钢筋混凝土梁的时变可靠度实用分析方法

考虑服役期内的抗力退化和评估使用年限缩短,采用实用方法分析钢筋混凝土梁受弯承载力的时变可靠度。首先,考察了不考虑抗力退化时结构累积失效概率的发展规律,证明"累积失效概率与服役年数成正比"的规律总体成立。其次,以二次曲线近似表达混凝土梁受弯承载力的退化过程,比较了不同抗力退化率下结构累积失效概率及可靠指标的发展过程,同时分析了等时段内结构失效概率及可靠指标的变化,并发现如下规律:抗力退化不严重时,分段可靠度的乘积接近设计或评估使用年限内的可靠度,但抗力退化严重时这个规律不存在。最后,对采用抗力退化系数-荷载效应折减系数比较的近似法与可靠度法的计算结果进行了比较,结果表明近似法总体上更能反映抗力退化与使用年限缩短引起的结构时变可靠度变化规律,便于工程应用。     

既有结构基于评估使用年限的目标可靠度研究

在比较JCCS概率模式规范与我国统一标准规定的结构构件允许失效概率及目标可靠指标的基础上,研究了既有结构基于评估使用年限的目标可靠度。以评估使用年限内的允许累积失效概率与原设计使用年限内的允许累积失效概率相等为原则,建立了根据评估使用年限确定目标可靠度的方法,并提出了抗力需求折减系数建议值。以允许年失效概率为依据,提出了危险构件的可靠度定义和既有结构构件的使用安全寿命准则。以某锈蚀钢筋混凝土梁的受弯承载力分析为例,研究了其使用安全寿命、全寿命期检测评定周期等。     

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。     

既有RC桥梁时变可靠性分析

为了研究构件抗力劣化和车辆荷载对既有RC桥梁服役期间的可靠度影响,首先分析讨论了抗力的衰减模型,并将车辆荷载率视为随机变量。在此基础上,分析了不同的抗力衰减模型和车辆荷载对结构可靠性的敏感性。结果表明,行车道板抗弯失效模式的失效概率最大,车辆荷载对结构可靠性影响较大,抗力按不同的规律衰减导致结构的可靠指标降低趋势表现出不同的规律。     

关于既有建筑承载力鉴定标准的研究

对既有建筑需要根据建筑物现状及后续运营情况重新确定后续目标使用年限作为时间的考量,这个目标使用年限是不确定的;同时现行设计规范与过往年代设计规范的可靠度水平也有很大变化。因此,考虑不同的目标使用年限,并采用统一的可靠度水平,对既有建筑的荷载作用、抗力及目标可靠指标给予时间因素影响的修正,才能对既有建筑给出更合理的鉴定结果。从研究各年代结构设计规范中荷载、抗力的变化入手,考虑既有建筑不同后续目标使用年限的需求,分析时间因素对荷载、抗力等相关参数的影响,探讨一种基于相同可靠度水平的、不同目标使用年限的既有建筑承载力鉴定标准。     

承载力折减系数对结构构件可靠度的影响分析

构件承载力评定是鉴定结构构件安全性的重要指标。本文采用一阶二次矩阵法得出了不同承载力折减系数下的构件可靠指标计算公式,并结合多种常用材料的抗力参数,根据非迭代方法计算出了不同结构构件对应的可靠指标。结果表明：可变荷载对结构可靠度的贡献优于永久荷载的影响,但当可变荷载与永久荷载标准值之比达到一定限值时,构件的可靠度不再提高。依照现行标准要求的承载力折减系数计算可知,结构构件可靠指标大致呈等差数列排布,此种划分方法下得出的结果与构件实际失效概率存在较大偏差,可靠指标降幅过大将对构件安全性鉴定工作产生不利影响。     

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。     

广义随机空间内的结构可靠度实用分析方法

本文利用广义随机空间内定义的结构可靠指标β,推广了结构可靠度的实用分析方法,使其在广义随机空间内,不仅能够解决任意独立分布随机变量的可靠度分析问题,也能够有效地考虑随机变量的相关性.对于工程结构可靠度分析中的一般问题,在一定程度上简化了计算过程.     

考虑空间变异性的在役钢筋混凝土梁桥失效概率评估

钢筋混凝土材料退化的两个核心问题为不确定性和空间变异性,首先架构了考虑空间变异性的在役梁桥概率评估方法。采用相关矩阵方法量化空间变异度,建立由无损检测数据确定纵桥向各测区材料参数相关系数矩阵的实用方法,且给出抗力相关性与单元(测区)功能失效相关性的计算方法。通过相关性分析研究在役结构抗力的主要影响因素,通过敏感性分析研究材料参数相关性与功能失效相关性的关系。结果表明评估在役钢筋混凝土梁桥需要考虑空间变异性,钢筋锈蚀率是功能失效相关性的主要影响因素;对于低可靠指标的结构(β<4.0),可靠指标不能灵敏地反映安全程度,建议直接采用失效概率来表达。     

基于碳化模型的在役桥梁可靠度分析

根据不同混凝土受碳化腐蚀模式,考虑混凝土抗压强度、水灰比、保护层厚度、环境温度、湿度、碳化速率等影响混凝土碳化深度的时间依赖性因素,计算了桥梁耐久性的失效概率。拟合出桥梁的失效概率与使用年限关系的寿命曲线,在目标可靠指标下,更为直接的表明了受碳化侵蚀的在役桥梁时变可靠度与剩余寿命的关系,为评定桥梁的安全服役年限及加固维修提供了理论依据。     

