结构可靠性分析论文

结构可靠性分析论文（共10篇）

篇1：结构可靠性分析论文

涡轮泵密封结构的动态可靠性分析

考虑到结构的载荷和强度由几种随机成分所构成,本文在线性统计近似理论的`基础上,通过对随机过程的分析和推导,建立了结构可靠性的动态模型.以涡轮泵密封结构为例进行了结构可靠性的分析和评估,取得了较为符合实际的结果.

作 者：常新龙 汪亮 刘兵吉 作者单位：西北工业大学,航天工程学院,陕西,西安,710072刊 名：西北工业大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY年，卷(期)：18(1)分类号：V434+.21 TB114.3关键词：密封结构 结构可靠性 动态模型 随机过程

篇2：结构可靠性分析论文

含多裂纹结构的可靠性分析方法

为了对含多裂纹结构的可靠性进行评估,在疲劳多裂纹扩展随机模型的基础上,建立了含多裂纹结构的可靠性分析模型.结构的可靠度是控制裂纹扩展的多维随机变量落在等寿命曲面(线)与坐标面(轴)围起的.范围内的概率,即多维随机变量的概率密度函数在等寿命曲面(线)与坐标面(轴)围起的范围内的积分.针对较为简单的情况,建立了完全积分可靠性模型;针对复杂结构但各条裂纹扩展特性相差不大的情况,建立了简化串联可靠性模型;针对复杂结构各条裂纹扩展特性相差较大的情况,建立了修正简化串联可靠性模型.考虑结构可靠性的粗略分析,给出了可靠度的上限值.结合多裂纹扩展随机模型给出了算例.

作 者：张建宇 费斌军 赵丽滨 Zhang Jianyu Fei Binjun Zhao Libin 作者单位：北京航空航天大学,飞行器设计与应用力学系刊 名：北京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS年，卷(期)：25(2)分类号：V215.7关键词：结构可靠性 结构寿命 结构安全度 多裂纹结构 损伤容限

篇3：结构可靠性分析论文

可靠性设计的目的是在目标可靠度下保证结构完成预定的功能, 可靠性评定的目的是判定结构完成预定功能的可靠度水平是否满足目标可靠度的要求。既有结构与拟建结构可靠性分析, 两者均以结构可靠性基本理论为基础, 控制与评定结构在各种不确定因素影响下完成预定功能的能力, 其方法上不应有本质的差别。

1 结构可靠性

1.1 结构可靠性的要素

工程结构的可靠性是在一定时间区域的前提下而言的, 即对结构使用时间的要求。对于拟建结构, 时间区域即为设计使用年限, 指设计结构或结构构件不需进行大修即可按预期日使用的年数。对于既有结构, 其所考虑的时间区域为评估使用年限, 指可靠性评定所预估的既有结构在规定条件下的使用年限。

1.2 条件要素

工程结构可靠性与人们对于结构性能、作用、作用效应、环境影响等的认识, 及人们在设计、施工、使用、维护等过程中的行为有关。这些认识水平和行为方面的限定是结构可靠性分析的前提和条件。对于拟建结构, 我国标准设定结构能够得到合理的设计、施工及正常的使用维护, 对于设计失误、施工缺陷、使用不当、维护不周等问题均不在考虑范围之内, 而既有结构的可靠性评定对于这些问题可能产生的不利影响均应予以考虑。

1.3 功能要素

完成预定功能的能力是结构可靠性的核心。无论是拟建结构还是既有结构, 都要满足一定的功能要求, 一般要求结构在规定的目标使用年限内满足安全性、适用性和耐久性三个方面的要求:

1.3.1 在正常施工和正常使用时, 能承受可能出现的各种作用 (安全性) ;

1.3.2 在正常使用时具有良好的工作性能 (适用性) ;

1.3.3 在正常维护下具有足够的耐久性能 (耐久性) ;

1.3.4 在设计规定的偶然事件发生时及发生后, 仍能保持必需的整体稳定性 (安全性) 。

2 结构的极限状态

结构是否满足要求、能否完成预定的功能, 是以极限状态为基准进行衡量的。如果结构或结构的一部分超过某一特定状态便不再满足设计规定的某一项功能要求, 则此特定状态称为该功能的极限状态。结构或构件的极限状态是将其从可靠与不可靠状态区分的界限状态。

工程结构的极限状态划分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态为结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载变形时的状态;正常使用极限状态为结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的规定限制值时的状态。工程结构的可靠性分析应同时考虑承载能力极限状态与正常使用极限状态。

3 结构可靠性的概率指标

结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的概率称为结构的可靠度, 结构可靠度是可靠性的度量指标, 是对可靠性的一种定量的描述。

若以随机向量X= (X1, X2, X3, ……, Xn) 表示结构上的各种作用、环境影响、几何尺寸、结构的材料等影响结构或结构构件状态的基本变量, 以功能函数G (·) 的形式定义结构工作状态:

G (X1, X2, ……, Xn) >0, 结构处于可靠状态=0, 结构处于极限状态<0, 结构处于失效状, 态

以S表示结构作用效应, 如内力、变形等, 以C表示对变形等作用效应的限值, 以R表示结构抗力, 则结构的极限状态可以综合变量的形式表示为Z=R-S和Z=C-S。

结构功能函数为随机过程, 记为{Z (t) , t≥t0}, 它描述了结构在未来任意时刻的状态, 其中t0为结构的建成时刻。再记结构功能函数在设计使用年限T内的最小值为Zmin (T) , 即Zmin (T) =t0≤mti≤tn0+TZ (T) , 它反映了结构在设计使用年限T内的最不利状态。

4 既有结构可靠性的分析

4.1 既有结构可靠性分析的特点

4.1.1 可靠性要素的变化

对于既有结构可靠性评定所考虑的时间区域, 即结构的评估使用年限, 指可靠性评定所预估的既有结构在规定条件下的使用年限, 是从当前算起的未来的一段时间, 为人们对结构剩余使用时间的要求。

对于既有结构, 设计工作、施工过程均已完成, 并经历了一定时间的使用, 而设计失误、施工缺陷、使用不当等问题均已成事实, 所以对于设计失误, 施工缺陷, 使用不当、维护不周等可能产生的不利影响均应予以考虑。另外, 为提高结构的可靠性, 延长结构加固、更新的周期, 可能对既有结构的使用和维护提出特殊的要求, 其要求也属于既有结构可靠性分析、评定的前提和条件。

对于既有结构, 其应完成的预定功能原则上应与拟建结构的一致, 但有时会因使用目的和环境的变化, 可能会对这些预定功能提出新的要求, 如正常使用极限状态因使用环境的恶化而发生的改变、承载能力极限状态因地震烈度区划的变更而变化等。

4.1.2 基本变量取值的变化

既有结构的荷载及环境与拟建结构相比更为具体, 其统计特性并不完全遵循拟建结构的统计特性, 而应以自身实际存在的信息为基础, 利用已有信息的统计分析来估计荷载在结构评估使用年限内的统计特性。既有结构的材料性能应按照结构实际情况考虑, 借助现代检测手段进行实测, 并采用统计方法确定其值。对于既有结构的计算模型, 也应根据既有结构的实际状态来建立。

