混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式

随着施工工艺的不断改进和业主对可靠度的不同选择,现行耐久性设计方法在灵活性、通用性和可靠度控制精度上越来越表现出其自身的局限性.根据理论和经验相结合的碳化深度模型,选用最新统计数据,考虑保护层厚度,抗压强度以及混凝土结构碳化深度计算模型的不定性系数三个基本随机变量,提出结构关于时间的功能函数.依据设计值法和结构可靠度的基本理论,考虑基本变量的概率特性、结构设计的目标可靠指标以及其设计使用年限对设计结果的直接影响,用基本变量的基准值与分项系数的乘积来表达其设计值,在分项系数中全面反映了目标可靠指标的影响,建立了基于碳化寿命准则的混凝土结构耐久性概率设计表达式.该耐久性设计方法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据表达式可直接确定新材料、新工艺在满足不同可靠指标和设计使用年限的耐久性要求下的保护层厚度和混凝土强度.     

既有结构可靠性评定的设计值法

目前对既有结构可靠性的评定主要采用结构可靠度设计中的校核方法,即以分项系数表达的实用设计表达式.虽然在具体的校核过程中,一般会考虑既有结构实际的材料性能、几何尺寸和所承担的作用,但这种评定方法并不完全适用于既有结构的可靠性评定.借鉴国际标准中设计值法的基本思想,在前期工作的基础上,提出既有结构可靠性评定的设计值法.该方法在可靠性评定中直接考虑了基本变量概率特性、目标可靠指标和后续使用年限变化对评定结果的影响,引用既有结构的作用和性能的最新统计结果,建立可靠性评定方法,允许业主自由选取目标可靠指标和后续使用年限,较现有的结构可靠度设计中的校核方法更具有良好的灵活性和通用性.同时,根据此方法确定了现有规范规定的既有结构构件承载能力的鉴定等级与结构构件可靠指标之间的关系.     

动态可靠度计算中的荷载研究

动态可靠度需考虑荷载随时间的变化,而建筑结构荷载规范(GB50009-2001)中所给的荷载是基于设计基准期得到的固定值.通过计算不同目标基准期内的最大荷载随机变量的统计参数,从而得到不同目标基准期内的荷载标准值.为了利用荷载规范所给的荷载值,将该标准值与设计基准期所对应的标准值进行比较,就得到不同目标基准期内的荷载修正系数,再将荷载规范中的荷载乘以修正系数后,就能得到计算不同目标基准期的可靠度所对应的荷载,从而在动态可靠度的计算中考虑荷载随时间变化的影响.应用该方法,计算了各种荷载在不同目标基准期的荷载标准值修正系数.该方法解决了动态可靠度中的荷载变化问题.     

FRP配筋混凝土结构可靠度设计

从FRP材料性能参数的概率预测到混凝土构件的可靠度分析,回顾了FRP配筋混凝土结构可靠度研究的国内外现状.由回顾可知,目前各个方面的相关研究工作才仍处于起步阶段,许多有关FRP的抗力折减系数和材料强度折减系数大多建立在对混凝土结构设计规范中系数修正的基础上,没有经过严谨的可靠度研究,在工程实践中存在一定的盲目性;有些折减系数过于保守的取值既造成了材料的大量浪费,在某些情况下又不一定能提高构件的可靠度水平;对于脆性材料FRP的引入所带来的潜在危险性的认识还不充分.为了使得研究工作更具有系统性和合理性,研究工作必须在基于概率的设计理论框架中进行,如:建立完整FRP基本力学性能参数统计数据库,分析各种可能失效模式的可靠性,充分考虑多种因素对目标可靠指标取值的影响,发展FRP加固混凝土构件时变可靠度计算方法,研究FRP对加固后体系可靠度的影响以及从可靠度角度控制使用阶段设计,等.     

