基于概率密度演化的锈蚀混凝土梁时变可靠性分析

建立了锈蚀钢筋混凝土梁的极限状态函数,其中引入了锈蚀不均匀系数考虑钢筋锈蚀不均匀性和随机性。根据概率守恒原理引出锈蚀钢筋混凝土梁极限状态函数的广义概率密度演化方程,并介绍了其TVD(total variation diminishing)差分格式的有限差分方法。运用“吸收边界条件”提出了基于概率密度演化理论的锈蚀钢筋混凝土梁时变可靠度计算方法。以三个锈蚀钢筋混凝土梁为例,展示广义概率密度演化方程以及时变可靠度的计算结果。通过100万次Monte Carlo模拟方法以及2范数误差指标考察了概率密度演化及时变可靠度计算结果的精准度。二阶矩信息和可靠度的对比结果显示:概率密度演化法能够以较小的计算代价,较为精确地捕捉锈蚀钢筋混凝土梁在服役期间的概率密度演化信息,较为准确地预测其时变可靠度。     

基于概率密度演化的锈蚀混凝土梁时变可靠性分析

建立了锈蚀钢筋混凝土梁的极限状态函数,其中引入了锈蚀不均匀系数考虑钢筋锈蚀不均匀性和随机性。根据概率守恒原理引出锈蚀钢筋混凝土梁极限状态函数的广义概率密度演化方程,并介绍了其TVD(total variation diminishing)差分格式的有限差分方法。运用“吸收边界条件”提出了基于概率密度演化理论的锈蚀钢筋混凝土梁时变可靠度计算方法。以三个锈蚀钢筋混凝土梁为例,展示广义概率密度演化方程以及时变可靠度的计算结果。通过100万次Monte Carlo模拟方法以及2范数误差指标考察了概率密度演化及时变可靠度计算结果的精准度。二阶矩信息和可靠度的对比结果显示:概率密度演化法能够以较小的计算代价,较为精确地捕捉锈蚀钢筋混凝土梁在服役期间的概率密度演化信息,较为准确地预测其时变可靠度。     

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。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁受弯时变可靠度分析

通过引入应力水平影响系数,建立考虑荷载影响的钢筋锈蚀速率时变模型。采用随机分析方法研究锈坑空间分布变异性对锈蚀钢筋混凝土梁可靠度的影响。通过把梁离散为许多小尺寸单元,将整个构件的失效概率转化为一系列单元的串联体系失效概率,采用蒙特卡罗法计算海洋大气环境下钢筋混凝土梁受弯时变可靠度。计算结果表明:对锈蚀钢筋混凝土梁进行时变可靠度分析时,考虑锈坑的空间变异性及荷载对结构劣化的影响十分必要。     

基于Gamma随机过程的水工钢闸门时变可靠度方法

钢板锈蚀是引起水工钢闸门结构的抗力和刚度退化的主要因素,在水工钢闸门可靠度评估或剩余寿命的评估中,应考虑其不利影响。今结合Gamma随机退化过程的特点,提出了一种考虑抗力退化过程的水工钢闸门结构时变可靠度计算方法。首先根据钢板锈蚀的基本特征采用Gamma随机过程对钢板锈蚀量随时间演化的过程进行了模拟,同时给出了Gamma随机过程参数估计方法和顺序采样方法。然后根据钢闸门抗力的特点确定了衰减函数的表达式并采用Monte-Carlo法计算了不同服役过程中钢闸门时变可靠度变化过程。最后针对具体数值算例讨论了锈蚀速率、初始钢板厚度以及衰减函数形式对时变可靠度的影响。     

环境作用下侧面内嵌碳纤维增强复材加固混凝土梁抗剪可靠度分析

为了评估环境作用对侧面内嵌碳纤维增强复材(CFRP)加固钢筋混凝土梁抗剪可靠度的影响,在考虑环境作用的情况下建立了加固梁极限状态抗剪承载力功能函数时变模型;基于当量正态化法(JC法)计算不同恒载标准值与活载标准值比值下混凝土梁加固前后的时变抗剪可靠度,继而评估加固梁的服役年限。结果表明:混凝土梁抗剪可靠度随服役时间在早期呈现缓慢下降,而后期呈线性快速下降的趋势;加固梁相比未加固梁,可靠度有一定程度的提高。抗剪梁在达到80%的服役基准期之后,采用侧面内嵌CFRP技术进行加固,可以延长梁体的抗剪服役寿命,约为服役基准期的8%。     

