考虑轴向横向荷载共同作用的基桩可靠度
赵明华，曾昭宇，刘晓明，苏永华(湖南大学岩土工程研究所，湖南长沙410082)
摘要:结合确定性有限单元法与响应面法提出一种分析基桩可靠度的计算方法，并对基于桩顶水平位移过大和桩身材料屈服失效模式下倾料荷载桩的可靠度进行了探讨，讨论了这两种破坏模式下影响基桩可靠度的多种因素，得到了若桩身施工质量控制水平较好，可按桩身材料屈服失效模式设计，若施工质量控制不理想，则宜按水平位移失效模式设计，以及倾料荷载桩虽然存在P-ZI效应，但是和水平荷载影响相比，竖向荷载的变异性对基于桩顶水平位移过大和桩身材料屈服失效模式下基桩的可靠度影响不大等结论。
关键词:水平位移;材料屈服;倾料荷载;基桩;有限单元法;响应面;可靠度;P-LI效应
中图分类号:TU473. 1 文献标识码:A
0 引言
随着 高 层 建筑、大跨桥梁、万吨级码头等工程建设的需要，同时承受巨大轴向和横向荷载(或倾斜荷载)的桩基础工程日益广泛。在轴向与横向荷载共同作用下，基桩存在桩顶竖向位移过大、竖向承载力不足、桩顶水平位移过大以及桩身材料屈服(桩身弯矩过大)等4种失效模式。结构可靠度理论表明，不同破坏模式下，同一结构的可靠度影响因素及计算结果不同。目前基桩可靠性多集中于基于桩顶竖向位移过大及承载力失效模式下的研究，而对桩顶水平位移过大和桩材屈服失效模式下的基桩可靠度指标研究开展较少。此外采用的分析方法多为随机有限元，该法存在编程及计算工作量太大等缺点，实用性差。因此在考虑桩顶竖向和横向荷载、桩身材料及土体参数的随机性基础上，本文拟采用确定性有限元方法计算基桩在荷载作用下的响应，并应用响应面方法对基于确定性有限元的抽样参数计算结果进行拟合，以此得到基桩在水平位移过大和桩身材料屈服破坏模式下的可靠度实用计算方法。在此基础上考虑不同工况及各随机参数的变异性，分析它们对可靠指标的影响程度，以期得到有益的结论供工程参考。
1 结构可靠度计算的响应面方法
响应 面 方 法〔3–5〕用于可靠度分析首先是针对复杂结构，其涉及因素多，结构可靠状态与影响可靠状态的各因素之间的关系为高度非线性关系，很难得出精确的解析表达式。以往对该类结构进行可靠度
分析时，除了随机有限元法外，常规方法均无法正常进行。响应面方法就是为解决这一困难而提出来的。该法是一种在试验(物理实验和数值实验)基础上改进的半试验、半解析方法，其思路是通过模拟试验采集数据，拟合出近似可靠度计算方程(一般采用多项式函数形式)，然后采用解析方法求解。
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4 结语
本 文 将 确定性有限杆单元法与响应面法结合起来，对基于桩顶位移过大和桩身材料屈服失效模式下倾斜荷载桩的可靠度进行了分析计算，讨论了在这两种失效模式下影响基桩可靠度的多种因素，并得出以下结论:
(1) 桩 身 参数变异系数对水平位移失效模式下基桩可靠度影响较大，因此若桩身施工质量控制水平较好时，可按桩材屈服失效模式设计;若施工质量控制不理想，则宜按桩顶水平位移失效模式设计。
(2) 倾 斜 荷载桩虽然存在P-△效应，但是与横向荷载的影响比较起来，轴向荷载的变异性对基于桩顶水平位移失效和桩身材料屈服失效模式的基桩可靠度影响不大。
(3) 响 应 面法简便易行，可以用作大型复杂结构的可靠度分析，具有推广应用价值。