正常使用极限状态下混凝土结构构件可靠度的分析方法

从适用性和耐久性两方面着手，讨论了五种混凝土结构构件基于正常使用极限状态的可靠度分析方法：横向裂缝宽度、构件挠度、碳化深度、纵向裂缝抗裂度及纵向裂缝宽度。分析结果表明，计算模式不定系数对正常使用极限状态可靠度的影响是最大的；荷载对正常使用极限状态可靠度的影响也较大；由于混凝土材料性能的离散性，混凝土结构构件本身对正常使用可靠度也有较大影响。     

FRP筋混凝土受弯正截面承载力可靠度参数研究

针对典型的ACI 440.1R-03设计指南(后称ACI指南)和ISIS design manual 3设计指南(后称ISIS指南),在已有文献基础上,选取了荷载效应比Ln/Dn、截面宽度b、截面高宽比h/b、有效高度比d/h以及混凝土强度fc′等影响因素对抗弯承载力进行了可靠度评估,考察可靠度指标平均值β随这些影响因素的变化规律.分析结果表明,对于ACI设计指南,无论何种失效模式,在同一种失效模式下,可靠度指标β几乎不受FRP筋类型的影响,强度环境影响系数CE对可靠度指标影响也不大.在混凝土压碎破坏模式下,可靠度指标β随梁宽b、高宽比h/b、有效高度比d/h的增大而增大且趋于稳定,荷载效应比Ln/Dn和混凝土强度fc′是影响可靠度水平最主要的两个因素;在FRP拉断破坏模式下,可靠度指标随各个因素的波动均不大,ISIS指南中CFRP筋拉断破坏模式对应的可靠度水平低于混凝土压碎模式下的可靠度指标.此外,两指南中这些设计条款的可靠度水平均明显偏高,应适当调整抗力折减系数和强度折减系数f.     

不同设计使用年限建筑结构作用的取值

按现行建筑结构设计规范的思想,给出不同设计使用年限建筑的结构重要性系数,来调整结构荷载效应取值。依据现行抗震规范设防水准,给出不同设计使用年限建筑的多遇和罕遇地震动参数,计算建筑结构地震作用取值,为工程设计提供参考。     

FRP筋混凝土梁受弯正截面承载力可靠度评估

将JC法与Monte Carlo随机抽样方法结合,对ACI 440.1R-03技术报告(简称ACI指南)和ISIS设计手册3(简称ISIS指南)中正截面受弯承载力的设计条款进行了可靠度评估.研究表明,对于两指南,混凝土强度和FRP筋特性分别是影响混凝土压碎破坏模式和FRP筋拉断破坏模式下抗力均值及其方差最重要的影响因素.可靠度水平在两种不同破坏模式之间将会发生跳跃,但在各自破坏模式状态下,可靠度水平基本不随FRP筋相对配筋率的变化而变化.对于ACI指南,不同FRP筋对应的可靠度水平相差不大,均偏于保守,而对于ISIS指南,相差悬殊的FRP筋强度折减系数也导致可靠度水平相差较大,CFRP筋拉断破坏模式对应的可靠度指标明显低于混凝土压碎破坏情况,无论何种破坏模式,配置GFRP筋情况下的可靠度水平过高.     

钢制内压容器可靠性安全系数的研究

应用应力-强度干涉模型,分析按中国标准设计的三种结构钢制内压容器初始屈服与爆破强度在压力试验和正常操作时的可靠度系数范围,建立了安全系数、试验压力系数与许用可靠度系数之间的定量关系.基于屈服、爆破和断裂等三种失效准则,从等可靠度观点,确定了四种结构容器在压力试验和正常操作时的许用可靠度,得到基于许用可靠度的安全系数与试验压力系数.     

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     

具有中介状态砌体结构的可靠性分析

实际工程中,结构通常应具有“安全-中介-失效”工作模式,这里的“中介”即为“故障”,是系统(或结构)既不能完全发挥其应有的全部功能,又不是完全不能发挥其全部功能,是一种具有不确定性的中介状态.应用王光远先生所提出的具有“安全-中介-失效”三级工作模式的结构的可靠性分析方法,利用设计基准期50年内结构底部剪力、层剪力(或层弯矩)等的概率分布为极值Ⅱ型的特点,建立了具有中介状态的砌体结构可靠性向量的计算方法.分析一实际的砌体结构,应用此方法求出结构在地震作用下对应的安全概率(可靠度)、中介概率PM和失效概率PF,它们联合起来构成可靠性向量[PR,PM,PF].     

