随机性验证荷载对既有建筑结构构件可靠度的影响分析

对既有建筑结构构件进行安全性评定时,容易推断其在已服役时间内的随机性验证荷载。以混凝土受弯、大偏压和轴压三类构件为例,研究了随机性验证荷载作用下结构构件可靠指标的时变规律。不考虑抗力退化时构件可靠指标和失效概率的时变规律分析表明：①经5年左右的验证荷载作用后,构件的失效概率均趋于与服役时间成正比;既有结构评定时的构件失效概率回复至零,且失效概率增长速率基本与原设计构件相同;②评定时的已服役时间越长、评估使用年限越短、永久荷载占比越大,验证荷载引起的构件可靠指标基本增量越大,而三类构件之间的可靠指标基本增量差异不大;③验证荷载引起的可靠指标综合增量由可靠指标基本增量和评估使用年限缩短引起的可靠指标增量构成,且后者大于前者;④评估使用年限不超过5年和已服役时间的一半时,验证荷载的有利作用较显著,采用基于良好结构状态的评定方法评定既有结构构件的安全性时应限定评估使用年限和已服役时间。完整的结构构件时变可靠指标分析应同时考虑抗力退化、验证荷载作用以及评估使用年限缩短的影响,验证荷载作用及评估使用年限缩短可抵消部分因抗力退化引起的可靠指标降低。     

混凝土结构长期性能的若干基本问题探讨

混凝土结构在建造以及服役过程中不可避免地产生损伤积累、抗力衰减和性能退化。混凝土结构的长期性能是指结构在长期的荷载与环境耦合作用下,随时间推进表现出的具有时变性的功能或特性。结构长期性能反映了结构性能随时间的变化,是结构的综合性能。考虑了在环境侵蚀作用、反复作用、持续作用下混凝土结构的时变累积效应,总结了混凝土结构长期性能在服役全过程中的劣化规律,明确了在环境侵蚀作用、反复作用、持续作用下结构长期性能劣化的各极限状态准则,并基于结构设计现状总结了结构长期性能的分项系数设计法和全概率设计法的设计思路。     

施工期钢筋混凝土结构的安全分析与安全指标

施工期钢筋混凝土结构的安全问题越来越受到关注。钢筋混凝土结构施工过程中的安全分析 ,应建立在准确把握时变结构的荷载、荷载效应和抗力以及合理计算安全指标的基础之上。本文结合调查统计 ,研究和讨论了钢筋混凝土结构在施工过程中抗力、荷载及荷载效应的特征和概率模型 ,基于建筑结构可靠性理论进行安全分析 ,建立了考虑荷载重新分配的施工期结构安全指标的计算方法。通过对一批案例的分析和计算 ,讨论了结构设计因素、施工周期、施工活荷载以及支模层数等对安全指标的影响。本文的结论和提出的方法可以用于钢筋混凝土结构施工过程的安全控制、施工方案的比选、优化和决策。     

基于100年设计使用年限的玻璃纤维增强塑料管管道结构设计研究

玻璃纤维增强塑料管具有优良的水力特性及耐腐蚀性能,可在城市深隧等重大工程结构中使用。这类重大工程的设计使用年限一般为100年,而现行玻璃纤维增强塑料管管道结构设计规范的设计使用年限通常只有50年,缺少基于更长设计使用年限的设计方法在一定程度上限制了玻璃纤维增强塑料管的进一步应用。本文结合结构设计的作用、抗力和结构设计方法三部分内容,指出了不同设计使用年限对玻璃纤维增强塑料管管道结构设计的影响;然后根据其性能特点,重点对其在100年设计使用年限下的抗力进行了分析,确定了两个抗力调整系数,在此基础上建立了基于100年设计使用年限的结构设计的具体方法,并与基于50年设计使用年限的设计结果进行了比较。结果表明,基于100年设计使用年限进行设计时,玻璃纤维增强塑料管的刚度等级不变,但压力等级将提高30%左右。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法

