我国钢桥可靠度设计中抗力分项系数的建议值

概率极限状态设计表达式中的抗力分项系数反映了结构抗力的主要影响因素的变异性,其取值合理与否直接关系到结构可靠度设计的精确性。由于我国现行公路钢桥设计规范已经过时,新的规范中采用概率极限状态设计方法势在必行。故本文在对现行规范下公路钢桥结构五种基本受力构件的可靠指标校准的基础上,优化计算了各类构件的抗力分项系数,并将结果与国内外相关规范的取值进行了比较和分析,给出了建议取值。     

长期荷载作用下水工结构限裂可靠度分析

混凝土的徐变和收缩是长期荷载作用下混凝土结构裂缝宽度扩大的主要影响因素．因受环境条件影响,使其在水工结构中具有较大的不定性,而对水工混凝土结构构件可靠度的影响,目前尚无统一认识及合理的考虑方法．为了正确分析计算长期荷载作用下水工结构限裂可靠度,从多个方面探讨了混凝土收缩和徐变的变异对长期荷载统计不定性构件截面抗力不定性的影响程度,据此采用正常使用极限状态“抗力－ 荷载效应转换摸式”进行了可靠度分析．结果表明：长期荷载作用下水工结构限裂可靠度比一般的建筑结构高;水工混凝土结构构件裂缝计算公式的可靠度原则对不同的构件尚不统一,尤其是轴心受拉构件,公式中的常系数有待改进     

长期荷载作用下水工结构限裂可靠度分析

混凝土的徐变和收缩是长期荷载作用下混凝土结构裂缝宽度扩大的主要影响因素。因受环境条件影响，使其在水工结构中具有较大的不定性，而对水工混凝土结构构件可靠度的影响，目前尚无统一认识及合理的考虑方法。为了正确分析计算长期荷载作用下水工结构限裂可靠度，从多个方面探讨了混凝土收缩和徐变的变异对长期荷载统计不定性构件截面抗力不定性的影响程度，据此采用正常使用极限状态“抗力－荷载效应转换模式”进行了可靠度分析。     

圆空心钢管混凝土短柱在轴向压力作用下的可靠性分析

为分析圆空心钢管混凝土短柱在轴向压力作用下的可靠性,以笔者及其他学者所进行的圆空心钢管混凝土轴压短柱试验数据为统计样本,结合Normal、Lognormal、Weibull、Gamma 4种分布形式,考虑模型误差,分别根据《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936—2014）中的钢管混凝土柱轴压承载力计算公式与作者提出的修正公式,运用Monte Carlo法计算得到了规范公式与修正公式的可靠度指标。结果表明：依据两种公式计算得到的可靠度指标均基本满足目标可靠度指标3.7的要求;规范公式的可靠度指标较大,约为修正公式的1.05倍,计算结果较为可靠;可靠度指标随着混凝土强度和荷载效应比的提高而上升,随着含钢率的提高而下降,钢材强度和空心率的变化,可靠度指标的变化不明显。考虑上述4种分布类型对抗力误差的影响,分析了各参数因素对抗力分项系数的影响,结果表明：计算模型误差分布类型和活载类型对抗力分项系数的影响不明显,安全等级和荷载效应比影响较为明显;考虑实际工程中常用的荷载效应比,提出荷载效应比不同时抗力分项系数取值分别为1.21、1.32、1.41。     

在役预应力梁桥承载能力可靠性评估

根据预应力混凝土桥梁的几何尺寸、材料强度和计算模式不定性系数的统计参数,采用蒙特卡洛方法模拟了预应力混凝土梁桥抗弯承载能力和抗剪承载能力的统计参数;在考虑结构构件抗力、恒载效应、车辆荷载效应、横向分布系数和车辆荷载冲击力的随机性的基础上,建立预应力混凝土简支梁桥的抗弯和抗剪承载能力极限状态方程,采用JC方法计算可靠度指标。对一座既有预应力混凝土桥梁进行承载能力可靠性评估并对影响可靠度指标的随机变量（恒载、车辆荷载、横向分布系数、冲击系数）进行了敏感性分析,结果表明：恒载效应的随机性对可靠度指标影响很小,车辆荷载效应、横向分布系数、冲击系数的随机性对可靠性指标影响较大且依次加大。     