4.1.3 可靠性控制级别

拟建结构的设计中可靠性控制是以满足现行规范为准则, 其设计结果只有两种:满足或不满足。而既有结构的可靠性分析评定结果一般以等级指标给出, 如A、B、C、D级, 这是因为既有结构的可靠性分析与评定过程中须考虑规范的变更、既有结构的使用效果、对评估使用年限的要求以及经济原因等, 因此对其进行分析评定的结果不能仅以满足或不满足来衡量, 而应根据其可靠度水平给予不同的可靠性等级。

4.2 既有结构可靠性分析的原则

4.2.1 明确可靠性的含义

由于既有结构与拟建结构的不同, 在分析时应明确其可靠性的含义, 统一要求。对于作用的预测、抗力的变化及其影响和可靠度的计算等, 应采用同样的时间区段、同样的失效准则。一般情况下, 不应直接利用拟建结构在设计基准期内的荷载或抗力的统计特性来分析既有结构评估使用年限内的可靠性, 否则会使既有结构可靠性的含义模糊不清。

4.2.2 充分利用已有信息

既有结构是一个客观存在的实体, 其材料强度和构件截面尺寸是可测的, 在当前时刻原则上已不是随机变量, 并且已经历了验证荷载, 为可靠性的评估计算积累了一定的信息。因此, 既有结构的可靠性分析应结合现代的检测手段, 测定研究对象的已有信息, 并进行合理的处理、检验及利用, 以反映结构当前的状态和推断评估使用年限内的特性。

4.2.3 与既有结构的加固维修决策相结合

既有结构的可靠性分析评定是结构加固、维修的依据, 因此既有结构的可靠性分析应与结构的加固维修经济性结合。在一定的技术水平下, 用于加固、维修的费用越高, 结构在评估使用年限内的可靠性越高;用于加固维修的费用越低, 则结构在评估使用年限内的可靠性越低。

5 结束语

总之, 既有结构可靠性分析与拟建结构存在一定的差异, 其所考虑的时间区域具有更大的灵活性, 一般比设计使用年限短, 其可靠性分析的前提和条件以及结构预定的功能均可能与拟建结构存在差异。对于结构基本变量的取值也更为具体, 结构的可靠性则以可靠性等级的形式进行评定。

参考文献

[1]陈肇元.土建结构工程的安全性与耐久性[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

篇4：机械零件结构设计的可靠性分析

【关键词】机械零件；结构设计；可靠性；分析

很久以来，人们便利用可靠性分析评判产品质量，在初始评判阶段，单纯地依赖人们的工作经验来评判产品是否可靠，此时并没有规范化的衡量指标。可靠性分析从以概率论为基础的随机可靠性过渡到以模糊理论为基础的模糊可靠性，又过渡到非概率可靠性，直到今天的混合可靠性，现阶段的可靠性主要包含结构系统、模糊以及非概率这三种理论，这表明可靠性发生了一定的转变，并取得了进步，对于结构繁琐的复杂参数而言，由最初的概率以及非概率可靠性分析到现在的可靠性灵敏度分析，将可靠性分析理论变得日益成熟，并被广泛地应用到不同领域中。目前，可靠性已经成为影响产品效能的主要因素之一，它与国民经济发展和国防科技紧密相连，具有宽泛的研究范围和广阔的应用前景。

一、可靠性概述

机械零件结构设计的可靠性建立在传统设计之上，将与待设计对象相关的参数等要素进行一定的处理，使之转变成随机变量，参照设计原则构建概率数学模式，依据概率论、统计学理论和强度理论，计算出机械零件出现破坏的概率公式，然后参照公式明确该可靠性条件下的零件外观尺寸、使用寿命，在满足基本的运行使用要求的同时，还能获得最理想的设计参数，这有效填补了常规设计中的缺陷，并使得设计方案更加真实、可行。现阶段，可靠性设计被大范围地应用在飞机、汽车等关键产品以及机械零件结构设计中，它具有以下特点：

1.人为应力以及强度均属于随机变量，在设计的过程依据不同标准的设计要求，合理选择相应的特征函数，除了要考虑均值，还应考虑离散性，通过概率统计方法计算；

2.人为设计的机械产品不可避免地存在失效概率，在实际设计过程中应依据实际需求提前监控失效概率可靠性，全面考虑所有参数的随机性和分布规律，进而准确映射机械零件的实际工作状态；

3.可靠性设计分析与普通的安全系数法相比，更加合理，通过这种设计方法可获得最理想的设计，而安全系数法较为保守。由此可知，机械零件結构设计的可靠性分析可获得较为理想的结构，并节省材料成本、缩减加工制作时间，为机械加工制造创造更多的经济效益。

二、可靠性分析理论

在机械零件结构设计过程中，零件材料的极限应力属于随机变量，且该随机变量服从概率密度函数，而工作在机械零件危险截面的工作应力也属于随机变量，这两个随机变量有各自服从的概率密度函数，然后再借助强度应力理论推算相应的可靠性或者设计出该可靠性条件下的零件外形尺寸。可靠性分析中以概率论、统计学等理论知识为基础，主观人为因素作用较小，全面综合了外部环境变化，与实际生产更加接近，具有广阔的应用前景。

三、机械结构设计的可靠性分析

在机械产品的生产制造过程中，质量提高、设计理论优化、技术改进、设计周期缩短等至关重要，以上内容与可靠性紧密相连。可靠性分析贯穿于机械产品设计全过程，这表明可靠性分析已经步入实用阶段。目前，机械零件结构设计的可靠性分析研究已经成为机械制造中的主要研究题目，大量理论文献有力地证实机械零件结构设计的可靠性分析理论趋于成熟，未来将朝着以下方向发展。

（一）可靠性灵敏度设计

可靠性灵敏度设计建立在可靠性之上，有效映射不同设计参数对机械零件的实际影响程度，进而确定对机械零件灵敏度影响程度最大的随机变量，并重新分析和设计此参数。预估设计变量变差以及约束变差对产品效能指标的影响程度，调整对产品设计参数影响程度相对较大的设计参数，进而使产品失去对因素变差的灵敏性。这种设计以极限状态方程为基础，然后求解出设计参数相应的偏导数，获得灵敏度计算公式，从而明确每个设计参数的灵敏度，并以此为依据，不断修整设计，调整参数。

（二）可靠性优化设计

可靠性优化设计也是建立在可靠性之上，这种设计模式不仅能够更好地满足产品投入使用过程中的可靠性，还能优化产品外观尺寸、加工成本以及安全性等参数，进而使产品预估效能更加接近实际效能。此种方法有效融合可靠性分析理论和规划方法，以可靠度为基础构建优化目标函数，调整机械零件的外形尺寸、成本等参数，实现最小化，然后以刚度、强度等设计要求充当约束条件，构建数学模式，参照数学模型合理选择具体的优化方法，最终求解最理想的设计变量。

（三）可靠性试验

现阶段，可靠性理论趋于成熟，然而可靠性试验尚不健全。可靠性试验是一种考察、分析和评判产品可靠性的手段，旨在通过可靠性试验及时发现产品设计、原材料以及加工工艺存在的缺陷，进而进一步完善产品，提升成功率，降低维修养护成本，判断其是否满足可靠性定量要求。然而一旦具体的设计方案出现变更，则应重新开展试验分析，造成了不必要的资源浪费，因此，我们应充分利用高性能软件，缩减试验次数，节省成本。

结语

可靠性是衡量产品效能的动态指标，目前，可靠性贯穿于现代机械设计全过程，因此，可靠性分析是机械工业发展的主要研究方向，对于机械工程而言，掌握越多的可靠性理论，便会较少地应用主观经验，产品机械结构设计也会更加合理，这也是机械工程中的根本目标。机械零件结构设计的可靠性分析正处在发展阶段，在具体的应用过程中还存在一些细节问题，仍需要我们进一步探索。

参考文献

[1]卓红艳，刘志强，金晓等.基于机械结构产品的可靠性设计分析[J].工业控制计算机，2013，26（3）：124-125.

