鋼筋混凝土結構的可靠性鑒定

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摘 要：工程建筑結構設計的基本目的是在一定的經(jīng)濟條件下，賦予結構以適當?shù)目煽慷?，使結構在預定的使用期限內(nèi)能滿足設計所預期的各種功能要求。一般來說，結構(包括結構構件)必須滿足安全性、適用性和耐久性的要求。我國現(xiàn)行國家標準規(guī)定，結構設計采用"基于概率的極限狀態(tài)設計方法"，并將極限狀態(tài)分為兩類:承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。目前，混凝土結構適用性和耐久性的研究己逐漸成為研究熱點，而其可靠性分析方法，也正受到越來越多的關注。
關鍵詞：鋼筋混凝土    可靠度計算    鑒定方法
 
The reliability of the reinforced concrete structure identification
Hu qiangsheng
(Jiangsu university of science and technology   civil architecture and engineering college zhenjiang)
 
Abstract: The basic purpose of civil engineering construction structure design, under a certain economic conditions, is to give a appropriate reliability for the structure and make sure all sorts of function requirement available in expected time. Generally speaking, structure should fulfill the safety, applicability and durability requirements. In china, the current national standard, the structure design is named “based on the probability of the limit state design method”, and also divided into two types: the ultimate state and bearing capacity of normal use limit state. At present, the durability of concrete structure and applicability have gradually become the research focus, after all, the reliability analysis method is receiving more and more attention.
Keywords: reinforced concrete    reliability calculation    appraisal method
1 可靠度計算理論的研究現(xiàn)狀
1.1 可靠度計算
按照現(xiàn)行結構可靠度設計標準的定義，結構可靠度為結構在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預定功能的概率。結構可靠度理論的研究，起源于對結構設計、施工和使用過程中存在的不確定性的認識，以及結構設計風險決策理論中計算結構失效概率的需要。
早期的可靠度計算方法是只考慮隨機變量平均值和標準差的所渭“二階矩模式”，可靠度用可靠指標表示。這種模式先后有德國的Mayer.瑞士的Basler、前蘇聯(lián)的爾然尼采和美國的Comell提出過，但只是在Cornell之后，二階矩模式才得到重視。二階矩模式的特點是形式簡單，但要求隨機變量服從正念分布。但在實際工程當中，并不是所有隨機變量都服從正態(tài)分布，此時的可靠度指標只是可靠度的一個的近似代用指標。直到1973年加拿大學者Lind在一次二階矩模式的基礎上，采用分離函數(shù)的方式將可靠度指標B值表達成適用于設計規(guī)范的分項系數(shù)式，才又重新確立了二階矩模式的地位。我國對結構可靠性理論的研究始于20世紀50年代，曾討論了數(shù)理統(tǒng)計方法在結構設計中的應用問題。
二階矩模式計算結構可靠度要求結構功能函數(shù)的表達式是顯式的。往往實際工程面對的結構功能函數(shù)不是一個簡單表達式，這時可以用有限差分來求解功能函數(shù)的一階偏導數(shù)。
當功能函數(shù)是隱式時，還有其他求解可靠度的方法，比如蒙特卡羅法及其改進法、隨機有限元法、響應面法和改進的遺傳算法等。當用蒙特卡羅法及其改進方法來求解功能函數(shù)為隱式時的可靠度問題，需要成千上萬次模擬，計算復雜。隨機有限元方法是另一種手段，但一般要求隨機變量的變異系數(shù)較小。響應面方法的求解精度取決于所研究的極限狀態(tài)面（線）的特征，該方法的關鍵是選取合適的方差增大系數(shù)h和一個合適的標準，確保擬合曲面g(x)能夠在失效區(qū)域很好的代表真實曲面，有時還能計算出錯誤的驗算點。
1.2 結構體系可靠度
如果只有當結構中的每一個構件都失效時結構才失效，則稱結構體系為并聯(lián)結構體系。并聯(lián)結構體系一般都是超靜定體系，構件破壞后會發(fā)生內(nèi)力重分布，結構體系的可靠度要大于每一個構件的可靠度。對于靜定結構體系，結構每一個構件的失效都會導致整個結構體系的失效，稱為串聯(lián)結構體系。串聯(lián)結構體系屬最薄弱鏈系統(tǒng)，其可靠度要小于每一個構件的可靠度。一個復雜的結構往往是由多個構件組成的，通過力學方法將結構上荷載的統(tǒng)計特性轉化為構件荷載效應的統(tǒng)計特性后，若結構構件的抗力統(tǒng)計特性也是已知，則可由前面介紹的一次二階矩方法分析每一個構件的可靠度，但每一個構件的可靠度，并不能反映整個結構體系的可靠度。事實上，整個結構體系可靠度的計算是非常復雜的，大多數(shù)都是以并聯(lián)一串聯(lián)體系形式而存在的，按照并聯(lián)方式，結構失效要形成相應的失效路徑（模式），而失效路徑可能會有多個，所有失效路徑又構成一最薄弱鏈系統(tǒng)。為分析方便，實際中多將并聯(lián)一串聯(lián)結構體系簡化為有多個失效模式構成的串聯(lián)結構體系，因此研究體系可靠度問題就以串聯(lián)結構體系的可靠度問題居多。分析結構體系可靠度，首先要尋找結構可能會出現(xiàn)的各種失效模式。一般情況下，即使是一個非常簡單的結構體系，其失效模式也非常多，全部搜尋出來計算量會很大。而實際上，在這些失效模式中，只有失效概率值較大的模式對結構體系的失效概率有明顯的貢獻，稱為主要失效模式，其他的失效模式則可以忽略掉，所以分析中只考慮這些主要的失效模式即可。找到結構主要的失效模式后，再應用多個失效模式的可靠度計算方法分析結構體系可靠度。目前，已提出多種尋找結構主要失效模式的方法，如網(wǎng)絡搜索法、分支約界法、荷載增量法、B約界法、截止枚舉法等。其中網(wǎng)絡搜索法和分支一約界法應用較廣，網(wǎng)絡搜索法首先將所有主要失效模式按彼此相關的密切程度分成若干組，在每組中選出一個失效概率最大的失效模式作為代表性失效模式，然后假定各代表性失效模式相互獨立，再估算結構體系的失效概率。該法的關鍵是分組標準Pn（相關系數(shù)）的選?。喝鬚n取得較大，將會得到偏于保守的結果；相反，若Pn取得較小，又將得到偏于危險的結果；在Pn選取的比較合適時，才可以得到比較準確的結果。分支約界法首先根據(jù)構件截面失效概率的大小形成失效路徑的第一級分支，對于每一分支，再根據(jù)構件截面失效概率的大小形成失效路徑的第二級分支，在塑性鉸形成后的下一步分析中，都將截面的抗力視為外荷載，當結構剛度矩陣的行列式值為0時，結構就形成了一個機構，也就產(chǎn)生了一條失效路徑，整個過程要進行多次變結構重分析，計算量非常大，當然從尋找主要失效模式的觀點出發(fā)，按照預先規(guī)定的判斷準則，在形成失效路徑分支的過程中，就將對結構體系失效概率貢獻不大的分支舍棄掉。