三面受火钢筋混凝土梁温度场非线性分析

根据三面受火钢筋混凝土梁离散体积单元的能量守恒原理，建立了有限差分平衡方程，在合理确定混凝土热工参数基础上，采用增大混凝土质量热容的方法，考虑混凝土中自由水与结合水的物理化学反应对混凝土温度场的影响。通过编制三面受火钢筋混凝土梁截面温度场非线性有限差分程序，并结合火灾情况下钢筋混凝土梁温度场的试验结果，合理地确定了混凝土质量热容放大系数和混凝土表面换热系数的计算式。结果表明：三面受火钢筋混凝土梁温度场的计算结果与试验结果符合较好，为进一步研究火灾情况下钢筋混凝土梁力学性能和耐火极限提供了条件。     

钢筋混凝土框架结构体系可靠度分析

结构体系可靠度是一个40年来尚没有得到很好解决的问题,即使对于理想弹塑性体系,经典的结构体系可靠度分析也往往会遭遇两个难以克服的困难:相关失效与组合爆炸。近年来,基于概率守恒原理的随机事件描述,提出了广义密度演化方程,从而将确定性系统和随机系统分析纳入到统一的理论框架之中。基于这一进展,结合结构非线性全过程分析的位移控制算法,本文推导了结构静力非线性发展过程的概率密度演化方程。采用纤维梁柱单元进行结构非线性分析,研究钢筋混凝土框架结构的体系可靠度,并与Monte Carlo法进行对比分析。研究结果证明了概率密度演化理论对结构体系可靠度分析的适用性。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

针对目前锈蚀钢筋混凝土构件的研究仅考虑钢筋锈蚀程度的影响,而忽略了在相同锈蚀程度下构件其他参数对承载力退化的影响,导致现有计算模型参数相差较大的问题,对现有锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法进行了对比分析。基于无粘结钢筋混凝土梁的研究成果,分析钢筋锈蚀程度、截面配筋率对锈蚀损伤构件的承载力退化产生的影响,综合考虑锈蚀构件截面配筋指标以反映不同构件参数对其产生的影响及无粘结梁钢筋强度利用系数的计算公式,建立了一般锈蚀钢筋混凝土梁受拉钢筋强度利用系数的计算公式。经试验验证,数据吻合很好,其结果有益于完善和发展锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算方法。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯强度的试验研究

通过电化学腐蚀的方法进行了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯强度的试验研究。根据试验数据 ,拟合出了钢筋锈蚀率对钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土协同工作系数的影响公式。还给出了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯强度的表达式及其简化式。其结果有益于完善和发展锈蚀钢筋混凝土梁的计算方法。     

锈蚀钢筋混凝土梁承载能力分析的变角桁架模型

为了研究侵蚀环境下锈蚀钢筋混凝土梁在长期荷载作用下的承载能力，以荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁为研究对象，分析了钢筋锈蚀对混凝土梁黏结强度的影响，基于拉-压杆模型和标准桁架模型分别对锈蚀梁进行了承载力计算，进一步采用考虑钢筋锈蚀影响的修正变角桁架模型计算锈蚀钢筋混凝土梁的承载力，并通过49组锈蚀混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。结果表明：锈蚀钢筋混凝土梁承载力的试验值与变角桁架模型理论计算值之比的平均值为0.990，方差为0.071，二者吻合较好。采用变角桁架模型可精确计算锈蚀钢筋混凝土梁的承载力并预测其破坏模式，建议模型可用于锈蚀钢筋混凝土梁承载能力分析研究。     

锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式及承载力简化计算方法

为快速准确评估受拉纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁正截面受弯承载力的影响,采用解析方法计算受弯破坏时锈蚀钢筋混凝土梁正截面应力和应变分布,识别并定义锈蚀钢筋混凝土梁的3个界限锈蚀率和6种正截面受弯破坏模式,提出预判破坏模式再计算承载力的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力简化计算方法。采用该简化方法,计算相关文献中235根锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯承载力,并与试验结果对比,验证该简化方法的准确性。通过两个算例,分别研究初始超筋梁和初始适筋梁的正截面受弯破坏模式及承载力随受拉纵筋锈蚀率的变化规律。研究结果表明：随着受拉纵筋锈蚀率的增大,初始超筋钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式按照从“类似超筋”、“类似适筋”、“类似超筋”到“类似少筋”依次转变;初始适筋钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式按照从“类似适筋”、“类似超筋”到“类似少筋”依次转变;钢筋混凝土梁正截面受弯承载力近似呈多段线性降低,最终退化为素混凝土梁的开裂弯矩,转折点位置为界限及临界锈蚀率。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