[2]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报，2010，46（14）：167-188.

[3]邓宇.关于机械可靠性设计的内涵分析[J].电子世界，2014，（16）：448-448.

篇5：结构可靠性分析论文

随机结构动力可靠度估计算法的对比分析

对比分析了随机结构动力可靠度计算的三种估计算法.渐进展开法是基于Laplace算法对概率积分进行渐进估计的,此法通过计算最大被积分式值对应点,并将其代入概率积分的渐进估计表达式求解失效概率.由于概率积分的主要贡献来自于最大被积分式值对应点的周围,因此本文的重要抽样法假定重要抽样函数的最大似然值等于最大被积分式值对应点值.极值分布-泰勒展开法首先通过结构随机参数的.极值分布函数给出失效概率的表达式,随后利用泰勒展开法对失效概率进行估计,其中采用中心差分法对极值分布函数的梯度进行估算.最后应用三种算法和Monte Carlo法对受高斯白噪声激励作用的单自由度随机结构进行了计算,结果表明三种方法不但运算简便,而且对比Monte Carlo法计算效率有显著提高.

作 者：刘佩 姚谦峰 LIU Pei YAO Qianfeng  作者单位：北京交通大学,土木建筑工程学院,100044,北京 刊 名：地震工程与工程振动  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION 年，卷(期)：2009 29(6) 分类号：P315.964 TU311 关键词：随机结构   动力可靠度   渐进展开   重要抽样   极值分布   泰勒展开   中心差分   stochastic structures   dynamic reliability   asymptotic expansions   important sampling   extreme value distribution   Taylor series expansion   central difference scheme  

篇6：工程结构可靠性统一标准心得

陈立洪

建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：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，称为结构可靠度。其“规定的时间”是指设计基准期50年，这个基准期只是在计算可靠度时，考虑各项基本变量与时间关系所用的基准时间，并非指建筑结构的寿命；“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常的使用条件，不包括人为的过失影响；“预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用的能力（即安全性）；在正常使用时具有良好的工作性能（即适用性）；在正常维护下具有足够的耐久性能（耐久性）。在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。结构能完成预定功能的概率称为可靠概率ps，结构不能完成预定功能的概率称为失效概率Pf，pf＝1－Ps，用以度量结构构件可靠度是用可靠指标β，它与失效概率pf的关系为pf＝ψ（－β）。根据对正常设计与施工的建筑结构可靠度水平的校正结果，并考虑到长期的使用经验和经济后果后，《统一标准》给出构件强度的统－β值：（1）承载力在、极限状态下的可靠指标：对于安全等级为I级（重要）的构件，延性破坏的，β＝3.7；脆性破坏的，β＝4.2。对于安全等级为II级（一般）的构件，延性破坏的，β＝3.2；脆性破坏的，β＝3.7。对于安全等级为III级（次要）的构件，延性破坏的，β＝2.7；脆性破坏的，β＝3.2。以上这些目标可靠度指标值是在静力荷载条件下采用，对于含有动力荷载的组合作用情况，其目标可靠度一般比上述值低，大约在1～2之间；（2）正常使用极限状态下的可靠指标：对结构构件正常使用的可靠指标根绝结构效应的可逆程度选取0~1.5，可逆程度高的取较低值，可逆程度低的取较高值，在国际标准ISO1394中对可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为0，对于不可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为1.5。

为了使结构在使用的过程中能够达到计划的可靠指标目前结构设计中采取概率设计法。概率设计法就是要使所设计的结构的可靠度满足某个规定的概率值，即失效概率Pf在规定的时间内不超过规定值P0.目前有直接概率法和基于分项系数的概率极限状态设计法这两种设计方法。直接概率法的设计准则在基本概念上比较合理，可以给出结构的可靠度定量概念，但对于计算过程比较复杂，而且要掌握组够的实测数据，包括各种影响影响因素的统计特征值。但是由于有很多影响因素的不定性尚未能统计，因此在实际工程中并不能普遍应用。基于分项系数表达的概率极限状态设计方法是为了照顾传统习惯和实用上的方便，结构设计时不直接按可靠指标β，而是根据两种极限状态的设计要求，采用以荷载代表值、材料设计强度（设计强度等于标准强度除以材料分项系数）、几何参数标准值以及各种分项系数表达的实用表达式进行设计。这种形式跟之前使用的安全系数法看似区别不大，但是在实际上是有着本质的区别，其中分项系数的取值是以概率极限设计法为背景，反映了以β为标志的结构可靠水平，使结构的可靠度指标与目标可靠度指标的差距缩小，各类结构构件的安全度水平趋于一致。

由于分项系数反应可靠度，在设计的时候对于分项系数的选取就是特别重要了。分项系数确定的步骤和方法详见本规范61-62页E5分项系数的确定方法。本人觉得这部分是本规范中关于概率极限设计方法的最直接的体现，也是设计人员最需要了解掌握的部分。

篇7：结构可靠性分析论文

姿控/储能两用飞轮在工作过程中依靠飞轮转速的变化来实现姿控和储能两方面的需求,在转速变化过程中,飞轮结构承受的交变载荷作用会导致飞轮发生疲劳破坏.为保证结构安全工作,需要依据结构可靠性的要求对飞轮转子进行结构设计,本文介绍了姿控/储能飞轮结构所采用的金属材料及复合材料的可靠性分析理论,并针对两用飞轮结构的`特点提出了基于结构可靠性的姿控/储能两用飞轮转子设计方法.基于通用有限元分析软件建立了飞轮的三维有限元分析模型以得到结构的应力分布.最后给出了设计示例.该研究为飞轮的结构设计和飞轮的破坏试验提供理论依据.

作 者：赵丽滨 张建宇 高晨光 韩邦成 房建成 ZHAO Li-bin ZHANG Jian-yu GAO Chen-guang HAN Bang-cheng FANG Jian-cheng 作者单位：赵丽滨,高晨光,ZHAO Li-bin,GAO Chen-guang(北京航空航天大学宇航学院,北京,100083)

张建宇,ZHANG Jian-yu(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京,100083)

韩邦成,房建成,HAN Bang-cheng,FANG Jian-cheng(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083)

篇8：重力式挡土墙结构可靠性分析

为了真实反应重力式挡土墙结构稳定的可靠性, 本文综合考虑重力式挡土墙的抗倾覆、抗滑动两中失效模式, 将其视为串联系统。运用一阶二次矩 (JC) 法计算出抗倾覆、抗滑移可靠度指标, 利用结构体系近似计算公式计算出整个结构体系的失效概率, 其结果与数值积分法的计算结果非常近似, 能够满足工程实际需要。

(一) 重力式挡土墙结构可靠度分析模型

对于重力式挡土墙结构最主要的失稳模式是倾覆失稳、滑移失稳。如图1, 绕墙趾转动的抗倾覆稳定的功能函数为

抗滑移稳定的功能函数为

(1) ~ (3) 式中, G—每延米挡土墙的自重;r—墙后土体重度;H—挡土墙的高度;c—墙后土体的粘聚力;Ka—主动土压力系数;X、Y分别为墙体重力、主动土压力到墙趾的力臂;μ—土对挡土墙基底的摩擦系数;ϕ—墙后土体的内摩擦角。

