基于贝叶斯理论的钢筋混凝土柱受剪承载力计算

现行混凝土结构设计规范中钢筋混凝土柱的受剪承载力公式为半经验半理论计算公式,由于试验数据的有限性和钢筋混凝土材料离散性较大的本质特性,规范建议公式缺乏明确的理论模型。该文以贝叶斯动态信息更新思路,根据主观经验信息选定现行规范中钢筋混凝土柱受剪承载力计算公式作为贝叶斯先验模型,通过已完成试验研究的柱受剪承载力数据,应用贝叶斯方法综合这两类信息进行推断,建立钢筋混凝土柱在反复荷载作用下受剪承载力的概率模型,对未知参数进行估计,修正先验模型并建立后验模型,以达到对先验模型的更新。通过先验模型计算值、后验模型计算值及试验值相互间的对比分析可知:贝叶斯方法继承了先验信息的完备性和大量试验数据的准确性,能够更准确地预测钢筋混凝土柱的受剪承载力。     

基于共轭先验分布的深受弯构件受剪承载力概率模型分析

钢筋混凝土深受弯构件由于影响因素多、受力复杂,其计算模型和设计方法未形成统一定论。贝叶斯理论已被应用于钢筋混凝土部分构件承载力的预测和设计中,且合理性、准确性及优越性已得到证明,然其先验分布的选取不同,对计算结果的精度影响不同。采用共轭分布法推导了贝叶斯参数先验分布,利用贝叶斯多元统计理论,建立了基于共轭分布的钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力贝叶斯概率模型,通过贝叶斯后验参数剔除法简化概率模型,并结合国内外学者已完成115组钢筋混凝土深受弯构件受剪性能试验结果验证模型。研究表明:基于贝叶斯简化模型得到的深受弯构件受剪承载力与试验结果吻合良好,较各国规范建议设计方法的计算结果更接近试验值。简化模型能较为合理地进行深受弯构件受剪承载力预测及设计。     

钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型研究

贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明:利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。     

钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算的修正软化拉压杆模型

应用软化拉压杆模型对钢筋混凝土框架节点核心区进行受剪承载力计算时,常常基于经验取柱截面宽度作为节点的有效宽度参与抗剪强度计算。但是,对于实际工程中含有现浇楼板的框架中节点,节点的有效宽度在核心区上下验算截面并不相同且随着作用外力的增加而逐步增大,直至软化拉压杆模型中结点域(nodal zone)混凝土达到其抗压强度后压溃而失效。本文对软化拉压杆模型中节点有效宽度的计算方法进行了改进,应用修正软化拉压杆模型(Modified Softened Strut-and-Tie,简称MSST)对国内外63个框架中节点试件的抗剪强度进行理论计算,并将受剪分析得到的峰值剪应力计算结果与现行规范建议方法及软化拉压杆模型方法的计算结果进行对比。结果表明:修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,与现行规范建议设计方法计算结果相当,该建议模型可较为合理地反映含现浇楼板框架节点的受力机理。     

考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土柱概率抗剪承载力模型

为了克服传统确定性抗剪承载力模型无法合理考虑不确定性因素影响所存在的缺陷,研究建立了一种能够综合考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土（RC）柱概率抗剪承载力模型。首先基于桁架-拱模型,综合考虑混凝土、箍筋和拱作用的抗剪承载力贡献以及不确定性的影响,建立了RC柱概率抗剪承载力模型的解析表达式;然后结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法,确定了概率模型参数的后验分布信息,并分析了概率模型参数的先验分布信息以及更新批次对概率模型参数后验分布的稳定性和收敛性的影响;最后利用试验数据验证了该概率模型的有效性。分析表明,随着试验数据的增加,概率模型参数的后验分布可以实现不断更新;概率抗剪承载力模型不仅可以合理描述抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准分析传统确定性抗剪承载力模型的计算精度。     

基于Bayesian理论的弯剪破坏钢筋混凝土柱变形能力概率模型

为了准确预测地震作用下弯剪破坏钢筋混凝土（RC）柱的变形能力,基于Bayesian理论提出了一种建立柱类构件变形能力概率模型的方法。首先对已有RC柱变形能力公式进行评价并选作先验模型,再借助美国PEER柱抗震性能试验数据库中发生弯剪破坏的20根矩形截面RC墩柱的拟静力试验数据作为客观认识,应用Bayesian参数估计方法综合这两类信息进行推断,修正先验模型的偏差从而建立反复荷载作用下弯剪破坏RC柱变形能力的概率模型;采用Bayesian方法剔除影响修正效果不显著的因素以获得模型简化,达到对先验模型的动态更新。最后,讨论了不同形式修正项对修正效果的影响。结果表明,Bayesian方法既继承了先验信息的完备性,又利用了试验数据的准确性,建议的概率模型较已有公式能够更准确地预测弯剪破坏RC柱的变形能力,从而为RC柱抗震设计或评估中考虑能力不确定性提供了便利。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的概率模型