碳纤维布加固混凝土梁可靠度分析

在考虑滞后应变为随机变量的情况下,对二次受力碳纤维布加固混凝土梁发生受压破坏时的抗力进行了统计分析,得到抗力的统计参数和概率分布模型。对常遇荷载组合情况下碳纤维布加固梁的受弯承载力进行了可靠度校准分析,得到其可靠指标满足GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》推荐的二级结构延性破坏的目标可靠指标要求。在两种荷载组合下,住宅楼在永久荷载与可变荷载组合下的可靠指标较办公楼的可靠指标大,而永久荷载与风载组合下的可靠指标最低。在3种荷载组合下,风载控制时的可靠指标较永久荷载或可变荷载控制时的可靠指标小。     

耐久性沥青路面混凝土基层轴载换算研究

刚性基层耐久性沥青路面作为一种新型的路面结构,现行规范对于上覆沥青层水泥混凝土路面的设计思路对其并不适用,其轴载换算公式由于没有考虑刚性基层沥青路面结构的特点,得出的结果存在较大误差。依据普通混凝土及贫混凝土的疲劳方程,结合耐久性沥青路面混凝土基层在标准轴载和不同轴-轮型荷载作用下回归得出的荷载应力计算公式,按照混凝土基层等效疲劳损伤原则,推求得出单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组荷载换算为标准轴载的公式。结果表明:得出的轴载换算公式可充分考虑混凝土基层耐久性沥青路面基层厚度、基层模量、地基模量结构设计参数的影响,具有良好的实用性,可为路面结构设计提供依据。     

基于计算可靠度的现有RC结构构件的安全等级划分研究

在考虑现有RC结构构件的后续使用年限和抗力衰减的基础上,利用计算的民用RC结构构件在不同情况下的可靠指标,研究了构件计算的可靠指标与其安全等级之间的关系;将现有RC结构构件的可靠指标的定量计算与鉴定时的分级定性评定结合,经过计算和与设计规范的要求比较,给出了安全等级划分评定时的计算可靠指标标准.提出的民用建筑结构RC构件鉴定时安全等级划分评定的量化方法,可应用于现有结构构件的鉴定中;得出的鉴定等级安全性与设计规范的安全性是一致的,实现了民用结构RC构件鉴定的定量计算.     

对钢筋混凝土构件抗裂及限裂的可靠度分析

本文对钢筋混凝土及预应力混凝土构件裂缝控制分级作了讨论,建议将抗裂度验算作为裂缝控制的第二级标准考虑并做了论证。文中由规范修订组给出的裂缝控制抗力函数式推导了抗力统计参数的一般计算公式。对钢筋混凝土裂缝控制的可靠指标β按《建筑结构设计统一标准》规定的β=1.0～2.0进行了校准。并讨论了裂缝控制极限状态设计表达式分项系数的确定方法。     

RC偏压构件精细抗力概率模型

现行可靠度统一标准给出的RC偏压构件抗力统计参数较为粗糙,对其随偏心距值的变化考虑不够充分.针对此不足,采用Monte Carlo抽样方法并结合已有的各种抗力因素的概率模型,得到了不同偏心距和配筋率下的改进抗力概率模型.结果表明采用正态分布变量来拟合RC偏压构件抗力的分布具有较好的精度.在此基础上,对此改进模型应用于随机偏心距下RC偏压构件可靠度计算的适用性进行了实例分析.结果证实,当偏心距设计值接近或者大于界限偏心距值时,采用现行标准中的抗力概率模型来计算可靠度均会产生较大的误差,而采用文中建议的抗力概率模型则具有较高的精度;且现行可靠度统一标准因对抗力随偏心距值增大而减小的效应考虑不够而使得RC大偏压构件的设计偏于不安全.     

