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可靠度作业
现役钢筋混凝土框架构件承载力可靠度分析
摘要:影响建筑物承载力可靠性的诸因素,如各类荷载、材料性能、构件尺寸等都是随机变量,而目前的现有建筑物鉴定方法不考虑这些不定因素,这可能导致鉴定结果与建筑物实际情况不符,特别是当这些随机变量的离散率较大时,现有鉴定方法的结果将偏于危险。结构可靠度理论在现有建筑物鉴定中的应用将弥补这一缺陷,有利于提高现役建筑物鉴定的科学性。本文首先介绍用结构可靠度理论分析现役钢筋混凝土框架结构构件承载力可靠性,主要研究了荷载的概率分布、荷载效应组合、可靠度计算。
关键词:现役钢筋混凝土框架,承载力,可靠度
一、现役结构承载力可靠度分析过程
1、现役结构分析的特点
现役结构分析面对的是客观存在的经历一段时期使用的建筑物,必须考虑到如下事实:
(1)对于不确定性的程度与范围,建筑结构设计准则考虑最大的不确定性,包括了各种设计、施工、材料和环境条件。而现役建筑物作为确定的客观事物,受确定的设计、施工、材料和使用环境的制约,使得现役建筑结构遭受不确定性的程度大大降低。当然,对于结构承载力则另当别论。通常条件下,结构承载力随服役时间的增加有退化的趋势,其承载力的不确定性也有所增长。
(2)现役建筑物使用经历提供了对建筑结构的安全性、适用性和耐久性的宏观验证性信息。
(3)建筑结构设计中,获得规定的安全度水平的花费远远低于现役建筑物为达到规定的安全度水平而作加固维修的费用。
(4)现役建筑结构评价服役期一般小于建筑结构设计基准期T(我国T=50年)。按设计荷载评价结构偏于安全。
2、分析步骤
这一过程大致分为三阶段:
(1)统计分析现役钢筋混凝土框架结构上各种作用、材料性能、几何参数等,计算荷载效应均值、构件承载力均值以及各自的均方差;
(2)建立极限状态功能函数,计算各构件节点处截面可靠度指标并进行分级;
(3)寻求体系主要失效模式,计算体系失效概率,对体系承载力安全性进行分级评定。
二、结构构件承载力可靠度分析
1、结构构件破坏模式
构件的破坏性质分为延性和脆性两种。所谓延性破坏指的是构件失效后还能继续承受荷载,其大小等于屈服荷载。脆性破坏则指构件失效后再不能承受任何荷载。
钢筋混凝土结构或构件在荷载作用下往往承受弯矩、轴力、剪力甚至扭矩的作用,根据荷载情况的不同和构件本身的承载力不同,构件可能发生各种形态的破坏,大体上有正截面破坏和斜截面破坏之分。工程中大量碰到的是受弯构件与
偏心受压构件,这些构件的一般破坏性质是延性破坏。有时也会遇到斜截面受剪破坏承载力起控制作用的情况。
由于剪切破坏是脆性破坏,结构构件在破坏前无明显变形或其他预兆,这不利于人员疏散和采取补救措施。因此,人们希望钢筋混凝土框架结构的失效是逐步产生塑性铰,最终结构成为机动体系,欲使梁柱端部塑性铰区在充分塑性转动之前不发生剪切破坏,必须使抗剪承载力可靠性高于该截面抗弯承载力可靠性。
2、荷载效应与构件承载力的分析计算
(1)荷载效应组合
目前工程界常用的有两种较为简便的荷载效应组合模型,一种是JCSS建议的并为欧洲混凝土协会(CEB)和我国《建筑结构可靠度设计统一标准》采用的JCSS组合模型;另一种是美国国家标准和我国铁道部、交通部、。采用JCSS组合模型进行荷载效应组合。其基本假定为:
(1)荷载Q(y)是等时段的平稳随机过程.
(2)荷载Q(y)与荷载效应S(y)间满足式S=CQQ所示的线性关系。
(3)不考虑互斥随机荷载的组合。仅考虑在[0,t]内可能相遇的各种可变荷载的组合并结合经验判断以确定相遇的荷载种类。
(4)当二种荷载取设计基准期最大荷载或时段最大荷载时,其他参与组合的荷载仅在该最大荷载的持续时段内取相对最大荷载,或取任意时点荷载。
一般而言,进行民用建筑结构设计时应考虑的作用有:恒荷载G、持久性楼面活荷载Li(t)、临时性楼面活荷载Lrs (t)、风荷载Wr(t)、雪荷载SY(t)及地震作用。
(2)构件截面承载力的分析计算
结构构件承受作用效应的能力称为结构构件承载力。结构构件承载力是构件材料的力学性能和几何关系的函数。视分析目的不同,结构构件承载力或表现为构件承载能力,或表现为结构构件抵抗变形的能力(如刚度等)。而结构构件承载力不定性则指构成结构构件承载力的因素的变异性。
根据各种材料结构构件的统计和检验,承载力函数中各个基本随机变量大都以95%的置信水平服从对数正态分布。已有建筑结构已是一个客观存在实体,理论上讲承载力表达式中各变量的随机性不存在,其值必须通过实际检测得到。但由于材料性能的不均匀性,检测中得到的材料性能值将是不唯一的,因此在分