钢筋混凝土结构预期使用期可靠度设计实用方法

考虑钢筋锈蚀对混凝土结构的抗力影响,根据我国现行结构可靠度设计规范设计原理,提出了钢筋混凝土建筑结构预期使用期可靠度设计的实用方法。首先,考虑三种荷载组合以及不同恒荷载与可变荷载效应比影响,给出了代表性钢筋混凝土构件在给定环境下、不同使用期的可靠度分析方法;提出了预期使用期结构设计可靠度水平的确定原则,即预期使用期内结构构件可靠度指标不能低于现行规范的标准;在我国结构可靠度设计表达式基础上引入耐久性折减系数,给出了该系数的确定方法,通过该系数在设计阶段保证和实现预期使用期内结构构件可靠度指标不低于现行规范的标准。最后,通过算例验证了该方法的有效性和简便性。     

工程结构可靠度分析中统计矩法研究——验算点基本变量点位变化对结果影响讨论

研究工程结构可靠度计算方法中统计矩法,针对统计矩法验算点基本随机变量点位(排列顺序)变化对工程结构可靠指标与失效概率的影响进行分析。通过证明3个基本随机变量情形,推及至n个基本随机变量情形,得到以下结论:统计矩法验算点基本随机变量点位变化不会对功能函数值与相应的试验系数的结果产生影响,点位变化影响的仅是功能函数值与相应试验系数位置的变化,对功能函数值与相应试验系数的对应关系、结果均不产生影响。基本随机变量点位变化不会对结构的可靠指标与失效概率产生影响。     

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。     

基于实测样本值和Bayesian方法的服役结构抗力随机时变模型

分析了服役结构可靠性计算中的抗力随机时变性影响因子 ,研究了基于样本值的抗力概率特性的Bayesian方法。提出了基于检测的样本值的服役结构抗力的随机时变模型 ,可较为简便和有效地进行服役结构可靠度分析中的抗力估计。     

氯盐环境下混凝土结构的耐久性设计方法

为了建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性设计方法,根据混凝土结构性能劣化的特点,在分析结构耐久性失效状态、可靠度设置水平、环境荷载及抗力影响因素的基础上,建立了钢筋初锈、保护层锈胀开裂及锈胀损伤达到最大限值这3种情况下的耐久性极限状态方程.基于结构可靠度设计理论,引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求,建立了结构耐久性设计的分项系数表达形式.按照概率设计与分项系数设计具有相同可靠度水平的原则,给出了抗力分项系数的确定方法及不同耐久性极限状态下抗力分项系数的取值.     

再生混凝土质量控制及梁时变可靠度分析

基于再生骨料来源复杂、具有变异性等特点,考虑由此引起的再生混凝土的变异性和时变性,对再生混凝土梁的时变可靠度进行研究,为再生混凝土受力构件的设计提供理论依据。基于时变可靠度计算方法,分析了再生混凝土梁的抗弯安全时变可靠度。案例分析表明,再生混凝土梁初始可靠指标为3.30,随着服役时间的增长,可靠指标逐渐降低,对应的失效概率逐渐增加。当服役时间为50年时,失效概率为0.0012,可靠指标为3.03,下降8.18%;当服役时间为100年时,失效概率为0.0114,可靠指标为2.28,下降30.91%。变参数分析结果表明,再生混凝土强度、配筋率和保护层厚度对时变可靠度的影响显著。提高再生混凝土强度,提高配筋率和增加保护层厚度,都可以提高时变可靠指标,保证再生混凝土梁满足可靠度要求。     

基于时变可靠度的锈蚀混凝土结构全寿命成本模型

为了分析混凝土结构在氯盐环境下的全寿命周期成本,基于现有氯离子扩散模型和裂缝宽度预测模型,采用MATLAB软件进行Monte-Carlo抽样模拟,建立结构失效概率与可靠度指标的拟合公式。通过研究维护-加固措施对可靠度指标的影响,建立全寿命周期内维护-加固费用计算评估方法,并以混凝土桥梁结构为例计算了全寿命周期维护-加固成本。结果表明:失效概率与可靠度指标可用以失效概率等于0.1为界的分段函数进行描述;维护-加固效果持续时间对结构构件服役年限延长的影响最显著;当保护层厚度取60 mm时,维护-加固阶段费用有明显下降,较保护层厚度取40 mm时减少25%~50%。     

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.     

基于经验频率分布的偏态概率模型可靠度计算方法研究

在既有结构可靠度计算中,经验频率分布较容易通过简单的序列计算得到。利用经验频率分布回归得到的正态概率模型或偏态概率模型可以计算相关统计参数、失效概率和可靠指标。大量的计算和比较分析得出,偏态概率模型在工程实践中具有更好的适应性。数值计算结果也进一步表明,用正态分布进行近似,其可靠指标的误差较大,甚至会影响既有结构的评估结果。提出了基于Azzalini偏态分布函数的参数估计方法,并利用失效概率作为联系纽带,建立了偏态分布下失效概率与可靠指标之间的函数关系。以某较为复杂的功能函数为例,展示了所提出的基于经验频率分布的偏态概率模型可靠度计算方法,该方法具有步骤清晰、目标明确、精度较高的优点,能够适用于更加广泛的实际既有工程结构可靠度的评估。     

沈阳城区挖孔桩单桩竖向承载力可靠度研究

为采用概率极限状态法设计挖孔桩,引用无量纲随机变量的极限状态方程,结合沈阳城区人工挖孔桩的试桩资料,对其竖向承载力进行可靠度分析;然后采用JC法计算可靠指标,得到沈阳地区建筑地基基础规范中挖孔桩的目标可靠指标和抗力分项系数,并对影响可靠指标的各种因素进行分析。研究结果表明,荷载效应比和荷载组合形式对可靠指标有一定影响,抗力概型分布对可靠指标的影响较大,抗力分项系数受荷载组合型式和荷载效应比的影响较小。