基于结构可靠度的高墩施工期稳定性分析

由于桥墩在施工过程中承受的荷载与成桥使用期荷载不同,在考虑风荷载、偏心荷载等不利影响下建立了高墩施工期稳定性功能函数,并以实际算例计算得到高墩的可靠指标．通过参数的敏感性分析表明,高墩施工期稳定性可靠度影响比较大的参数为混凝土轴压强度的不定性及计算模式的不定性;偏心荷裁对高墩的影响不显著,但墩高对可靠指标有较大影响,随着墩高的增大,可靠指标有明显的降低．     

设计参数对钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响分析

以中承式钢管混凝土系杆拱桥为计算实例,采用通用软件ANSYS建立了拱桥的有限元计算模型,通过改变其主要设计参数,对该类桥梁在恒载作用下的受力情况进行了对比分析,得出了不同矢跨比、拱轴系数、主拱拱肋含钢率等设计参数对拱桥各控制截面内力、应力、位移变化的影响规律.研究结果表明:改变矢跨比和拱轴系数对系杆拱桥在恒载作用下的内力有较大的影响,且对恒载作用下全截面弯矩的影响比对轴力的影响更为显著;改变钢管的壁厚对于主拱肋各控制截面的轴力、弯矩及应力影响不大.该计算结果可为优化同类桥型的设计提供参考.     

统计分析在钢构桥梁疲劳寿命评估中的应用

引入概率统计方法,将影响钢结构桥梁疲劳寿命的各变量看成随机的,对其疲劳寿命进行可靠性评估．通过对3种不同应力脉水平下的疲劳试验结果分析,认为疲劳寿命服从对数正态分布．采用回归分析方法进行统计推断,得到应力脉和疲劳寿命的幂函数关系式的参数,进而对钢构桥梁疲劳寿命进行预测评估．     

桥梁工程可靠度2020年度研究进展

由于自身固有属性的不确定性以及所处环境的复杂性,桥梁在设计、施工、运营等不同阶段都需要具备足够的可靠性。为了解2020年桥梁工程可靠度研究与应用的最新动态,查阅文献并对相关理论方法、不同阶段或环节的科研内容和成果进行归纳。在桥梁可靠度理论和方法方面,引入GPR模型、径向基神经网络等方式得到隐式结构功能函数,引入Copula理论把握多失效模式概率的关系;采用概率可靠性和非概率可靠性方法、蒙特卡罗数值模拟、时变可靠度理论等进行可靠性评估。既有桥梁的技术状况及可靠度仍然是桥梁工程领域研究的热点,自然环境条件下桥梁抗力与外荷载的时变模型是桥梁时变可靠度分析与寿命预测的重点。可靠度理论及分析方法在桥梁工程设计中得到逐步的发展,考虑动态荷载作用随机性与结构参数随机性的动力可靠度研究与应用越来越多。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

网壳结构钢与混凝土组合节点力学性能试验

为研究钢与混凝土组合的网壳节点在轴压和压弯荷载作用下的力学性能,对10个不同参数的钢与混凝土组合的节点进行试验研究.试验构件主要变化参数包括:内圆钢管的壁厚和半径、外圆钢管的壁厚及矩形钢管与外圆钢管的不同连接方式.试验研究表明:在轴压和压弯荷载作用下节点表现出了与钢管混凝土相似的特点,具有较高的承载力和良好的塑性变形能力;内圆钢管的壁厚和半径对节点承载力影响较大,外圆钢管的壁厚对节点承载力影响较小;连接方式对节点承载力影响较大,圆钢管高于矩形钢管的节点承载力比圆钢管与矩形钢管齐平的承载力至少提高15%;轴压荷载作用下节点的破坏方式可以分为中心压缩和梭形偏转破坏;压弯荷载作用下节点的破坏方式分为节点和钢管屈服破坏.