螺杆泵挠性轴疲劳寿命可靠性分析

针对螺杆泵挠性轴在使用中频繁发生断裂这一问题, 用概率分析方法有针对性地给出其安全使用概率与寿命之间的关系。在计算挠性轴疲劳裂纹扩展寿命过程中, 考虑几种主要参数的不确定性因素:初始裂纹长度、工况载荷、断裂韧性、裂纹扩展速率等, 针对随机参数的分布特征, 对其进行模拟实际操作工况抽样, 应用MonteCarlo 数值计算方法计算挠性轴寿命, 得出可靠度随时间变化规律曲线。通过对计算结果的分析, 找出挠性轴设计中存在的问题, 并提出相应改进意见。     

既有桥梁外贴CFRP加固后剩余使用寿命预测

根据时变可靠性理论提出基于承载力可靠性的既有桥梁外贴碳纤维布加固后结构构件的剩余使用寿命预测方法,讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载效应等因素变化对加固后既有桥梁结构构件承载力的影响.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算,并对其剩余使用寿命进行预测.     

Generating function approach to reliability analysis of structural systems

The generating function approach is an important tool for performance assessment in multi-state systems. Aiming at strength reliability analysis of structural systems, generating function approach is introduced and developed. Static reliability models of statically determinate, indeterminate systems and fatigue reliability models are built by constructing special generating functions, which are used to describe probability distributions of strength (resistance), stress (load) and fatigue life, by defining c...     

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。     

概率灵敏度在结构加固决策中的应用

探讨了钢筋混凝土框架结构截面约束的概率重要度及概率灵敏度概念 ,利用失效相关性及结构体系可靠度方面的研究成果 ,给出了钢筋混凝土框架结构中各个截面效应约束分别在弱灾害和强灾害环境下的概率灵敏度与概率重要度的计算方法 ,所得结论可以为在役结构在地震前的预防性维修加固决策及震后结构的维修加固决策提供科学依据 ,从而提高了在役结构加固决策的可靠性 .     

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。     

基于系统可靠度指标的建筑框架结构设计

现行建筑结构设计规范是基于结构构件的可靠度计算,没有很好的考虑结构的系统性,不能准确地反映结构整体的可靠性．为此,本文提出了结构体系抗力调整法．该方法把结构体系可靠性分析和结构体系可靠度调整分2步来完成,根据结构各失效模式的可靠指标和相应的目标可靠指标的比值作为确定抗力调整的主要依据,进行结构各失效模式可靠度的分配和调整,从而以结构体系可靠度指标为参数直接进行建筑结构设计．该方法有效克服了结构设计调整过程中的盲目性,简化了可靠度的计算方法,是一种比较简便实用的结构可靠性设计方法．通过对框架结构体系的可靠性进行分析可以看出,只需要少数主失效模式就能计算出该体系的失效概率,计算结果误差小,能够满足工程设计要求．     

门座式起重机臂架折断故障树分析与对策

针对门座式起重机折臂事故时有发生的问题,以门机折臂事故为顶事件建立故障树,并对其进行定性分析和定量分析,得到故障树各底事件的结构重要度、概率重要度,最后计算出各底事件的临界重要度.结果显示门机臂架折断的主要风险源为焊缝开裂、长期交变载荷以及设计制造缺陷等,提出严禁超载、定期检验以及严格按照设计要求制造等预防门座式起重机臂架折断故障的对策.     

已有抗震结构动态可靠度的评定

本文在文献[1—3]的基础上,提出了已有抗震结构动态可靠度评定方法。动态可靠度亦称服役可靠度,取决于结构当前抗力和未来继续服役期间所遇荷载两个方面。前者可据结构实测、试验和计算等技术手段结合专家经验,采用具有耦联因素向量的模糊综合评判得到;而后者则依据地震危险性分析进行估计。最后,据模糊概率论得到结构于不同安全域的动态可靠度值。本文虽是有关同题的初步研究成果,但却是一个重要的进展,它将在进一步开展结构维修决策中起重要作用。