基于简化四阶矩法的各种截面钢管混凝土轴压承载力可靠度分析

该文采用新点估计法和简化四阶矩法对丁发兴提出的钢管混凝土轴压承载力公式进行可靠度分析,该公式考虑了不同截面钢管形状约束系数,且探讨了不同截面形状、混凝土等级、钢材强度等级、两种荷载组合以及不同荷载比对可靠指标的影响。分析结果表明,不同截面形状的钢管混凝土轴压承载力公式的可靠指标均高于3.7,满足目标可靠指标3.2的要求;当办公室活恒载比为1.0时,混凝土强度越高时,可靠指标越大。     

钢筋混凝土剪扭构件承载力可靠度分析

对GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“规范”)剪扭构件承载力计算公式以及黄靓建议的公式进行了可靠度对比分析。结果表明,对于安全等级为二级的剪扭构件,当发生脆性的剪型破坏时,规范公式的受剪可靠指标和受扭可靠指标均值分别为3.23 和3.25,不能满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》(以下简称《统一标准》)3.7 的要求;当发生延性的扭型破坏时,规范公式的受剪可靠指标和受扭可靠指标分别为4.02 和2.88,亦不能满足3.2 的可靠指标要求;随着扭剪比的变化,规范公式的可靠指标变化幅度较大,受扭和受剪可靠指标之间相差较大,出现不平衡现象。黄靓建议的公式的可靠指标比规范公式高,对于两种破坏类型,可靠指标都在3.6 附近,并克服了规范公式可靠指标不平衡的缺点,但对于剪型破坏亦不满足《统一标准》3.7 的可靠指标要求。对此,该文把黄靓等人的直线模型再次缩进,提出钢筋混凝土剪扭构件修正公式并作了可靠度分析,结果表明该文修正公式的可靠指标均值在3.75 附近,能满足《统一标准》的要求。     

对钢筋混凝土弯扭构件承载力计算公式的修正

GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“规范”)分别按纯弯和纯扭进行弯扭构件承载力计算。基于国内外大量试验数据的分析表明,该设计计算方法与试验结论相矛盾,未能正确反映构件的受力状态,使得计算值与试验数据拟合较差且偏于不安全,可靠指标偏低,不能满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》(以下简称《统一标准》)的要求,配筋需要较大幅度地提高。通过对现有试验数据的分析,给出了基于1/4圆弧模型的建议修正公式和其相应的计算方法,该公式考虑了构件的整体受力相关性,具有明确的物理意义,配筋能返回公式验算。分析结果表明:该文建议的修正公式比规范公式的计算模式准确,可靠指标满足《统一标准》的要求。     

中美混凝土结构设计规范剪扭构件承载力的对比分析

为研究GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“我国规范”)剪扭构件的安全度水准及有关设计方法的合理性,对比分析了我国规范和ACI 318-08(以下简称“美国规范”)剪扭构件的承载力计算方法和结果,并进行了可靠度比较。结果表明,我国规范在考虑混凝土部分相关性时,用“三折线”简化模型将混凝土部分提供的抗扭和抗剪承载力相关曲线外扩,使得混凝土部分的计算承载力被高估,设计安全度偏小。美国规范对于混凝土部分剪扭相关性考虑得较为保守,使得混凝土部分设计偏于安全。美国规范配筋量比我国规范大,配筋基本满足1/4 圆弧相关性模型的承载力要求;而我国规范计算所得的钢筋不能满足1/4 圆弧相关性模型的承载力要求,设计安全度比美国规范小。美国规范的可靠指标比我国规范高,我国规范可靠指标不能满足GB 50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。     

基于可靠度指标的空心钢管混凝土轴心受压构件设计

考虑了空心钢管混凝土构件中钢与混凝土的共同工作性能,得到空心构件轴心受压的组合强度公式。同时按照构件中钢管和混凝土分别承担承载力的比例来求得空心钢管混凝土构件的组合可靠度指标,并基于试验,确定了空心钢管混凝土轴心受压构件的组合可靠度指标以及强度折减系数。     

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。     

弯剪共同作用下钢筋混凝土梁承载力计算方法的研究

国内外大量实验现象表明,钢筋混凝土梁在受到弯矩和剪力共同作用的情况下,其抗弯承载力和抗剪承载力具有相关性。GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“规范”)关于梁的设计方法并未考虑两者的相关性。分析表明:在弯剪共同作用下,按《规范》设计的钢筋混凝土梁的可靠指标不能满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。通过对现有试验数据进行分析,该文提出了基于四分之一圆弧模型的建议修正公式和相应的计算方法。修正公式能很好的体现梁抗弯承载力和抗剪承载力之间的相关性,具有明确的物理意义。对修正公式和《规范》公式进行配筋计算和可靠度分析,结果表明:考虑弯剪相关性的修正公式相比《规范》公式,计算模式准确,可靠指标接近《统一标准》的要求。     

