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。     

钢筋混凝土结构纯扭构件承载力计算方法研究

介绍了钢筋混凝土结构纯扭构件的破坏形式及特征,研究了纯扭构件承载力计算方法,将其与美国规范相关计算方法进行对比,并给出了计算算例,进行了可靠度分析。结果表明,中美规范中纯扭构件抗扭纵筋配筋率随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,美国规范大于中国;对于钢筋混凝土结构纯扭构件,美国规范只考虑了钢筋受扭,而我国规范则考虑了钢筋和混凝土受扭这两个部分,美国规范抗扭承载力计算比我国规范安全;经可靠度分析,对于恒荷载加活荷载组合,中国规范计算的纯扭构件可靠度指标大于美国规范,按照恒荷载加风荷载组合两国规范计算的可靠度指标较为接近。     

钢筋混凝土结构基于耐久性的可靠度设计方法

对处于氯盐环境中的混凝土结构,为使其在设计使用寿命期内具有合格的可靠度要求,基于结构抗力劣化过程的动态计算模型及动态可靠度分析,在我国 现行结构可靠度设计表达式基础上,引入结构耐久性系数γD来考虑抗力衰减对可靠指标的影响,并给出了耐久性系数的确定方法。针对50年设计使用年限 情况,考虑港口结构3种荷载组合以及5种可变荷载与恒载效应比影响,给出不同的环境条件、水灰比、保护层厚度下结构耐久性系数γD的取值。从而建立 了基于耐久性的可靠度设计实用方法。     

可变荷载效应占高比重时荷载分项系数取值研究

针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低,缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形,以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例,分析了可变荷载效应比值的取值范围,揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象;基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法;通过数值分析,求解得到了荷载分项系数值;最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明：可变荷载效应占高比重时,按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多;而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范,但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释,同时也为相关规范修订提供参考。     

基于最佳一致性原则的设计表达式分项系数研究

在现行规范设计表达式的基础上,首先根据等超越概率原则,计算了10a至100a设计使用年限内可变荷载的统计参数;其次,校核了现行规范设计表达式隐含的可靠指标,并以此作为确定目标可靠指标的依据;最后,根据最佳一致性优选原则,考虑14种代表性的结构构件、3种可变荷载效应与永久荷载效应的简单组合、不同的可变荷载效应与永久荷载效应的比值,通过概率计算方法优化确定了10a至100a设计使用年限内荷载和抗力的分项系数.设计人员可根据工程实际情况,采用该工程设计使用年限相应的分项系数进行设计.     

轻钢结构承载能力设计中分项系数的确定

针对对可变荷载敏感的轻钢结构,应用现行规范中计算目标可靠度的校准法,主要考虑风荷载和雪荷载与恒荷载的简单组合,分别计算分析了轴心受拉、轴心受压和偏心受压三种构件的荷载和抗力分项系数,给出确保现行目标可靠度的分项系数的建议值,对轻钢结构的设计具有一定的指导意义。     

基于概率的结构抗震设计方法

本文分析了结构抗震可靠度的特点,着重分析了结构在地震作用下承载能力的可靠度。在校准现行抗震规范可靠指标的基础上,运用优化方法导出了设计表达式中的地震作用系数,抗力的抗震调整系数,以及荷载组合系数;同时对以概率为基础的多系数表达式和现行抗震规范设计表达式的构件荷载效应计算上进行了分析比较。     

既有建筑结构构件的安全性分析

提出了基于目标使用期的既有建筑结构构件承载能力验算的极限状态表达式。根据适用于既有结构的荷载和抗力概率模型,考虑14种代表性的结构构件、不同的可变荷载效应与永久荷载效应的比值、3种可变荷载效应与永久荷载效应的简单组合,对不同目标使用期内的荷载分项系数进行了优化分析。结果为:永久荷载分项系数γG=1.0(当永久荷载对结构有利时,γG=0.6),可变荷载分项系数γQ=1.3。由荷载分项系数进一步优化分析得出不同构件的承载力分项系数为γR=1.1～1.8。按目标可靠指标增减0.25确定了既有建筑结构构件承载能力的等级评定标准。经工程实例验证,所提分析方法更加符合实际情况,合理实用。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

Reliability evaluation in nonlinear analysis of reinforced concrete structures

Modern building codes provide a basis for development of advanced nonlinear models for analysis and design of reinforced concrete (RC) structures. Application of nonlinear models permits direct evaluation of reliability of the whole structure at the stage of a structural analysis. In this paper a probabilistic method for reliability evaluation of plane frame structures with respect to ultimate limit states is proposed. The method is based on a combination of the nonlinear finite element structural model and the first-order reliability method (FORM). Implementation of the FORM for nonlinear analysis of RC structures is considered. Uncertainties associated with the structural model are taken into account and their influence on structural reliability is examined via sensitivity analysis.     