(二) 可靠度指标的求解方法

1. 重力式挡土墙可靠度指标计算

影响重力式挡土墙土压力的主要随机变量是墙后填土的重度γ、填土内摩擦角ψ、粘聚力c、土对挡土墙基底的摩擦系数μ。4个随机变量一般都服从正态分布。结构功能函数Z1和Z2的随机变量为r、ψ、c、μ。为方便表达, 以Xi (i=1, 2, 3, 4) 来代替这四随即机变量, 在统计参数均值uxi和标准差σxi已知的情况下, 通过验算点法计算抗倾覆和抗滑移的稳定可靠度分别为β1、β2。本文两个功能函数对应于各自变量的偏导数为:

2. 验算点法 (JC法) 简介

验算点法是采用泰勒级数在验算点处将结构功能函数展开, 使之线性化。这保持了一阶二矩模式与结构设计表达式的关系。Z1和Z2函数简单, 各随机变量的偏导数易求, 宜采用此法。下面以结构功能函数Z2为例来说明验算点法的计算过程。

结构设计中存在4个互相独立的正态随机变量X1, X2, X3, X4, 其平均值为μx1, μx2, μx3, μx4, 标准差为σx1, σx2, σx3, σx4。很显然, 结构功能函数Z1、Z2属于非线性函数, 为了计算可靠度指标, 将功能函数在验算点处展开。

假定验算点x* (x1*, x2*, x3*, x4*) 是已知的, 则结构功能函数的一次展开式为

可靠度指标

但实际上验算点是未知的, 尚需要如下条件进行迭代计算

迭代步骤如下

(2) 式 (7) 计算β2;

(3) 由式 (9) 计算方向余弦cosθXi, (i=1, 2, 3, 4) ;

(4) 由 (8) 计算新的验算点x* (1) = (x1* (1) x2* (1) x3* (1) x4* (1) ) T;

(5) 若, ε为规定的允许误差, 则停止迭代, 所求的β2即为要求的可靠度指标, 否则, 取x* (0) =x* (1) , 转步骤 (2) 继续迭代。

用同样的方法可以计算出Z1的可靠度指标β1。

(三) 体系结构可靠度计算

体系结构可靠度研究是多个功能函数可靠度问题。一个结构总可以看成由若干失效模式的组合, 当任意失效模式的发生都将导致结构的整体破坏时, 结构体系可以看成由失效模式组成的串联系统。结构体系可靠度计算也就成为串联系统的可靠度计算。串联系统失效概率的计算就是失效概率并集概率的计算。重力式挡土墙的倾覆失稳、滑移失稳都将导致结构破坏, 因此为串联系统。

1. 线性相关系数的求解

利用验算点法可得到线性化功能函数式 (12) 。为进一步利用可靠度度指标的几何意义, 按式 (16) 将随机变量Xi (i=1, 2, 3, 4) 变换为标准正态随机变量Yi (i=1, 2, 3, 4) :

则挡土墙抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的线性功能函数可分别又Yi (i=1, 2, 3, 4) 表示为

(17) 和 (18) 式中, 系数α1i, α2i由式 (15) 求得, β1, β2由式 (13) 求得, 二者是迭代的结果。

则线性功能函数ZL1, ZL2的线性相关系数为

2. 结构体系失效概率的近似计算

(1) 结构体系失效概率的理论分析公式

结构体系的失效概率由下式给出:

A1表示倾覆失稳的安全事件, A2表示滑移失稳的安全事件, 则有

式 (21) 中βi—第i个失效模式的可靠度, Pri—为第i个失效模式的失效概率。由于Z1与Z2间的相关性, 事件A1和A2之间是相容的。根据条件概率的定义, 可把结构体系失效概率的计算由求2个相容事件交的概率转化为求解一组条件概率的乘积。

(2) 结构体系失效概率的近似计算公式

为便于公式推导, 先根据两个失效模式失效概率的值, 从大到小排列顺序, 如Pr1≥Pr2, 对于A2和A1, 由条件概率的定义有

P (A1) 由式 (21) 求得, 其中

由式 (22) 可发现, 计算条件概率P (A2 |A1) 关键是求A2和A1交的概率P (A2 IA1) 。P (A2 IA1) 的界限由下式给出

上式左端对应于Z2与Z1之间相关系数比ρ21=0的情况, 右端对应于ρ21=1的情况。由于P (A2 A1) 仅是P (A2) 、P (A1) 和ρ21的函数, 通过数值分析和拟合计算发现, 当0≤ρ21≤1.0时, P (A2∩IA1) 值由下式近似给出

综合式 (22) 和式 (25) , 有

一般情况下, 当i=1时, 则有

当i=2时, 则有

则, 结构体系的失效概率可近似表达为

(四) 计算实例

某重力式挡土墙如图2所示, 墙背平直光滑, 忽略被动土压力, 挡土墙顶部无附加荷载。墙体结构参数为常量, 其中:H=5.4m, X=1.14m, G=98.8KN/m, Y=1.62m。a=1.0m, b=3.6m。r、c、ψ、μ、fa为随机变量, 其统计参数见表1

采用验算点法计算重力式挡土墙的抗倾覆可靠性指标β1和抗滑移可靠性指标β2。采用安全系数法计算挡土墙的安全系数KS。计算结果见表2。

由式 (19) 得线性化功能函数ZL1, ZL2的相关系数ρ21=0.5429。Pr1=2.071×10-2, 3.837×10-3, i=1时, Pr, 1=Pr1=2.071×10-2;i=2时, K21=0.1533, Pr, 2=3.837×10-3× (1-0.15332.6661/2) =3.522×10-3;由 (29) 式求得结构体系的失效概率Prs=2.416×10-2。

(五) 结论

1. 本文运用一次二阶矩法中的JC法计算了某挡土墙, 分别得出了该挡土墙抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性的可靠度指标, 并进一步计算了结构体系失效概率来反映挡土墙结构的实际可靠性。

2. 可将挡土墙的倾覆失稳、滑移失稳视为串联系统, 利用结构体系失效概率近似计算公式计算结构的失效概率, 可应用于工程结构可靠度计算中。

3. 通过与安全系数法的计算结果进行对比, 两者的结果具有一定的差异, 说明仅仅依据挡土墙的安全系数来判定其是否稳定是不够的。

参考文献

[1]ENRQUE C, ROBERTO M, ANA R T, ALFONSO F C.Design and sensitivity analysis using the probability-safety-factor method:an application to retaining walls[J].Structural Safety, 2004, 26 (2) :159-179.

[2]张建仁.挡土墙结构稳定可靠度分析[J].中国公路学报, 1997, 10 (3) :53-58.

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[4]蔡阳.重力式挡土墙可靠度研究[D].成都:西南交通大学, 2005.