该文针对锈蚀钢筋混凝土（RC）梁抗剪承载力计算的传统确定性模型所存在的缺陷,研究建立了锈蚀RC梁抗剪承载力计算的概率模型。首先综合考虑钢筋锈蚀对箍筋屈服强度、配筋率、配箍率、临界斜裂缝倾角、梁有效抗剪截面积等重要因素的影响,结合修正压力场理论和考虑剪跨比影响的临界斜裂缝倾角模型,建立了锈蚀RC梁抗剪承载力计算的确定性模型;然后综合考虑客观不确定性和主观不确定性的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法,建立了锈蚀RC梁抗剪承载力计算的概率模型;最后通过与试验数据和传统确定性抗剪承载力计算模型的对比分析,验证了该概率模型的有效性和适用性。分析结果表明,所建立的概率模型不仅可以合理描述锈蚀RC梁抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性抗剪承载力模型的计算精度和置信水平,具有良好的有效性和适用性。     

基于软化拉-压杆模型方法的钢筋混凝土变梁中节点抗剪承载力研究

根据10个梁高不等钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析了该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立了框架中节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用软化拉-压杆模型方法(简称SSTM)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:软化拉-压杆模型理论计算值与试验结果接近,与现行规范建议方法计算结果相当,但软化拉-压杆模型方法有明确的力学计算模型,能较为合理地反映框架节点的受力机理。     

剪切型钢筋混凝土柱抗剪承载力计算的概率模型

现有的钢筋混凝土（RC）柱抗剪承载力计算模型大多属于确定性模型,难以有效考虑几何尺寸、材料特性和外荷载等因素存在的不确定性,导致计算结果的离散性较大,且计算精度和适用性有限。鉴于此,该文结合变角桁架-拱模型和贝叶斯理论,研究建立了剪切型RC柱抗剪承载力计算的概率模型。首先基于变角桁架-拱模型理论,并考虑轴压力对临界斜裂缝倾角的影响,建立了剪切型RC柱抗剪承载力的确定性修正模型;然后考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法,建立了剪切型RC柱的概率抗剪承载力计算模型;最后通过与试验数据和现有模型的对比分析,验证了该模型的有效性和实用性。分析结果表明,该模型不仅可以合理描述剪切型RC柱抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准现有确定性计算模型的置信水平,并且可以确定不同置信水平下剪切型RC柱抗剪承载力的特征值。     

框架顶层角节点的受剪承载力计算

本文深入分析了钢筋砼框架顶层角节点的受剪特征及破坏机理，采用塑性桁架模型理论得出了轻骨料砼框架节点受剪承载力的计算公式，并将计算值与试验结果作了对比。     

基于简化拉-压杆模型的钢筋活性粉末混凝土框架边节点受剪承载力研究

对5个中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点试件进行了拟静力加载试验,得到了此类节点的破坏过程和破坏特点,明确了各阶段剪力的传递和分配。在试验研究的基础上,采用简化拉-压杆模型并考虑纤维抗拉拔阻力的有利作用,建立了钢筋活性粉末混凝土框架边节点在复合作用下的受剪承载力计算模型,并通过试验验证了此模型的可行性。结果表明:按照此模型计算得到的节点核心区受剪承载力与试验实测值吻合较好,离散度较小,其值与试验实测值的平均比值为1.05,变异系数为0.11;而且此模型亦能较合理地反映轴压比、配箍率及纵筋强度对节点受剪承载力的影响。     

基于剪力比的防屈曲支撑-RC框架抗震设计方法研究

该文提出了基于剪力比的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震设计方法。根据不同的剪力比α设置不同参数的防屈曲支撑并进行了多个不同层数结构的抗震设计;基于大震弹塑性时程分析,研究了不同剪力比结构的最大层间位移角和防屈曲支撑滞回耗能比随剪力比α的关系曲线,并得出剪力比α的合理取值范围为0.3 < α < 0.5。在剪力比合理的取值基础上研究了层间位移角最大值随不同刚度主体框架的变化规律,并建议了主体混凝土框架最大层间位移角的设计取值。该文所提方法简便、实用,为防屈曲支撑耗能减震结构的设计提供了一种新的思路。     

钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的概率模型

传统的钢筋混凝土（RC）梁抗剪承载力模型属于确定性模型,难以有效考虑几何尺寸、材料特性、边界约束条件等因素存在的客观（物理）不确定性和在模型推导过程中存在的主观（模型）不确定性的影响,导致计算结果的离散性较大,计算精度和适用性有限。鉴于此,该文首先结合修正压力场理论和考虑剪跨比影响的临界斜裂缝倾角模型,建立了RC梁的确定性抗剪承载力模型;然后综合考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC）,建立了RC梁抗剪承载力计算的概率模型;最后通过与试验数据和传统确定性计算模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。分析结果表明,所建立的概率模型不仅可以合理地描述RC梁抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性计算模型的计算精度和置信水平,还可以根据预定的置信水平确定RC梁抗剪承载力的概率特征值,具有良好的计算精度和适用性。     

预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究

为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。