基于贝叶斯信息融合的基桩承载力可靠度研究

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桩基础因承载力高、沉降量小、施工速度快和检测方便等优点被广泛应用于土木工程结构中。但在实际工程中,由于受到各种不确定性因素的影响,会导致桩基工程质量检测结果不够准确,获得的基桩承载力检测数据与工程实际值存在着较大差异。如果利用这些数据评估桩基础工程的可靠度以及整个结构工程的安全性,不但与工程实际不符,还有可能给工程结构带来诸多安全隐患,从而造成不可估量的经济损失。为了解决这个实际工程问题,本文依托某大学汇森研发中心实验楼、新建图书馆两个重点工程以及收集的工程基桩承载力检测数据,采用贝叶斯信息融合技术,对基桩承载力可靠度进行系统深入的研究。主要创新成果如下:(1)通过设置置信区间长度,给出了考虑误检因素的抽检桩数目最小值估算方法。引入概率统计理论中置信区间的概念,对实际工程中基桩承载力抽检桩数目进行了估算;通过设置待测桩样本合格率的置信区间长度,在保证基桩检测结果精度要求的前提下,给出抽检桩数目最小值的估算式;考虑到基桩承载力检测过程中可能遇到的误检问题,给出了验真概率和验伪概率,提出考虑误检因素的抽检桩数目最小值估算方法。(2)基于n-σ准则,给出了一种基桩承载力检测数据质量的区分方法。对收集到的78根钢筋混凝土灌注桩和128根钢筋混凝土打入桩的基桩承载力现场检测数据进行了分析,明确了基桩承载力的分布特征。在此基础上,引入n-σ准则,给出了一种基桩承载力检测数据质量的区分方法。利用该方法对现场检测到的基桩承载力数据进行分析处理,验证了该方法能够判定基桩承载力检测数据的质量。(3)采用随机加权法,推导了岩土参数的概率密度函数。采用随机加权法将岩土参数的小样本转变为工程中所需要的大样本,解决了样本量过小的问题;基于最大熵原理,推导了岩土参数的概率密度函数,并利用K-S检验法验证了该方法的正确性。计算结果表明,该方法不仅克服了传统拟合方法对经典概率分布依赖的不足,而且所用的数据来源于岩土参数转变的大样本,拟合结果更符合工程实际。(4)给出了考虑基桩破坏作用和竖向沉降不确定因素影响的基桩承载力可靠指标的计算方法。考虑基桩破坏作用,利用贝叶斯统计方法,对基桩承载力现场检测数据进行了处理更新,给出了考虑基桩破坏时承载力可靠指标的贝叶斯更新计算公式。在此基础上,考虑基桩承载力不确定性的影响,建立了极限状态方程,分析了计算沉降变异系数、容许极限沉降变异系数、实测沉降变异系数以及计算模型系数等对基桩承载力可靠度的影响,推导了考虑沉降不确定性的基桩承载力可靠指标的计算公式。计算结果表明:基桩承载力安全系数的增大可提高其可靠指标;基桩沉降容许极限变异系数的增大将使可靠指标下降。本文的研究成果不仅可以减小桩基础工程检测中抽检桩的数量,同时能够获得更准确的基桩承载力可靠指标,准确地评估桩基础工程的质量;为工程结构的基桩安全性评估提供了可行的技术支撑,也为桩基础工程可靠度设计提供理论参考。
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