篇9：锅炉给水泵前置泵结构可靠性分析

【关键词】前置泵；壳体；可靠性分析

引言

一般大型锅炉给水系统由主给水泵与前置泵组成，前置泵为主给水泵提供一定的压力，以满足主给水泵较高的必需汽蚀余量。通用大型前置泵为单级双吸两端支撑、径向剖分卧式蜗壳式离心泵，有上进上出和上进下出两种结构，见图一、图二，上进下出结构泵壳与泵座之间以导向键固定，以适应热膨胀和保证检修。本文皆在通过商业ANSYS软件对两种结构壳体进行强度分析，比较两种结构在设备运行中的稳定性。

1、前置泵参数

一台600MW锅炉用50%容量前置泵参数：流量Q=1200m?/h扬程H=75m效率η=82%。转速n=1485r/min必须汽蚀余量NPSHr=6m介质温度T=210℃

2、壳体模型设计与网格划分

2.1壳体模型设计与网格划分。利用SOLIDWORKS对两种结构的壳体进行三维空间造型，然后分别导入ANSYS软件中用Mesh模块进行网格划分，针对壳体结构比较复杂的特点，采用三维非结构四面体网格划分，上进上出结构壳体网格数为317065，节点为514897，上进下出结构壳体网格数为359790，节点为580483。

2.2边界条件与载荷的确定。有限元分析时，其约束条件选取为壳体支脚支撑约束其三个方向的位移，壳体进出口承受2倍的管口力矩，壳体内腔承受1.0MPa的压力，壳体内腔的温度为210℃，外壁与大气接触。上进下出结构泵壳吐出管与泵座之间以导向键固定，可以沿进出口方向滑动。材料选用ZG230-450，弹性模量为211.7GPa，密度为7830kg/m?，抗拉强度极限为450MPa。

3、计算结果与分析

利用ANSYS软件对两种结构的壳体进行分析，结果如下：

3.1稳态热应力分析

（1）热载荷所产生的应力。通过计算可以看出，在壳体单独受210℃的温度影响下，两个结构的壳体支脚与泵盖法兰连接部位均存在着较高的应力水平，且上进上出结构略高于上进下出结构。（2）载荷所产生的变形。通过计算可以看出，在壳体单独受210℃的温度影响下，两个结构的壳体进出口法兰部位总体变形位移比较大，且上进上出结构大于上进下出结构，致使机组在热运行时，管路所产生的力矩上进上出结构大于上进下出结构。

3.2稳态热应力+2倍管口力矩+1.2MPa内静压力

通过计算可以看出，在壳体承受210℃，进出口法兰承受2倍的管口力矩，壳体内腔承受1.2MPa静压的情况下，两个结构的壳体支脚与泵盖法兰连接部位均存在着较高的应力水平，且两个结构所受应力基本一致。

3.3瞬态热应力分析

通过计算可以看出，在壳体瞬间受到210℃的高温时，上进下出结构壳体所受应力水平均高于上进上出结构且应力越大的部位应力值相差越大。

3.4应力评定结果

从上面的分析可以看出，同一壳体在承受不同载荷的作用和上进上出壳体与上进下出壳体承受同一载荷的作用时，高水平应力的部位是不同的，所产生的危险截面和危险点的位置是不同的。

4、结语

（1）基于ANSYS有限元强度分析，可以比较准确的了解壳体的应力和位置，从而找到危险截面和危险点的位置，进行较精确的强度计算。（2）可以通过ANSYS有限元强度分析，可以为壳体优化设计和工艺强化设计提供参考依据。

参考文献

[1]沈阳水泵研究所.叶片泵设计手册.北京.机械工业出版社.1983

[2]关醒凡.现代泵理论与设计.北京.中国宇航出版社.1995

作者简介

篇10：结构可靠性分析论文

基于加筋土结构的内部稳定性的抗震设计可靠性

作者：B.Munwar Basha • G.L.Sivakumar Babu 投稿日期：2008.9.15

发表日期：2011.5.31 网上发行日期：2011.6.24

摘要：这篇论文提出一种应用最优化可靠性设计来评估加筋土结构内部稳定性可靠度的方法。应用有限平衡方程，假设是失效面是对数螺旋曲线，对确保抵抗张拉、拔出破坏内部稳定性进行分析。回填土的性质和土工合成材料的加强强度被视为随机变量。对于地震环境，由于不同程度的横纵向地震加速度、附加荷载以及加强强度设计值，与张拉、拔出破坏有关的所有土工材料层的可靠度减少。努力获得土工材料层的数目，拉拔长度，抵抗张拉、拉拔破坏模式所需目标可靠性指标的每个级别的加强总长度。下面讨论横纵向地震加速度的影响、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定的总长度。

关键词

土工合成材料

可靠性

加筋土

张力破坏

拉拔破坏

符号表

作用在沿对数螺旋曲线的线性合力

每一级别张力破坏的安全因素

每一级别拉拔破坏的安全因素 的概率密度函数

重力加速度

极限状态方程

加筋土结构的高度

水平、纵向地震加速度系数 提高稳定的增强强度系数

墙顶端加筋土失稳区长度

起作用的加固长度

拉拔加固长度

稳定墙体所需的加固总长度

每一层的嵌入式加固长度的拉拔力

附加强度

附加系数

作用在楔形块

上的水平惯性力

附加荷载（q）产生的竖向惯性力

作用在楔形块

竖向惯性力

附加荷载（q）产生的水平惯性力

初始和最终对数螺旋楔形块的半径

r 对数螺旋楔形块的平均半径

确保稳定性需要的加固力

每一级别需要的加固抗拉强度

每一级别需要的加固抗拉强度

加固强度设计值

标准正态空间中的变量

三角楔形块的重量

三角楔形块ESG的重量

三角楔形块KBGC的重量

三角楔形块AGC的重量

代表不确定量的随机变量

向量

代表不确定量的标准随机

变量向量

抵抗每一级别加固的张拉、拉

拔模式的可靠性指标

考虑的加固层深度

作用在嵌入加固长度的有效变量应力

回填土重度

回填土摩擦角

对数螺旋楔形块的对向角

横向对数螺旋楔形块的初始半径角度 1 前言

土工合成材料加强土挡土结构设计研究很多影响内部、外部稳定性的破坏模式。外部、内部稳定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定型的可靠性设计。加筋土墙的内部结构设计必须确保抵抗断裂和的安全性，在设计中最重要考虑的是最大张力。必须应用充足的加固以确保受力区土块在张力、拉拔区域内不发生破坏。最大的加固张力取决于加筋土块中的最大横向土压力。如果加筋挡土墙结构受到地震荷载，加固块将会受到地震加速度作用。面向挡土墙开放一面的水平地震加速度很大程度的破坏系统。

1944年北岭地震和1999年吉姬地震期间，地震造成的基础移动充分展示了加筋土结构的弱点。工程设计师对土方结构机械稳定的最优化很感兴趣，促使高效的减少开支。在这种情况下，最优化过程对挡土

对数螺旋楔形块的初始半径径向线的角度

加固土界面摩擦角 b

a

墙就够有很大的影响。为了建立更可靠，可执行的挡土墙结构，有很多更艰巨的任务需要设计者权衡性能、可靠性和支出情况。

1.1与地震稳定性评估有关的学术

最接近加筋土结构地震稳定性评估的是基于有限平衡理论的拟静力分析。(Leshchinsky and Boedeker 1989;Saran et al.1992;Leshchinsky and Kaching 1994;Bathurst and Cai 1995;Ling et al.1997;Ling and Leshchinsky1998;Nimbalkar et al.2006;Nouri et al.2008)。19世纪20年代，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的侧向土压力。这一理论是现在应用于工程实践中最早、最普遍的一种方法。拟静力分析中，静态横纵向力用于表示一次地震的影响，假定内部荷载作用在失效模块的重心上。这是常见的滑动楔形库伦理论的延伸，其中包括加筋土块侧向内力的影响和应用在在圆形、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的稳定分析。