通过锈蚀混凝土梁采用碳纤维增强材料(简称CFRP)加固前后的抗弯承载力试验,分析了二次受力、锈蚀两因素对钢筋混凝土梁承载力、刚度等方面的影响。研究结果表明,CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁,其承载力、刚度都有不同程度的提高,二次受力引起的CFRP布滞后应变将影响其高强抗拉强度的发挥,锈蚀钢筋混凝土梁材料力学性能的改变降低了CFRP布加固梁的抗弯承载能力。基于锈蚀钢筋混凝土梁材料力学特性,建立了CFRP布加固锈蚀混凝土梁受弯全过程的数值模拟技术,计算结果与试验结果符合较好,为今后锈蚀钢筋混凝土梁加固设计计算提供参考。     

锈蚀钢筋再生混凝土梁粘结性能及承载力研究

为了研究再生混凝土梁与锈蚀钢筋的粘结性能及抗弯承载力,对12根不同直径钢筋、不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行静荷载试验。结果表明：当钢筋锈蚀率小于9.31%时,再生混凝土梁材料破坏而发生弯曲破坏模式,当钢筋锈蚀率大于9.31%时,梁发生粘结-剪切破坏模式|随着钢筋锈蚀率的增加,试验梁的屈服荷载和极限荷载逐渐降低|随着荷载的增加,钢筋与再生混凝土之间的相对滑移由近似抛物线的分布形式发展成波浪线的分布形式|正常使用荷载作用下试验梁跨中截面再生混凝土仍符合平截面的假定|钢筋锈蚀率在0～9.31%时,通过定义锈蚀钢筋与再生混凝土之间的界面协同工作系数,提出了锈蚀钢筋再生混凝土梁抗弯承载力的计算方法,计算值与试验结果进行对比分析,吻合较好。     

锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究

锈蚀钢筋混凝土构件抗剪性能是迫切需要研究的问题,本文通过18根锈蚀钢筋混凝土简支梁和3根无锈蚀的普通钢筋混凝土对比梁的斜截面抗剪试验研究及理论分析,研究了不同剪跨比下箍筋锈蚀程度对钢筋混凝土简支梁斜截面变形、裂缝形成和开展、承载能力、破坏机理等方面的影响。试验结果表明:箍筋锈蚀使箍筋对混凝土的约束降低,斜面裂缝发展较快,从而削弱了斜裂缝两侧骨料之间的咬合作用;剪压区箍筋锈蚀所产生的锈胀裂缝对试验构件抗剪强度的影响很大;剪跨比决定了试验构件的破坏形态,箍筋锈蚀对破坏形态影响较小;箍筋锈蚀对试验构件斜截面承载能力有较大影响。本文在试验研究基础上,运用根据极限平衡理论,建立了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面承载力计算模型。     

钢筋坑蚀对混凝土梁抗弯性能的影响

与钢筋均匀锈蚀相比,钢筋坑蚀具有显著的不确定性和截面损失等特点,对混凝土构件的抗弯性能具有一定的影响。结合国内外相关资料,通过实际工程中钢筋坑蚀的试验统计,验证了坑蚀系数服从极值I型的分布。基于钢筋的坑蚀概率模型,借助MonteCarlo模拟,分析了锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力,研究了钢筋坑蚀对混凝土受弯构件承载能力的影响。结果表明,钢筋坑蚀的随机性对梁的可靠性有很大影响,钢筋坑蚀构件抗弯承载力的下降速度比均匀锈蚀更快,对梁的耐久性具有潜在危害。     

海水侵蚀下钢筋混凝土梁斜截面承载力试验研究

港口、码头、混凝土近海平台等海工结构物长期暴露在恶劣的环境中。外部腐蚀介质的影响会降低其安全性、耐久性和可靠性。尤其海水浪溅区的钢筋混凝土结构物受海水腐蚀更易遭受破坏 ,造成的损失也非常巨大。结构的安全性、耐久性和可靠性日益成为人们研究的重要课题。本文通过 15根钢筋混凝土试验梁在多循环人工海水侵蚀后进行的斜截面承载力试验 ,研究了钢筋混凝土梁在遭受腐蚀的不同时间段内梁的斜截面承载力的变化情况。提出了不同干湿循环条件下几种不同配比的钢筋混凝土梁的力学性能变化规律。