采用可靠度的评估方法可以对结构的风险进行定量化评估，在众多风险评估方法中具有较大优势，目前已广泛应用于结构工程中，但是在岩土工程领域中，由于岩土材料参数存在着很大的不确定性，使得可靠度评估技术在岩土工程的应用存在以下难点：一是工程现场与实验室的岩土的判别指标存在着不确定性；二是现有岩土工程计算理论和方法还没有统一的标准；三是岩土工程进行受力时，荷载的分布及大小很难确定。如上技术难点，导致目前岩土工程计算所获取的可靠指标仍为名义上的可靠指标，与真实可靠指标仍然有差别。专利技术内容本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，提高岩土工程可靠指标计算结果的准确性，并对新建重大工程中的桩类支挡结构的全生命周期进行实时监测及定量化评估。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，包括以下步骤：S1：建立待评估的新建桩类支挡结构的功能函数；S2：引入实时监测数据，统计分析桩身内力作用、桩前岩土横向作用的统计特征；确定桩身抗力设计参数的统计特征，并计算桩身弯矩、剪力抗力以及锚固段桩前岩土性质及横向承载抗力的统计特征；S3：根据所述步骤S2计算得到的抗力统计特征和作用统计特征，计算所述功能函数的失效概率和可靠指标；S4：根据所述功能函数的失效概率和可靠指标，确定支挡结构的风险等级；S5：重复所述步骤S2～S4，实时评估新建桩类支挡结构的风险状态。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S1中，新建桩类支挡结构的功能函数为：Z＝g[R(·),S(·)]＝R-S；式中，R为功能函数的抗力效应；S为功能函数的作用效应。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S2，包括以下步骤：A21：根据支挡结构的功能布设监测评估方案，并在施工时统一安装及调试内力监测系统和土压力监测系统；A22：引入实时监测数据，计算桩身的结构内力，并统计分析桩身内力作用的统计特征；A23：引入锚固段桩前土压力的实时监测数据，计算桩前岩土横向压应力分布，并统计分析桩前岩土横向作用的统计特征；其中，所述步骤A22和步骤A23的先后顺序能够调整。作为本专利技术的优选方案，所述步骤A22，包括以下步骤：A221：确定评估使用的数据时间段T，计算数据组数N＝T/t+1，引入所述步骤A21中内力监测系统获得的T时段内的N组监测数据，t为数据发送的时间间隔；A222：根据单组数据中的n1对钢筋计和应变计数据，计算n1个测点分别对应的结构弯矩，其计算公式如下：式中，Ec—混凝土弹性模量(MPa)，Es—钢筋计的弹性模量(MPa)，I0—监测截面换算惯性矩(m4)，d—成对钢筋计的间距(m)，σ1—桩截面受拉区钢筋计应力(kPa)，ε2—桩截面受压区混凝土应变计的应变量；A223：根据单组数据中的n1个测点对应的结构弯矩拟合出桩身的弯矩分布图，并根据剪力与弯矩的关系式将弯矩进行微分，计算剪力分布图；获得单组数据中桩身最大弯矩和最大剪力；A224：重复步骤A222～步骤A223，获得T时段内N组数据对应的最大弯矩和最大剪力并进行统计分析，获取桩身最大弯矩、最大剪力的统计特征；所述步骤A23，包括以下步骤：A231：确定评估使用的数据时间段T，计算数据组数N＝T/t+1，引入步骤A21中土压力监测系统获得的监测数据，建立数据库；A232：根据单组数据的n2个土压力盒监测数据，拟合出桩前岩土压应力分布图形，确定该组数据对应的桩前岩土最大压应力值；A233：重复步骤A232，获得T时段内N组桩前岩土最大压应力并进行统计分析，获取桩前岩土压应力作用的统计特征。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S2，所述桩身抗力设计参数的统计特征包括桩身混凝土、钢筋材料强度参数统计特征和桩几何参数统计特征。作为本专利技术的优选方案，所述桩身混凝土、钢筋材料强度参数统计特征包括混凝土轴心抗压强度、混凝土抗拉强度、混凝土弹性模量、钢筋抗拉强度；所述桩几何参数统计特征包括桩截面宽度、桩截面高度。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S2，根据抗弯、抗剪功能函数的设计抗力计算公式，采取误差传递法或蒙特卡洛抽样法，计算弯矩和剪力抗力的统计特征；根据规范、设计资料、试验测试方法确定锚固段桩前岩土性质及横向承载抗力的统计特征。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S2中，桩类支挡结构的设计抗力计算公式，包括以下计算公式：弯矩抗力效应：剪力抗力效应：式中，fyu——普通钢筋抗拉强度标准值(MPa)；As——纵向受拉钢筋截面面积(m2)；fcu——混凝土轴心抗压强度标准值；ftu——混凝土轴心抗拉强度标准值(MPa)；b、h0——截面宽度(m)、有效高度(m)；fyvu——箍筋受拉强度极限值(MPa)；Asv——箍筋截面面积(m2)；S——箍筋间距(m)；α1——系数；岩土压应力抗力(kPa)：对于土体，σH＝σb-σa；对于岩体，σH＝KHRc；式中：σa—主动土压应力(kPa)；σb—被动土压应力(kPa)；KH—水平向的换算系数；Rc—岩石单轴抗压极限强度(kPa)。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S3中，采用JC法或蒙特卡洛法计算所述功能函数的失效概率和可靠指标。作为本专利技术的优选方案，所述步骤S4，包括以下步骤：S41：根据步骤S3计算的失效概率和概率等级标准，确定该评估结构的失效概率等级；S42：根据经济损失等级标准和人员伤亡等级标准确定支挡结构失效后的经济损失等级和人员伤亡等级，进一步确定失效后的综合后果等级；S43：根据概率等级和综合后果等级确定支挡结构的风险等级，给出对应的应对措施，以此对新建桩类支挡结构的设计、施工质量及服役状态进行真实评估。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：建立待评估的新建桩类支挡结构的功能函数；/nS2：引入实时监测数据，统计分析桩身内力作用、桩前岩土横向作用的统计特征；确定桩身抗力设计参数的统计特征，并计算桩身弯矩、剪力抗力以及锚固段桩前岩土性质及横向承载抗力的统计特征；/nS3：根据所述步骤S2计算得到的抗力统计特征和作用统计特征，计算所述功能函数的失效概率和可靠指标；/nS4：根据所述功能函数的失效概率和可靠指标，确定支挡结构的风险等级；/nS5：重复所述步骤S2～S4，实时评估新建桩类支挡结构的风险状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立待评估的新建桩类支挡结构的功能函数；
S2：引入实时监测数据，统计分析桩身内力作用、桩前岩土横向作用的统计特征；确定桩身抗力设计参数的统计特征，并计算桩身弯矩、剪力抗力以及锚固段桩前岩土性质及横向承载抗力的统计特征；
S3：根据所述步骤S2计算得到的抗力统计特征和作用统计特征，计算所述功能函数的失效概率和可靠指标；
S4：根据所述功能函数的失效概率和可靠指标，确定支挡结构的风险等级；
S5：重复所述步骤S2～S4，实时评估新建桩类支挡结构的风险状态。