1.2可靠性设计的重要性

加筋土结构的最优化致力于产生的开支，不考虑安全系数，假定保证规定的安全因素。在所有工程师及领域这种优化方法导致巨大的改善性能。然而，有关分析模型材料性能的多变性和不确定性，荷载的波动导致预期结构性能与预期的不同。加筋混凝土经济性设计取决于应用在稳定分析的安全因素。这些问题的出现，安全问题是否充分的说明结构的安全。联邦公路管理局(FHWA2011年)发表，应保持全球的1.5安全系数，这包括外部施加的载荷，几何结构，填充属性，局部过载由于负载的非均匀性的潜力和不确定性以及长期钢筋强度的不确定性。还提出抵抗拔出破坏的最小安全系数为1.5。在分析中，考虑地震的动荷载，例如地震荷载时，安全因素的选择更加复杂。在地震的条件下，联邦公路管理局（2001年）建议，在任何情况下的最小安全系数应大于静态因素安全值的75％。安全系数的方法并不能确保所需的安全水平，这些因素可以用来校准大部分的结构。换句话说，从确定性优化的最优结构程序不一定保证指定的可靠性水平。如果忽略不确定性的变化，可能导致不希望的选择。

认识到传统安全性设计没有解决的不确定性，现在许多设计考虑概率的方法，系统地评估不确定性的影响，预测围护结构的可靠性和性能并实现最优化设计。为了达到最佳的设计，设计者必须考虑荷载，材料属性和必须与这些不确定因素的设计，以确保在地震条件下建立经济、可靠、安全的挡土墙。为了达到加筋土结构高安全性的需要，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，也是评估可靠性优化设计的的唯一途径。抗震可靠性设计方法的目标是针对极端事件的安全设计方面。与基本的确定性最优化问题相比，可靠性最优化设计考虑额外的概率约束功能。它是代表不确定条件下的优化方法之一。

1.3 有关可靠性评估的研究

在静态条件下，Basma和

Chalermyanont、Benson应用有限平衡方程，着手于机械稳定的土墙内部稳定可靠性研究。Sayed 等人应用拟静力分析提出研究预测地震的可靠性与地震情况下加筋土结构内部、外部失效的模式。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定性的抗震稳定性评估。此外，Basha 和Babu 发表第一篇关于考虑张拉、拉拔破坏模式的加筋土内部结构稳定性的可靠性分析。

1.4 本次调查的目标和范围

一个可靠的加筋土设计或者，相反地，受张拉、拉拔破坏的约束，在设计中考虑变形，主体结构安全的最大化是本研究的总体目标。因此，了解沿深度方向所有加固层的安全抵抗张拉、拉拔破坏对加筋土结构的正确设计是至关重要的。在地震环境中，决定沿深度方向所有层的可靠性评估的重要性是显著的。推导出加筋土的内部抗震稳定性分析解决方案已做出了努力，并制定张拉、拉拔模式稳定性的极限状态功能。本研究探讨的横向和纵向地震加速度系数的影响及考虑土壤重度、土壤摩擦角、抵抗张拉、拉拔破坏模式的抗震可靠性的加强强度设计值。

一个高效的近似方法是在一些失效的表面上的点线性的性能函数的泰勒级数展开的一阶可靠性方法。在实践中为了最大程度应用极限状态设计，应该适当地确定目标可靠性。在这项研究中，作者最近开发的目标可靠性方法（TRA）是应用于可靠性设计。类似的方法应用在在悬臂式板桩墙的优化设计、悬臂式挡土墙以及锚固式悬臂板桩墙.地震条件下的内部稳定

在最优化可靠性设计中，为了考虑2 最优化可靠性设计

各种随机参数的影响，提出额外的概率约束。概率约束定义在限制可能的区域内。总的来说，很难计算出可靠度，因为问题包括在概率空间内直接计算不规则域的多维整合。因此，普遍采用近似技术计算可靠性指标或失效的概率。

3.1 稳定墙体所需的加固强度

最常观察到的故障面是一个对数螺旋

破坏面，内部地震稳定性分析如图1所示。目标是确定需要的加固长度和加固力系数，以稳定存在横向和纵向加速度的墙体（图1）。

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计算的由于作用在回填土上的附加力造成的内力

由于作用在垂直向上地震加速度的惯性力被认为是在估计需要稳定的墙加固力系数的重要因素。考虑结构的高度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

由加筋土斜坡的高度(EG)和对数螺旋线弧（A）的中心位置控制。对数螺旋线开始在初始半径AH1，结束于最终半径（AG），并通过对数螺旋曲线弧（A）的中心。因此，对数螺旋曲线的中心位置可由对角

和

确定。图3 作用在对数螺旋楔形块上的拟静态内力

图1和图3的各种属于定义如下:

-（1）

（4）

（5）

（2）

其中，是对数螺旋楔形块始半径，是对数螺旋楔形块半径，对数螺旋楔形块的初的最终得对向角，（3）对数螺旋楔形块横向面的初始角度，是回填土的重度，是回填土的摩擦角，是垂直方向的坡角，q是作用在回填土上的附加荷载。

作用在对数螺旋楔形块上的伪静态力如图3所示。作用在楔形块

上的横纵向内力值以及附加荷载对于加筋土结构的稳定来推导钢筋，如下所示。在地震环境下的钢筋可以解决楔形块上的横纵向力，如下所示： 考虑楔形块在水平方向的平衡条件(=0)，我们得到:

（6）

（7）

可以近似为

（8）

F=沿对数螺旋曲线线方向的线性合力。考虑楔形块纵向平衡条件（=0),我们得到：

（9）

可以近似为

（10）

是对数螺旋楔形块的重力，可

以表示为

（11），，分别是块

，，的重力。化解等式（6）和（8），地

震条件下的加固力如下方程所示：

（12）

代表惯性力，=，=，化工具盒最大化约束力受到的约束，例如。=,带入表达式

=

这种优化给出了临界破坏面角度（）和相应的最大加固力（）。

中，我们得到：

3.2 加固总长度

正如Ling和Leshchinsky在1998年提出的，由于竖直向上的地震加速度引起的惯性力被作为估计加固长度起决定作用角将整个加固长度分为两个部分，一个靠

a的一个参数。这个对数螺旋失效面穿过墙

（13），另一个

近与活跃的楔形块的边坡面（L）现在需要找到关键的对数螺曲线破坏面，检测以确保平衡（）所需的最大加固力。使用fminsearch函数的MATLAB优

嵌在稳定区域的后面（Lei），如图4所示。

图4 所有层加固长度和拉拔加固长度的计算

稳定性所需的加固总长度能够用下式表示：

=有效加固长度（）+加固拔出长度

（）

在结构顶部之下任何深度z的有效加固长为:

（13）

式中

（14）

然后有效加固长度（）能用下式表示

（15）

（16）

式中z是被考虑的加固层的深度，下式已给出

(17)

式中，,ic从1变化到n 国内失效模式的安全极限

4.1 失效模式

依据FWHA（2001）的指导方针，RSS应该对拉张失效和拔出失效的加固应该是安全的。在下面的文章段落中，给出两种失效模式（即拉张失效和拔出失效）在各个加固层的RSS的极限状态方程导出过