基于时变可靠性分析,采用荷载与抗力分项系数,提出了海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法。首先,基于混凝土中Cl~-传输模型确定了钢筋初始锈蚀时刻;其次,考虑钢筋锈蚀不均匀性对横截面积分布以及钢筋力学性能的影响,计算了锈蚀梁在预期服役寿命内的时变可靠指标;再次,对结构设计的初始目标可靠指标进行调整,从而保证结构在预期服役寿命内的最低可靠指标仍满足现行规范要求。在极限状态设计表达式基础上,通过可靠性分析计算了不同目标可靠指标调整值以及预期服役寿命要求下钢筋混凝土结构各构件梁荷载和抗力(受弯承载力)分项系数。最后通过钢筋混凝土梁的设计算例说明本文方法的有效性。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法

基于时变可靠性分析,采用荷载与抗力分项系数,提出了海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法。首先,基于混凝土中Cl-传输模型确定了钢筋初始锈蚀时刻;其次,考虑钢筋锈蚀不均匀性对横截面积分布以及钢筋力学性能的影响,计算了锈蚀梁在预期服役寿命内的时变可靠指标;再次,对结构设计的初始目标可靠指标进行调整,从而保证结构在预期服役寿命内的最低可靠指标仍满足现行规范要求。在极限状态设计表达式基础上,通过可靠性分析计算了不同目标可靠指标调整值以及预期服役寿命要求下钢筋混凝土结构各构件梁荷载和抗力(受弯承载力)分项系数。最后通过钢筋混凝土梁的设计算例说明本文方法的有效性。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法

基于时变可靠性分析,采用荷载与抗力分项系数,提出了海洋大气环境下钢筋混凝土梁可预期寿命设计方法。首先,基于混凝土中Cl-传输模型确定了钢筋初始锈蚀时刻;其次,考虑钢筋锈蚀不均匀性对横截面积分布以及钢筋力学性能的影响,计算了锈蚀梁在预期服役寿命内的时变可靠指标;再次,对结构设计的初始目标可靠指标进行调整,从而保证结构在预期服役寿命内的最低可靠指标仍满足现行规范要求。在极限状态设计表达式基础上,通过可靠性分析计算了不同目标可靠指标调整值以及预期服役寿命要求下钢筋混凝土结构各构件梁荷载和抗力(受弯承载力)分项系数。最后通过钢筋混凝土梁的设计算例说明本文方法的有效性。     

建筑结构可靠度性相关问题探讨

针对现行的建筑结构设计可靠性问题进行分析探讨,建议把设计使用年限与结构安全等级一一对应,明确不同设计使用年限建筑结构的可靠度;建议现行建筑结构可靠度计算方法采用新的变量考虑设计和施工质量的影响;建议采用中震设计方法,荷载效应采用标准值,采用材料标准值计算构件承载力,让设计人员更加直观准确把握抗震结构的可靠度。     

基于评估使用年限的既有结构可靠度评定实用方法

在分析国内外关于考虑抗力和荷载效应时变性的结构可靠度研究成果的基础上,提出了既有结构基于评估使用年限的可靠度评定实用方法。分析表明,不考虑设计使用年限内的抗力退化时,结构累积失效概率与服役年数成正比。结构抗力随机过程模型采用服役起始点随机变量乘以一个确定的抗力衰减函数表示,则结构抗力随机过程可退化为随机变量。同时考虑结构在评估使用年限内的抗力退化和评估使用年限缩短引起的抗力需求调整,建立了既有结构基于评估使用年限的累积失效概率和可靠指标条件方程。为便于工程应用,用抗力平均退化系数和抗力需求折减系数表示可靠指标的动态变化,建立了既有结构评估的抗力-需求比实用表达式,并提出了不同评估使用年限下的抗力需求折减系数建议值。     

