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混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

第一篇：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查Project#4ofLoadsandStructuralDesignMethodsAutumn,2012荷载与结构设计方法project.4——混凝土结构抗力的基本原理与统计调查ProjectsofUndergraduateCourse“LoadsandStructuralDesignMethods”Page1Project#4ofLoadsandStructuralDesignMethodsAutumn,2012混凝土结构抗力的基本原理与统计调查摘要：建筑结构概率极限状态设计法是以可靠指标β作为衡量结构可靠度的标准。为准确把握当前混凝土结构的可靠度水平,对影响结构可靠度的基本随机变量进行了调查统计分析。为了确定结构的可靠指标值，需要研究结构抗力的统计参数；根据混凝土结构的特点，提出了混凝土结构抗力的非平稳随机过程模型，并建立了预测抗力平均值和标准差的数学模型。1.引言结构在长期使用过程中，由于材料老化、不利环境(如高温、高湿、粉尘及腐蚀介质等)影响、管理使用不当等,必将造成结构某种程度的损伤,这种损伤积累将导致结构承载力下降,耐久性能降低。为预测若干年后结构的抗力水平,则必须建立随时间变化的抗力评价模型。为了研究混凝土抗力的作用原理与建立随时间变化的模型，选取了自2003年1月至2004年12月期间,对西安地区近两年建造的373栋住宅结构进行的抗力的调查数据,取得了一批混凝土强度以及各类钢筋混凝土构件主要几何尺寸的实测数据。应用概率统计方法对钢筋和混凝土强度以及截面尺寸等几何参数进行统计分析,在抗力基本参数经时变化分析基础上,进一步考虑构件抗力的不定性,给出钢筋和混凝土强度以及构件尺寸特征的统计参数与概率分布模型。2.混凝土结构抗力的基本原理在我国现行规范中，常用极限状态来衡量结构是否可靠，并将极限状态方程中的基本变量表达为结构抗力R和荷载效应S两个综合基本变量，这种极限状态常用建筑结构的功能函数来表达，即g(R,S)RS0式中：R—结构的抗力S—结构的荷载效应在设计及评定建筑结构时，按可靠度来控制。在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。若仍仅用结构抗力R和荷载效应S两个综合基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按下式计算。式中：RS2R2S—结构构件的可靠指标S、S—结构构件作用效应的平均值和标准差R、R—结构构件抗力的平均值和标准差这样比较好地考虑了S五种主要的随机因素，即荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析，在运用概率理论处理结构可靠度问题上已达到了水准的水平，即将荷载效应和抗力的有关基本变量均视为随机变量，并运用一次二阶矩的方法建立二者的联合分布和可靠度的概率卷积。这本是一种严格的概率方法，但在分析中却忽略了基本变量随时间变化的关系，即忽视了基本变量的时变性，从而导致现行结构可靠度的评定方ProjectsofUndergraduateCourse“LoadsandStructuralDesignMethods”Page2Project#4ofLoadsandStructuralDesignMethodsAutumn,2012法是一种近似概率方法，据此求得的结构可靠度也是静态可靠度。单就钢筋混凝土结构而言，在使用早期，可靠度一般比设计值有所提高，这是因为在此期间混凝土强度有较大幅度的提高，但钢筋混凝土存在耐久性问题，即其性能会随时间发生退化，使结构的强度、刚度、可靠度降低。同时，由于结构刚度的变化对结构的动力性能生直接影响，从而使结构的动力荷载效应发生变化，并二次影响到结构可靠度。材料强度和几何尺寸是影响结构构件抗力的两个重要因素，也是结构设计中最重要、最复杂的两个参数。影响混凝土结构抗力的因素包括很多方面，一般可归纳为三类，即环境因素、自身因素和受荷因素。环境因素常见的有混凝土的碳化，钢筋的锈蚀，侵蚀性气体、液体的腐蚀以及温度变化的影响；自身因素主要是指混凝土及钢筋强度随时间的衰减、碱集料反应、混凝土的收缩与徐变；受荷因素主要是指高应力幅度、疲劳损伤等。3.混凝土结构抗力的概率模型1、混凝土结构抗力的不定性混凝土结构抗力的不定性仍可分为计算模式不定性、材料性能不定性和几何参数不定性。计算模式不定性主要是抗力评价所采用的基本假定等引起的变异性,如损伤构件平截面假定、混凝土与钢筋之间的粘结力假定等；材料性能不定性和几何参数不定性主要指耐久性损伤的各种变异性,如锈蚀钢筋的力学性能、混凝土抗压强度、混凝土碳化、钢筋锈蚀截面损失、混凝土保护层剥落等。2、混凝土结构抗力的随机过程模型在结构设计时,采用随机变量作为抗力的概率模型,并认为抗力服从对数正态分布。由于服役结构的抗力随服役