钢管混凝土轴压构件耗能计算及单位体积耗能公式建立

提出了计算钢管混凝土轴压构件材料阻尼的新方法,根据Lazan材料阻尼与应力关系的理论研究,计算弹性阶段钢管混凝土构件在轴向重复荷载下的滞回曲线包围面积,得到钢管混凝土材料单位体积损耗能量。结果表明,单位体积损耗能量随最大应力幅值的提高而增大,且随混凝土强度和截面含钢率增大而减小。通过SPSS统计分析软件回归建立了钢管混凝土构件在轴向重复荷载下材料单位体积耗能与最大应力幅值、混凝土强度和截面含钢率的关系式。为进一步准确分析钢管混凝土结构动力性能及进行钢管混凝土结构的抗震分析打下了基础。     

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验，研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力。结果表明，在本次试验参数范围内，火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重。在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上，本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线，理论计算结果得到试验结果的验证。在分析了各参数，如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上，本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法。     

内配工字型钢的矩形钢管混凝土双向偏压构件参数分析

为研究内配工字型钢的矩形钢管混凝土在双向偏压作用下各参数对承载力的影响,在合理选取材料本构关系和边界条件的基础上,利用ABAQUS有限元软件建立了内配工字型钢的钢管混凝土双向偏压构件的数值分析模型,并与已有相关试验数据进行对比验证。对典型构件进行了承载力与跨中挠度分配曲线的计算,最后对荷载偏心角、荷载偏心率、钢管材料强度、型钢材料强度、混凝土材料强度、长宽比等主要影响因素进行了参数分析。研究表明:随着钢管含钢率、型钢含钢率、混凝土强度、钢管强度的提高,承载力显著提高;随着偏心率、偏心角、高宽比、长宽比的增加,构件承载力的反而降低,工字型钢的材料强度对其影响不大。     

在役钢结构吊车梁剩余疲劳寿命的可靠寿命评估

从Miner累积损伤的定义出发,视累积损伤为随机过程,临界损伤为随机变量,基于疲劳动态可靠性理论,提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估方法。之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中安全期限寿命评估方法进行了分析比较,说明了安全寿命评估方法的概率意义。最后通过算例分析结果表明,提出的可靠寿命评估方法更加合理。     

钢梁腹板弹塑性屈曲强度的试验研究

对工字钢梁腹板在弯曲应力作用下的弹塑性屈曲承载能力进行了试验研究,并与理论计算结果进行了对比分析,同时,研究了纵向加劲肋对腹板屈曲系数的影响。提出了腹板高厚比的合理取值,对现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)的有关条款进行了讨论。     

超500 MPa级高强钢承压型螺栓连接承载力试验研究

高强度螺栓承压型连接的承载力来源于钢板与螺栓的接触行为,承载力的发展伴随着螺栓孔周围材料的应力集中和塑性变形。普通钢延性好,可以克服螺栓孔周围应力集中的不利影响,充分发展承压承载力。随着强度增高,钢材的延性降低、变形能力下降,应力集中的不利影响将更突出。因此,需对高强钢构件的承压型连接进行研究。该文以Q550D、Q690D和Q890D三种国产高强钢共制作50组单螺栓试件,其中24组双剪切面试件、16组单剪切面试件,6组孔径变化试件,并与4组Q345B单螺栓试件进行了对比。研究表明:高强钢仍具备足够的延性,能克服应力集中的不利影响,连接破坏模式与普通钢无明显差异;剪切面数和螺栓孔径对不同高强钢承压强度影响较小,但单剪切面的试件更容易出现螺栓剪断,降低连接的延性,限制承压承载力的利用。基于已有试验的结果与中国现行标准《钢结构设计规范》比较,发现螺栓连接的钢板承压强度设计取值偏保守,对于超500 MPa高强钢可适当提高其设计值,以充分利用高强度钢材的材料强度,合理减少螺栓数量。     