界限为随机过程的工程结构时变动力可靠度

基于结构时变抗力的统计特性 ,提出了考虑时变抗力瞬变衰减的一个随机过程界限 ,并推导了基于这种随机过程界限的时变动力可靠性计算基本公式 ;给出了非平稳过程线性组合的首次超越动力可靠度的一个有效数值计算方法。算例的结果表明 ,考虑时变抗力瞬变衰减时 ,动力可靠性随动荷载的持续时间迅速下降     

高层建筑抗震技术的发展概况

介绍了高层建筑钢筋混凝土结构可以采用的各类结构体系，提出了对抗震有利的平立面及结构布置要求，归纳了高层建筑抗震设计的原则，展望了其抗震技术的发展前景。     

结构全寿命的耐久性与安全性、适用性的关系

在结构可靠度分析和设计中,尚未考虑耐久性对结构安全性和适用性的影响,缺乏相应的耐久性失效准则,对耐久性概念的认识还存在一定的分歧,针对上述存在的问题,从结构全寿命的角度出发,分析了安全性、适用性和耐久性三者的基本概念,明确了三者的基本内涵。通过分析影响结构抗力变化的各种因素,结构性能随时间变化的过程,指出在结构全寿命期内,不同的耐久性水平对结构安全性和适用性将产生不同的影响,三者之间是相互制约、相互影响的交叉关系,重新定义了结构的耐久性。提出了基于性能设计的耐久性极限状态设计新理念,同时指出性能极限状态设计可根据不同的耐久性要求,定义不同的耐久性极限状态,对同一结构构件,若采用不同的性能极限状态,结构的失效概率或使用寿命会有较大的差别。     

国际标准和欧洲规范中抗力设计值推断方法评述与改进

区间估计法和贝叶斯估计法是国际标准ISO 2394:1998中根据试验结果推断抗力设计值的重要方法，但两者的推断结果并不一致，会导致设计人员在选用推断方法时产生疑虑。欧洲规范EN 1990:2002中仅选用了其中的贝叶斯估计法，但与一般的贝叶斯估计法不同，它未设置统计推断的置信水平，无法明确判定推断结果的信任程度。另外，对于抗力服从正态分布的情况，两个标准均未提供变异系数已知条件下抗力设计值的推断方法，难以更好地满足实际推断的需要。为解决这些问题，针对抗力服从正态分布和对数正态分布的情况，利用考虑可信水平的贝叶斯估计法提出新的抗力设计值的推断方法，该方法直接以未知参数的联合后验分布为依据，与推断依据有着更直接的联系，其推断公式和结果与区间估计法的完全一致；通过对比分析，揭示了国际标准ISO 2394:1998中贝叶斯估计法与区间估计法不一致的原因；同时，利用区间估计法提出了变异系数已知时抗力设计值的推断方法。新方法明确判定推断结果的信任程度，并可更好地满足实际推断的需要。     

快凝无机胶植筋锚固性能试验

基于目前有机胶普遍存在的弹性模量低、易老化、耐热性能差等问题,研制出一种高强快凝的新型无机胶。对该无机胶在水平面及竖直面混凝土基材上的植筋进行了拉拔试验,通过对比不同工况下的试验结果,探究了钢筋直径、混凝土强度、锚固深度以及植筋角度等因素对植筋锚固性能的影响。基于试验现象归纳了几种典型的破坏模式,并根据试验数据绘制了2种典型破坏模式的荷载 位移曲线,分析了植筋锚固的受力机理;从结构安全性和工程经济性角度出发,通过理论推导得出了锚固深度的近似计算公式,提出了一种简单而实用的植筋设计方法,将该方法应用于试验,并将得出的试验值与计算值进行了对比。结果表明:根据均匀剪切模型,28 d植筋试件的平均黏结强度可达19.65 MPa,甚至更高,超过《混凝土结构化学植筋技术规程》中A级胶所要求的黏结强度(11 MPa);所提出的植筋设计方法适用于各种不同工况,其锚固深度理论计算值和试验值吻合较好,可应用于今后的植筋设计中。     