程。

4.2 拉张失效的安全极限

加固利用它的抗拉强度为填充提供支持。任何由于加固的破裂引起的突然的强

度的减少都会引起加固填筑的切变长度突然的减少。这会导致加固填土特征的突然的灾难性的倒塌或是极度的变形。因此，加固应该依据预防这个拉张模式的失效的强度有一个安全极限。在这个标准中，加固层的极限抗拉强度（Tu）应该大于加固层的最大承载力（Timax）。各层中对于拉张失效的安全系数（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）

式中SvHn,Sh1m，n是层数，z是被考虑的加固层的深度。各个加固层的拉张失效的极限状态方程如下所示：

（20）

4.3 拔出失效的安全极限

当检验拔出失效的稳定性时，加固构件的有效接合长度应该作为超过可能失效面的突出部分考虑。在加固块之内的不同标准单个拔出的加固构件应该被检查在这种情况下，加固层的嵌入式加固长度的有效阻力（Pri）应该大于土壤加固的最大承载力（Timax）。各层中对于拉张失效的安全系数按下式考虑，（21）

式中Pri2viLeitan,viz，作用在嵌入加固长度（Lei）的有效竖直压力，而且δ是回填土接触面摩擦角。加固拔出失效的极限状态方程如下，（22）可靠性指标的估算

在本节中，对各个土层对拉张失效和拔出失效的可靠性指标的估算进行了描述。这里对高为9米，坡脚为90°的加固挡土墙进行了分析。这里假设回填土摩擦角（φ）为30°，容重（γ）为18KN/m3。

在表1中给出了考虑的参数范围的结果的说明。变异系数与容重和回填的摩擦角有关，它们根据在Ducan（2000）和Phoon与Kulhawy（1999）中的记录进行选择。加固长度的变异系数的范围在Chalermyanont and Benson(2004)的记录为0–20%。统计的容重和回填土的摩擦角和长期设计的加固长度在表2中描述了出来。上文中提出的两种失效模式是回填土性质、土壤加固接触面摩擦力、墙的几何比例、附加荷载、水平和竖直地震加速度和加固长度的函数。形式约束的功能函数可以表示成，（23）

标准正态空间Uunkk1的最优化可以定义如下：

1.估算各个加固层在拉张失效模式

下的可靠性指标（βt）

Minimizes

Subjected to

（24）

2.估算各个加固层在拔出失效模式

下的可靠性指标（βpo）

Minimizes

Subjected

to

（25）

以上所述的各个加固层的可靠性指标用Basha和Babu在2008年提出的TRA来估算。对于RSS的稳定性，它应该在每个加固等级都是内部稳定的也就是它应该对各个土层的水平面的土壤加固拔出失效和土工拉张失效是安全的。为了数名这个方面，在各层水平面的可靠性指标值和相应的拔出长度和土工的总长度由土壤加固拔出失效和土工拉张失效同时决定。在下文中，水平和竖直地震加速度系数、摩擦角、加固设计长度、土壤摩擦角和地震可靠性系数的加固长度的变异系数（对于拉张失效和拔出实效两种模式）、拔出长度和各加固层的总长度作用的影响在图5、6、7、8、9、10、11、12、13、14中进行了讨论。结果和讨论

6.1 抵抗加固层张力破坏的设计

6.1.1 和对可靠度的影响

图5所示沿墙体深度方向加固层抵抗张力破坏()的可靠度变化，其中：=0.0,0.1,0.2,0.3 作为典型值，=，附加系数

=0.2, 变异系数，和=7的值分别为7，5%。对于在土工合成材料层顶层的轴向拉伸力大大减少，显示出非常高可靠性指标（超

过20）。从图中可以看出，由于超负荷的压力，从墙体上部到加固成底部更有可能出现张力破坏模式，有更低的可靠度。为此，确保目标可靠度()为3.0的加固层数量在图5a中做出了计算，为最底部加固层与地震加速度的对照。图中的一个说明，=0.0，高度为9m,垂直间距为1.125m的墙体应提供8层土工合成材料加固层，以此获得最下面一层=3.0的可靠度（从墙顶部到8层）。

从图中也可看出，为确保最底部土层保稳定性（=3.0）儿需要的加固层数的数量，的取值应该明显的从0.0增加到

0.30。例如，=0.1，高度为9m,垂直间

距为0.818m的墙体应提供11层加固层，以此获得最下面一层=3.0可靠度（从墙顶部到11层）。同样，为了避免所有加固层的张拉破坏，在9m高的墙体需要容纳n=14层，=0.2；n=18层，=0.3。从中也可以看出，对于一个定值的，张拉模式的可靠

性指标（）随着层数的增加显著减少。对于给定

=0.2的定值，当深度从最顶层

增加到最底层时，可靠度明显的从16.7减小到3.0。

得到类似的结论，张拉模式对纵向地震加速度系数对可靠性指标的影响如图5b所示。图5b得出的结果表明，确保期望稳定性（最底层=3.0）需要的加固层数量应该随着水平地震加速度从0.0到1.0的增

长而按垂直方向增加。

图5 a所示对抵抗张拉破坏可靠度（的影响，b所示对抵抗拉拔破坏可靠度（的影响

1.2时，高度为9m的墙体墙的层数（n）分6.1.2 附加荷载对可靠度（的影响

别为10，16，23，31和42。6.1.3 加固设计强度（如果期望一个结构承担附加荷载，设计者在墙体设计计算中应考虑附加荷载的影响。在加筋土结构设计中为了维持与附加荷载作用在墙体上时的张拉失效模式有关的期望安全等级，需要额外的土层数量。因此，图6表示在变化的可靠度上均匀分布密度（的影响，可靠度为在的影响

在地震设计中，为了提高地震时抵抗张拉失效的安全性，必须提供有足够的加固强度。可以通过提供足够的长期的加固设计强度（）。图7给出了沿墙体深度方）对可靠度（）

向抵抗张拉失效的可靠性变化，加固强度设计值从40kN/m变化到80kN/m。图7说明，对于

=40kN/m时，高度为9m,垂直前面几节采用的沿墙体深度方向的抵抗张拉失效的典型值。作为一个例证，为避免所有层张拉破坏,在Q=0.0,0.3,0.6,0.9，间距为0.32m的墙体应提供28层加固层，以此获得最下面一层=3.0的可靠度（从墙顶部到28层）。同样的，需要考虑n=1

4层，=50kN/m，图6 附加系数（对抵抗张拉破坏可靠度（的影响

图7 LTDS对抵抗张拉破坏可靠度（的影响

图8 a所示变异系数对抵抗张拉破坏可靠度（度（的影响

6.14 变异系数和对可靠度的影响

图8a中，显示了变化的变异系数摩擦角、设计强度对抵抗延墙体深度方向张拉破坏变化的可靠度的影响。在图中可以看出，随着变异系数的数值从2.5%增加到15%，变异系数的数值从2.5%增加到15%，的大小显著减少。图8说明，对于变异系数=5%时，高度为9m,垂直间距为0.642m的墙体应提供14层加固层，以此 的影响，b 所示变异系数对抵抗张拉破坏可靠

获得>3.0的可靠度;对于变异系数=15%时，高度为9m,垂直间距为0.,0.474 m（0.45m可以用在简易的建筑）的墙体层数要从14增加到19。同样的，在图8b

