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福建土楼作为我国历史文化的一张名片,具有极高的历史、政治、艺术、旅游、科学和文化价值。随着土楼申遗成功之后,保护土楼的重要性显得尤为重要。然而在长期的环境、人为等因素作用下,土楼的损伤日益严重。根据土楼每况愈下的现状,本文从结构可靠性角度对福建土楼进行探索研究,不仅可以解释这种历史古建筑存在的科学合理性,同时可以为现役土楼的加固保护提供依据。 本文在调研基础上,使用有限元软件,分析圆形土楼夯土结构的受力变形特征、破坏机理,进而得出承载力极限状态下的主要失效指标。并基于响应面法,建立土楼的隐式极限状态方程,计算土楼模型的可靠度指标。主要内容为以下: (1)对永定土楼进行实地调查,得出圆形土楼的相关数据:土楼周长、墙厚、层高等土楼的相关尺寸参数,分析这些数据的统计规律。并根据调研资料,归纳土楼夯土墙体主要的病害及破坏形态,为后期工作做准备。 (2)根据统计数据,选取土楼模拟试验方案,通过有限元分析得出在相关参数(直径、墙厚、层高、裂缝、开洞前后等)影响下,土楼受力变形特征及破坏形态。并将其与土楼实际病害及破坏模式对比,验证数值模拟的可靠程度。再对比不同参数模型的模拟结果,选取土楼直径及墙体厚度作为土楼可靠度指标计算的两个基本随机变量。 (3)采用极限状态插值法,分析圆形土楼模型的极限墙体厚度及极限荷载,并对比两种基本随机变量下模型的极限状态发展历程,得出圆形土楼在土楼坍塌时,门洞处已大部分进入塑性失去承载能力,且门洞上方的位移已经超过结构变形的极限承载能力。据此,提出以门洞处相对塑性区发展程度 R来衡量圆形土楼模型进入塑性区的程度。 (4)基于响应面法(RSM)结合改进一次二阶矩法,采用不包含交叉项的二次多项式作为响应函数,通过数值模拟的多次迭代,不断靠近真实失效面,从而确定响应面。得出隐式极限状态方程后,计算土楼夯土结构的可靠度指标。