不同抗力水平公路桥梁限载分析模型

针对钢筋混凝土中、小跨径简支梁桥,提出一种适用于不同设计荷载等级或抗力衰减桥梁的限载取值简化分析方法。首先,通过引入抗力修正系数, 构造钢筋混凝土梁受弯破坏极限状态函数。进而,以规范建议的钢筋混凝土受弯抗力、恒载效应概率密度函数为依据,提出考虑抗力修正系数的桥梁限载简 化分析模型。在此基础上,以04规范桥梁的设计抗力水平为基准,以设计采用的活恒载比值为基本参数,计算与不同抗力修正系数对应的桥梁限载系数。最 后,以13m钢筋混凝土空心板梁为例验证限载分析模型,通过分析限载系数和典型车辆限载取值,给出了限载取值的修正方法。结果表明,按所提限载分析 模型推算的限载值均有一定的安全储备,可用于不同抗力水平桥梁的限载分析。     

高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震安全评价

为了对高层钢筋混凝土框架 核心筒结构的抗震安全性能做出评价,在太平洋地震工程研究中心（PEER）基于性能抗震设计方法的基础上,采用我国地震危险性分析的研究成果,利用三维非线性分析程序CANNY建立地震反应分析模型,确定地震波样本选择方法,引入相对谱值调整系数,对结构的安全性能进行预测,由此给出了适合于我国规范的结构抗震安全评价方法。利用此方法对一钢筋混凝土框架 核心筒结构进行了分析,对算例的抗震安全性能指标和位移特性做出预测,分析结果表明,此方法可行,可以用于单体结构的抗震安全评价中,当进行某类结构的抗震安全评价时尚需考虑分析模型和结构设计的不确定性。     

混凝土框架结构的抗连续性倒塌设计方法

介绍了各国规范关于结构抗连续性倒塌的设计目标和有关设计规定。结合按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构的实际情况和抗连续倒塌设计目标,在大量分析研究的基础上,提出了对我国框架结构抗连续性倒塌的概念设计方法、拉结强度设计方法和拆除构件设计法,并给出了有关配筋构造措施。     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分。针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题。以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围。揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象。接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平。最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律。结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低。这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释。     

送电线路杆塔结构可靠度影响参数及规律研究

特高压送电线路在世界范围内目前处于应用探索阶段,其杆塔结构设计尚未出台相关规范。基于杆塔结构的设计基本表达式和功能函数,对影响杆塔结构可靠度的设计参数进行了分析;采用一次二阶矩方法(JC法)评定了现行相关杆塔结构设计规程的可靠度;依托某实际典型特高压送电线路设计资料,分析了结构重要性系数和设计风速取值等参数对特高压杆塔结构可靠度的影响规律,指出了按现行规程设计的不同风速地区杆塔结构可靠度的不均衡性等问题。分析结果可供特高压送电线路杆塔结构设计规范制定参考。     

An improved tie force method for progressive collapse resistance design of reinforced concrete frame structures

Progressive collapse of structures refers to local damage due to occasional and abnormal loads, which in turn leads to the development of a chain reaction mechanism and progressive and catastrophic failure. The tie force (TF) method is one of the major design techniques for resisting progressive collapse, whereby a statically indeterminate structure is designed through a locally simplified determinate structure by assumed failure mode. The method is also adopted by the BS8110-1:1997, Eurocode 1, and DoD 2005. Due to the overly simplified analytical model used in the current practical codes, it is necessary to further investigate the reliability of the code predictions. In this research, a numerical study on two reinforced concrete (RC) frame structures demonstrates that the current TF method is inadequate in increasing the progressive collapse resistance. In view of this, the fundamental principles inherent in the current TF method are examined in some detail. It is found that the current method fails to consider such important factors as load redistribution in three dimensions, dynamic effect, and internal force correction. As such, an improved TF method is proposed in this study. The applicability and reliability of the proposed method is verified through numerical design examples.     

Probabilistic service life of reinforced concrete structures with randomly distributed corrosion-induced cracks

This paper proposed a probabilistic service life prediction method for reinforced concrete (RC) structures with randomly distributed chloride corrosion-induced cracking. In the proposed method, spatial randomness of environmental, geometric and physical factors was considered that influence corrosion process and crack propagation of RC structures at the material level. Karhunen–Loéve (KL) expansion method was utilised for modelling the spatial random fields. Four limit state functions were proposed based on four deterioration events (corrosion initiation, surface crack initiation, modulus degradation and exceedance of repair limit). Then, time-dependent reliability analyses of an RC bridge slab were conducted using the proposed method. Finally, sensitivity analysis of the statistical parameters including mean, variance, correlation length as well as the truncation number for KL expansion method were conducted to determine the effects of those parameters to the service life.