锈蚀对核安全壳结构钢衬里撕裂的影响

为研究锈蚀对核安全壳结构钢衬里撕裂的影响,该文对36个不同锈蚀率的钢衬里板进行了单轴拉伸试验,分析了锈蚀钢衬里板的力学性能退化机理和退化规律;建立了锈蚀钢衬里板的本构模型;根据试验结果,提出了考虑不同锈蚀率的钢衬里撕裂准则和锈蚀模拟方法;通过数值模拟,分析了锈蚀对安全壳钢衬里撕裂的影响;最后对比了该文模拟方法与美国核管理委员会(NRC)方法的差异,并给出了NRC方法中锈蚀影响系数的取值建议。结果表明：随锈蚀率增大,钢衬里板的弹性模量变化不大,但其屈服强度、峰值强度、峰值应变和断裂应变大致呈线性退化规律;该文建立的锈蚀钢衬里板的本构模型与试验结果吻合良好;随锈蚀率增大,安全壳钢衬里发生撕裂时的内压逐渐降低,且当锈蚀率为50%时,内压降低29.06%;与NRC方法相比,该文方法能直观反映不同锈蚀率对钢衬里的影响,更能接近实际锈蚀情况;对于NRC所建议的锈蚀影响系数,锈蚀率小于20%时,可取上限值,锈蚀率为20%～40%时,建议取最佳估值,而锈蚀率超过40%后,应当取下限值。该文研究工作可为安全壳钢衬里锈蚀后的性能评估提供借鉴和参考。     

非轴对称下隧道锚网喷支护结构的可靠度分析

以圆形隧洞围岩的弹塑性解析解为基础,建立非轴对称情况下锚网喷支护结构的可靠度分析模型。考虑功能函数的高度非线性,采用Monte-Carlo法和Rosenblueth法计算可靠度指标。计算结果表明:锚网喷支护结构的可靠性是围岩、锚杆、钢筋网和喷层共同作用的结果,其可靠指标随围岩地应力、粘聚力、内摩擦角、喷层厚度、喷层混凝土抗压强度、锚杆抗拉强度和锚固力的变异系数的增加而降低。可靠指标随侧压系数的增加而增加,随地应力的增加而迅速降低。     

可靠性理论在建筑爆破拆除抑尘分析中的应用

在对广州市旧体育馆爆破拆除的抑尘系统进行可靠性评价时,应用了可靠性理论。本文简介了该工程抑尘系统的构成,概述了该系统故障树的构建。通过计算,得出了基本事件的重要度次序。同时,分析了理论结果与实际结果不同的原因。文章认为,运用可靠性理论有助于决策者全面了解抑尘系统的情况和找出主要矛盾,减少系统失效的可能性。     

An engineering method for reliability analyses of mechanical structures for long fatigue lives

Reliability analyses of mechanical structures designed for long fatigue lives require: some information on the probability distribution of material fatigue strength at long fatigue lives. In order to address this need, three-parameter P-S-N curves are adopted to represent the results of fatigue tests based on the conventional method. The parameters of the P-S-N curves are estimated by using the least squares fitting method and maximizing the correlation coefficient. The three-parameter P-S-N curves obtained are then used to estimate the fatigue strengths for different survival probabilities at an arbitrarily long fatigue life. These fatigue strengths are used to define the probability distribution of fatigue strength at the long fatigue life when a normal. distribution is used to approximate the probability distribution of fatigue strength. The method is illustrated by analyzing the results of fatigue tests of steel #45 (Chinese steel) notched specimens subject to axial loads with a stress concentration factor k_t = 2·0. Then, the method is applied to the fatigue reliability analysis of the runner of a hydraulic turbine. It is shown here that the reliability at long lifetimes can be easily estimated by the proposed engineering method and the conventional method may give a non-conservative design at long fatigue lives due to the assumption of bi-linear P-S-N curves.     

基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法

空间变异边坡可靠度计算需要进行多次重复性边坡稳定性分析,常用的边坡稳定性分析极限平衡方法（LEM）计算效率较高而有限元方法（FEM）可捕捉真实的边坡失效机制,边坡可靠度评价中如能充分利用这两者的优势将具有重要的工程价值。该文在发展考虑参数空间变异性边坡可靠度分析的一阶可靠度方法（FORM）基础上,提出基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法,引入一修正系数将基于LEM的简化极限状态面逐渐修正为基于FEM的准确极限状态面,最后基于修正系数和LEM安全系数计算公式采用线抽样法计算边坡失效概率。通过一个考虑参数空间变异性的摩擦/粘性土坡算例验证提出方法的有效性,并探讨土体参数空间变异性和黏聚力与内摩擦角之间互相关性对边坡可靠度的影响。结果表明:提出方法的边坡可靠度计算精度与基于FEM子集模拟方法一致,但是计算效率远远大于后者,尤其对于低概率水平边坡可靠度问题,从而为解决考虑土体参数空间变异性的低概率水平边坡可靠度问题提供一条新的途径。