既有结构可靠性评定中的荷载分项系数优化

针对我国现行设计规范中各类结构构件可靠指标校核中发现的问题,对荷载分项系数及部分可变荷载标准值的取值进行优化.从构件可靠指标的最小值与平均值、构件可靠指标的离散性、荷载分项可靠指标的一致性、设计值点与理想值的偏离程度四个维度对近三代设计标准[《建筑结构荷载规范》(GBJ 9-87)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB...     

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。     

建筑结构基于可靠指标的设计方法

按目前规范规定的分项系数进行结构设计时,不同荷载效应比下的可靠指标与目标可靠指标差别较大,并且规范没有建立分项系数与目标可靠指标的函数关系。针对这两个问题,提出了按设计值法确定分项系数的方法;优化分析了敏感性系数的取值,建立了分项系数与可变荷载效应标准值和永久荷载效应标准值比值的简化公式。研究表明,当敏感性系数表示为荷...     

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.     

60年基准期钢结构构件可靠度分析

在现有规范分项系数设计表达式的基础上,首先依据可靠度理论校核规范实际隐含的可靠指标,并以此为依据确定目标可靠指标;其次通过引入荷载等超概率原则,分别计算出60年基准期下几种可变荷载的统计参数;最终在假定恒载、抗力分项系数不变的前提下,通过调整可变荷载分项系数、组合值系数来达到预定的目标可靠指标。修正后的60年设计基准期下的分项系数设计表达式在形式上与现有规范相协调,方便工程应用。     

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。     

钢吊车梁疲劳设计可靠指标及分项系数研究

定义了钢结构疲劳失效极限状态,基于已有的对钢吊车梁的研究和现场对中级工作制钢吊车梁的疲劳荷载效应实测,分析了疲劳强度和疲劳荷载效应的统计参数,应用一次二阶矩方法计算了疲劳可靠指标,研究了疲劳可靠度设计分项系数的取值。研究结果表明:钢吊车梁中12类细部构造(含应力比影响)的疲劳强度标准差取值范围在0.025 1~0.079 2之间,当等效应力幅服从对数正态分布时,等效应力幅的标准差为0.014 8。为此,建议疲劳可靠指标取值2.9,疲劳强度分项系数取值1.0,疲劳荷载效应分项系数取值1.14。     

钢结构构件抗力分项系数的研究

针对修订钢结构规范(GB50017-2003)在2001系列规范条件下的可靠度指标偏低,尤其在遇风组合的情况下,远低于规范规定的可靠度指标的情况,提出解决这些问题的办法,即针对不同的荷载组合采用不同的抗力分项系数。通过大量的计算,给出了修订规范下各结构构件的抗力分项系数取值以供规范修订和工程应用时参考。     

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。     

对建筑结构设计中荷载分项系数的理解与应用

针对荷载分项系数在建筑结构设计中的重要性，介绍了一般情况下和特殊情况下荷载分项系数的具体取值，并结合具体算例，阐述了荷载分项系数的实际运用，通过对荷载分项系数取值问题的探讨，旨在提高结构的可靠度。     

型钢混凝土中高剪力墙正截面受弯的开裂荷载和极限荷载的计算方法

为了研究两种型钢混凝土剪力墙(内置型钢框架的混凝土剪力墙和内置型钢桁架的混凝土剪力墙)在受弯情况下的正截面受力状态,以这两种型钢混凝土中高剪力墙和普通钢筋混凝土中高剪力墙在无轴力作用下的单调和反复水平加载试验为基础,通过力学分析和参考现有规范,主要考虑型钢组件对墙体受弯性能的影响,提出了此两种型钢混凝土中高剪力墙在受弯状态下正截面开裂荷载和极限荷载的计算方法,进一步提出了简化计算方法,并将计算结果与试验结果进行比较验证,为此种构件的工程设计提供算法。     

Analytical model and evaluation of maximum crack width for unbonded PSRC frame beam under short‐term service load

Prestressed steel reinforced concrete (PSRC) beam members have the advantages of both ordinary prestressed concrete and SRC members and are usually applied to the structures with large span or heavy load. They are often designed to crack under service load. In this paper, the service‐load behavior is studied based on the experimental results of four unbonded PSRC frame beam specimens. The cracking behavior, deflection, and strains in tensile reinforcement during service‐load stage are described in detail. A computer program for a simple macroelement analysis approach, based on conventional matrix‐displacement method, is written to predict the response of unbonded PSRC frame beam members under service load. The calculation results by this method agree well with the observed experimental results. Moreover, an approach based on two enacted Chinese codes, one for ordinary concrete members (GB50010‐2010) and another for steel‐concrete composite members (JGJ138‐2001), is provided to calculate the short‐term maximum crack width of PSRC beam members. By comparing with the test results, it implies that this approach can be applied to the evaluation of short‐term maximum crack width.     

超高强混凝土型钢组合长柱静力性能试验研究

为解决目前规范中缺乏超高强混凝土型钢组合柱设计方法和静力受压试验研究不够深入的问题,开展了5个轴心受压和4个偏心受压的立方体抗压强度为120 MPa超高强混凝土型钢长柱的静力试验,通过考察其破坏形态、轴力-挠度曲线、轴力-竖向位移曲线和轴力-应变曲线,研究了长细比、相对偏心距和箍筋间距对其静力性能的影响.试验结果表明:...     

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。     

Effect of axial load and transverse reinforcements on the seismic performance of reinforced concrete columns

The aim of this research is to assess the seismic performance of reinforced concrete columns under different axial load and transverse reinforcement ratios. These two parameters are very important as for the ductility, strength, stiffness, and energy dissipation capacity for a given reinforced concrete column. Effects of variable axial load ratio and transverse reinforcement ratio on the seismic performance of reinforced concrete columns are thoroughly analyzed. The finite element computer program Seismo-Structure was used to perform the analysis of series of reinforced concrete columns tested by the second author and other researchers. In order to reflect the reality and grasp the actual behavior of the specimens, special attention was paid to select the models for concrete, confined concrete, and steel components. Good agreements were obtained between the experimental and the analytical results either for the lateral force-drift relationships or for the damage progress prediction at different stages of the loading.     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

钢筋强度标准值及其分项系数的校准研究

通过对热轧钢筋屈服强度检验数据的分析,认为有关规范对于HRB400钢筋强度标准值的取值略显偏高,钢筋混凝土受拉构件中热轧钢筋的材料强度分项系数宜由目前的1.1提高至1.3左右;笔者还对构件承载力分项系数的表述形式进行了探讨。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。