2.根据权利要求1所述的基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，新建桩类支挡结构的功能函数为：
Z＝g[R(·),S(·)]＝R-S；
式中，R为功能函数的抗力效应；S为功能函数的作用效应。


3.根据权利要求1所述的基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，其特征在于，所述步骤S2，包括以下步骤：
A21：根据支挡结构的功能布设监测评估方案，并在施工时统一安装及调试内力监测系统和土压力监测系统；
A22：引入实时监测数据，计算桩身的结构内力，并统计分析桩身内力作用的统计特征；
A23：引入锚固段桩前土压力的实时监测数据，计算桩前岩土横向压应力分布，并统计分析桩前岩土横向作用的统计特征；
其中，所述步骤A22和步骤A23的先后顺序能够调整。


4.根据权利要求3所述的基于可靠度的新建桩类支挡结构监测评估方法，其特征在于，所述步骤A22，包括以下步骤：
A221：确定评估使用的数据时间段T，计算数据组数N＝T/t+1，引入所述步骤A21中内力监测系统获得的T时段内的N组监测数据，t为数据发送的时间间隔；
A222：根据单组数据中的n1对钢筋计和应变计数据，计算n1个测点分别对应的结构弯矩；
A223：根据单组数据中的n1个测点对应的结构弯矩拟合出桩身的弯矩分布图，并根据剪力与弯矩的关系式将弯矩进行微分，计算剪力分布图；获得单组数据中桩身最大弯矩和最大剪力；
A224：重复步骤A222～步骤A223，获得T时段内N组数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海强，徐骏，高柏松，谢清泉，杨泉，李安洪，李刚，王占盛，李炼，姚裕春，杨淑梅，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51