6  材料和岩土的性能及几何参数6.1  材料和岩土的性能6.1.1  有些材料性能如土工合成材料、混凝土的强度等存在与时间变化相关的特性,但为了简化起见,各种材料性能仍作为与时间无关的随机变量来考虑,而性能随时间的变化一般通过引进换算系数来估计。当确定材料物理力学性能的标准值时,检验的显著性水平一般取0.05,对于小样本空间,显著性水平可适当增大。6.1.2、6.1.3  这两条规定了材料物理力学性能标准值的规定原则。    对材料而言,其强度的标准值是采用概率分布的低分位值,国际上一般取0.05,本标准也采用该分位值作为材料强度标准值。    正态分布可视为一种相对保守的分布,当从多个试验得到验证后,可采用对数正态等其他概率分布。    式中:μf、σf及δf分别为材料强度的平均值、标准差及变异系数。    钢材疲劳强度通常采用的是97.7%的保证率,即概率分布为0.023的分位值;钢筋疲劳强度通常采用的是95%的保证率,即概率分布为0.05的分位值。    对材料弹性模量、泊松比变异性较小的随机变量,取其平均值作为标准值,即概率分布的0.5分位值。    需要说明的是:试验数据不足时,材料性能的标准值可以采用有关标准的规定值,也可以根据工程经验,经分析判断确定。6.1.4  用材料的标准试件试验所得的材料性能fspe,一般不等同于结构中实际的材料性能f。例如,材料试件的加荷速度远超过实际结构的受荷速度,致使试件的材料强度较实际结构偏高;试件的尺寸远小于结构的尺寸,致使试件的材料强度受尺寸效应的影响而与结构本身不同;有些材料,如混凝土,其标准试件的成型、养护条件与实际结构并不完全相同,有时甚至相差很大,所有这些因素导致两者的材料性能有所差别。    一般习惯采用换算系数或函数Kstr来考虑,从而结构中实际的材料性能与标准试件材料性能的关系按下式表示:    结构构件材料性能的平均值f和变异系数δf在综合考虑试件材料性能fspe和材料性能换算系数Kstr的概率分布参数的基础上,按下式确定:    式中:δf——结构材料性能f的变异系数;          δfspe——试件材料性能fspe的变异系数;          δKstr——材料性能换算系数Kstr的变异系数。    由于结构所处的状态具有变异性,因此换算系数或函数Kstr也是随机变量,有时可以简化为常量。6.1.5  岩土性能参数的标准值有可能采用可靠性估值,可根据区间估计理论确定,单侧置信界限值由式求得,式中ta为学生氏函数,按置信度1—α和样本容量n确定。    当试验数据不足,可用简化概率分布方法或3σ法近似确定岩土参数的数字特征。简化概率分布方法是94版国家标准推荐的方法,该法在岩土工程结构的可靠度分析中有很大实用价值,因为在长期的工程经验和试验基础上,大部分岩土参数都积累了相当多的基础资料。在进行工程设计时,都能从各种设计手册中查到某一参数的上限、下限值。    设基本变量x的上限、下限分别为xu、xl,其概率分布根据其变异情况选择概率分布类型,并按表4估算基本变量的平均值和标准差。表4  常用简化概率分布的平均值和标准差    注:根据保证率的不同,K值取2或3。    3σ法主要利用了正态分布变量99.73%的数据都落在平均值周围3倍标准差范围内的事实。该法需要首先估算参数最大可能的极大值和极小值,若HCV表示参数最大可能的极大值,LCV为最大可能的极小值,则参数的标准差:    3σ法以正态分布为基础,但是其他形式的分布也具有类似的性质,因此,该法适用于不同的分布类型。

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