基于位移模式的改进能力谱法结构位移反应分析

能力谱法是基于性能抗震设计方法中结构位移反应分析的有效方法之一。为了克服常规的能力谱法在评估结构地震反应时只考虑结构第一振型的局限性,本文作者提出了基于位移模式的改进能力谱法,引入考虑多振型的位移模式,介绍了该方法的实施步骤,基于位移模式对结构进行Pushover分析得到体系的能力曲线,采用等效阻尼比和延性系数得到需求谱,从而计算结构的位移响应,并通过算例验证本文所提出方法计算结果的可靠性。     

基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法的空间结构优化方法

为弥补传统设计理念和优化方法的不足,促进空间结构的发展与创新,结合前沿优化理论,依据模拟植物生长算法(PGSA)的基本原理,提出基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法(GSL&PS-PGSA),并与空间结构优化相结合,建立了基于GSL&PS-PGSA的空间结构优化方法。给出了相应的结构优化流程,并采用MATLAB及ANSYS二次开发语言APDL编制了优化程序。通过单层球面网壳截面优化和弦支穹顶预应力优化的典型空间结构算例分析,结果表明：所提出的GSL&PS-PGSA为算法提供了有效的终止机制,且具有高效的计算效率及全局搜索能力;与遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、ANSYS自带优化方法以及其他改进PGSA算法等相比,GSL&PS-PGSA的优化效果更为显著且具有明显优势;所建立的基于GSL&PS-PGSA的空间结构优化方法,可适用于各类传统和新型空间结构体系的优化问题。     

超高层建筑黏滞阻尼器及屈曲约束支撑混合减振结构系统集成优化设计

总结分析了黏滞阻尼器(VD)与屈曲约束支撑(BRB)的基本性能,提出了附加阻尼虚拟VD模型,基于该模型发展了一种VD优先布置顺序分析方法,进而提出了基于附加阻尼虚拟VD模型的黏滞阻尼系统优化设计方法。对BRB各种应力状态进行了详细分析,提出了基于支撑应力水平分析的BRB布置方法;将两种减振装备混合布置在结构中,提出了一种实用的混合减振系统设计方法。结合一10层平面框架算例,对所提方法的准确性进行验证。最后以某超高层结构工程为例,针对不同期望阻尼比对结构进行混合减振集成优化设计,并对设计结果进行对比分析。研究结果表明, VD可以有效增大结构阻尼,降低结构地震响应,BRB用于替换应力较大支撑,可缩小支撑截面尺寸,降低结构成本。因此,混合减振结构具有高效的减振性能和良好的经济性,有较大的工程应用价值。     

某核电站出水口结构抗震设计分析

核电站靠海水库修建的出水口构筑物,其结构尺寸受场地限制且需同时考虑地震及高潮位影响,抗震设防要求高,可供采取的措施有限,因此需对结构的形式、尺寸进行特别的考虑,充分挖掘现有结构的抗震潜力。本文结合实际工程,在满足结构尺寸要求的条件下对结构进行抗震设计分析,通过工程实施的验证,得到的结果完全能满足结构功能要求,并可对类似工程的设计与施工提出指导。     

新型商业综合体结构设计与分析

南昌万达茂具有多业态组合、体型复杂、内部空旷等特点,其结构体系选用框架结构,大空间及入口区域采用钢结构。针对超长结构问题,结合建筑功能灵活设缝,减小结构单体长度,并给出设计及施工过程的关键措施。对室内步行街中庭人行天桥进行有限元优化,满足结构安全、结构舒适度及最佳视觉效果。为确保入口大跨悬挑钢桁架结构安全,从构造措施、施工控制及卸载监测等方面给出有效解决方案。对海洋乐园观赏池结构进行有限元分析,关键受力部位采用加强配筋或采用型钢混凝土构件,并给出了池体及钢结构耐腐蚀性措施。电影乐园骑乘设备支座结构建议控制好前期设计、施工工艺及检测校正等关键步骤,以满足设备安装精度要求。