中可以得出变异系数和

对张拉模式可

靠度的影响。6.2 所有加固层抵抗拔出破坏的设计 6.2.1

对拔出长度

及总长度的影响

图10 a为对保证抵抗拔出破坏目标可靠性指标为3.0时的拔出长度（）影响

b为对保证抵抗拔出破坏目标可靠性指标为3.0时的纵长度（）影响

图9a，b所示，=0.0–0.3以及抵抗

从图中可以看出，墙体顶端最上加固层最容易出现拔出破坏模式，为确保存在附加

（所有层拔出破坏目标可靠度为3.0时，沿墙体深度方向所有加固层的拔出长度）和修正总长度（）的变化。荷载时的可靠度目标值，墙体需要更多的拉拔长度和加固修正总长度。从图9a，b可以看出，需要提供的所有加固层的拉拔

长度和修正总长度的作用，在图5a中已经确定。

图11 从图中也可看出，随着层的深度增加，固定值、拔出长度（）和修正总长度（）减少。给定固定值=0.2，避免张拉破坏需要14层，当深度从最顶层（第1层）增加到最底层（第14层）时，拔出长度（）从0.09减小到0.04，总长度（）从0.92减小到0.15。从图9a,b可以看出，随着值得增加，对于抵抗所有层拔出破坏的目标可靠度3.0时，拔出长度（）和总长度（）应该随之增加。

很容易得出以下结论，最上加固层最容易出现拔出破坏。确保抵抗拔出破坏目标可靠度为3.0时需要的最上层的拔出长度，可以应用于计算每一等级加固层的总长度。图9c的结果表明，对于不同的地震加速度，沿土层的深度方向可靠度变化()。总的来说，图9d给出

=0.0–0.3时的加固修正总长度。从图9c可以看出，对于固定值，为得到

=3.0时最上层的拔出长度（）是0.081，当深度从最顶层（第1层）增加到最底层（第11层）时，可靠度()显著地从3.0增加到7.2。从图9d中也可看出，随着值的增加，加固总长度（）应该随之增加。

6.2.2 对拔出长度（）和总长度（）的影响

图10a,b所示，随着横纵向地震加速度（，）按比例从0.0增加到1.0时，为

确保目标稳定性（所有层=3.0），拔出长度（）和总长度（）微小的增加。因此，图10c,d表明，沿土层深度方向，对可靠度

和修正总长度

（）的影响是微弱的。可以得出纵向

地震加速度结构的地震稳定

性影响是微弱的。

6.2.3 附加荷载（q）对拔出长度（）

和总长度（）的影响

图11a,b所示，沿墙体深度方向不同强度附加荷载系数（）和抵抗所

有拔出破坏的目标可靠度3.0造成所有层的拔出长度（）和修正总长度（）的变化。从图中可以看出，附加荷载作用

下，所有层的拔出长度（）是一致的。

也可以发现，对于定值附加系数,随着土层深度的增加，拔出长度（）和修正总长度（）随之减小。给定固定值

0.3，避免张拉破坏需要16层，当深度

从最顶层（第1层）增加到最底层（第16层）时，拔出长度（）从0.12减小到0.04，总长度（）从0.94减小到0.10。=3.0的拔出长度（）分别为图11a,b所示，随着的值从0.0增加到1.2，为了得到抵抗所有拔出破坏的目标可靠度3.0，拔出长度（）和总长度（）

0.042、0.123、0.247。从图11d可以看出，对于=0.0、0.3、0.6，可以得到加固总长度。从图11c可以看出，对于定值，随着土层深度的增加，拔出模式的可靠度显著增加。给定固定值=0.3，张拉稳定条件下需要16层加固层，当深度从第1层增加到第14层时，抵抗拔出破坏的可靠性指标

明显的从3.0增加到9.5。应该明显的增加。图11 c所示，对于附加系数=0.0、0.30.6时，沿土层深度方向的可靠度（）变化情况。另外，从图11c也可看出，随着值的增加，加固拔出长度（）也随之增加。例如，对于附加系数=0.0、0.3、0.6，最上层需要的确保

图12回填土摩擦角在加筋土结构

（）应该从0.075增加到0.14（图）从0.91增加到设计中起到很重要的作用，目前，变异系数显著地影响加筋土结构的稳定性。对于不同数值的摩擦角变化系数，为了确保抵抗拔出破坏的可靠性指标，需要提供适当的层数（n）、拔出长度和加固总长度。对于定值

12a），总长度（1.1（图12b）。从图12c的结果得出，当变异系数=2.5%、5.0%、7.5%是，确保最上层可靠性指标出长度（=3.0的拔）分别为0.075、0.091、，当变异系数从5%增加到10%时，为确保抵抗张拉破坏的安全性，层数应该从14增加到17。另外，对于最顶层的土工合成材料土层，当变异系数从5%增加到10%时，拔出长度

0.108、0.141。图12c中可以看出，对于定值变异系数，随着土层深度的增加，张拉模式的可靠性指标

大幅

度增加。图12d可以得出适当的加固总长度。

6.2.4 变异系数对拔出长度（）和总长度（）的影响

图14 6.2.5 设计强度影响 和设计强度变异系数对拔出长度（）和总长度（）的（对于的平均值从40 变化到80时,达到抵抗张拉破坏的预）。图14a表明在张拉拔出稳定）

模式中层数(n)和加固总长度（大小应该分别增大。图14b给出，当期可靠度指标（）为3.0，计算每）和总

=3.0,变异系数

=5、7.5、10、一级别的加固拔出长度（长度（12.5、15%时，应用最顶层的拔出长度（）计算出加固总长度（）。），结果在图13a,b中表示。的平均值从40 增的变异系数从15%）这两幅图表明，当大到80，在图14a,b中可以看到加固总长度（）略有不同。

减小到到5%时，加固拔出长度（和总长度（7 结束语

这个研究对关于回填长度和土工加固长度的可变性的加固土结构对于地震稳定）大幅度减小。图14a给出在每一加固等级抵抗拔出破坏的可靠性指标需要的加固总长度的可靠性评估提供了一个深刻理解。从分析中显然可以看出，对于加固结构的完整设计，沿着结构深度方向各个加固层对于拉张失效和拔出失效的安全性和可靠性是必不可少的。拉张和拔出两种模式的安全性的极限状态方程被建立。目标可靠性方法被用来估算拉张和拔出两种失效模式的地震可靠性指标。

从现在的调查研究中可以得到以下结论。

1.有人指出，由于在土工层的轴向张力很高而且可靠性指标值偏低，对于拉张失效模式来说，墙顶的加固最底层更具决定性。

2.可以看出，墙顶的加固上层对于拔出失效模式来说更具决定性，而且挡土墙的拔出长度和更长，而且应该和加固总长度相一致，去维持在拔出失效模式中可靠性指标的目标值。

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3.这里表明，加固的长度和与其一直的总长度需要去维持关于拉张和拔出两种失效模式的目标可靠性指标显著增大。它应该随着kh在0.0到0.30之间增大时，附加系数在0.0到1.2之间增大时，加固设计强度以80到40KN/m减少时，摩擦角和加固设计长度在5和15%之间增长时而显著增大。4.最上层的拔出长度需要来维持拔出

失效模式下的目标可靠性指标，他可以用来估算加固剩余层各个水平面的总长度。因此，在拔出失效模式下，可靠性指标在加固各层随着深度的增大而显著增大。

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