钢筋混凝土结构的可靠性鉴定

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摘 要：工程建筑结构设计的基本目的是在一定的经济条件下，赋予结构以适当的可靠度，使结构在预定的使用期限内能满足设计所预期的各种功能要求。一般来说，结构(包括结构构件)必须满足安全性、适用性和耐久性的要求。我国现行国家标准规定，结构设计采用"基于概率的极限状态设计方法"，并将极限状态分为两类:承载力极限状态和正常使用极限状态。目前，混凝土结构适用性和耐久性的研究己逐渐成为研究热点，而其可靠性分析方法，也正受到越来越多的关注。
关键词：钢筋混凝土    可靠度计算    鉴定方法
 
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 可靠度计算理论的研究现状
1.1 可靠度计算
按照现行结构可靠度设计标准的定义，结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。结构可靠度理论的研究，起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的不确定性的认识，以及结构设计风险决策理论中计算结构失效概率的需要。
早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所渭“二阶矩模式”，可靠度用可靠指标表示。这种模式先后有德国的Mayer.瑞士的Basler、前苏联的尔然尼采和美国的Comell提出过，但只是在Cornell之后，二阶矩模式才得到重视。二阶矩模式的特点是形式简单，但要求随机变量服从正念分布。但在实际工程当中，并不是所有随机变量都服从正态分布，此时的可靠度指标只是可靠度的一个的近似代用指标。直到1973年加拿大学者Lind在一次二阶矩模式的基础上，采用分离函数的方式将可靠度指标B值表达成适用于设计规范的分项系数式，才又重新确立了二阶矩模式的地位。我国对结构可靠性理论的研究始于20世纪50年代，曾讨论了数理统计方法在结构设计中的应用问题。
二阶矩模式计算结构可靠度要求结构功能函数的表达式是显式的。往往实际工程面对的结构功能函数不是一个简单表达式，这时可以用有限差分来求解功能函数的一阶偏导数。
当功能函数是隐式时，还有其他求解可靠度的方法，比如蒙特卡罗法及其改进法、随机有限元法、响应面法和改进的遗传算法等。当用蒙特卡罗法及其改进方法来求解功能函数为隐式时的可靠度问题，需要成千上万次模拟，计算复杂。随机有限元方法是另一种手段，但一般要求随机变量的变异系数较小。响应面方法的求解精度取决于所研究的极限状态面（线）的特征，该方法的关键是选取合适的方差增大系数h和一个合适的标准，确保拟合曲面g(x)能够在失效区域很好的代表真实曲面，有时还能计算出错误的验算点。
1.2 结构体系可靠度
如果只有当结构中的每一个构件都失效时结构才失效，则称结构体系为并联结构体系。并联结构体系一般都是超静定体系，构件破坏后会发生内力重分布，结构体系的可靠度要大于每一个构件的可靠度。对于静定结构体系，结构每一个构件的失效都会导致整个结构体系的失效，称为串联结构体系。串联结构体系属最薄弱链系统，其可靠度要小于每一个构件的可靠度。一个复杂的结构往往是由多个构件组成的，通过力学方法将结构上荷载的统计特性转化为构件荷载效应的统计特性后，若结构构件的抗力统计特性也是已知，则可由前面介绍的一次二阶矩方法分析每一个构件的可靠度，但每一个构件的可靠度，并不能反映整个结构体系的可靠度。事实上，整个结构体系可靠度的计算是非常复杂的，大多数都是以并联一串联体系形式而存在的，按照并联方式，结构失效要形成相应的失效路径（模式），而失效路径可能会有多个，所有失效路径又构成一最薄弱链系统。为分析方便，实际中多将并联一串联结构体系简化为有多个失效模式构成的串联结构体系，因此研究体系可靠度问题就以串联结构体系的可靠度问题居多。分析结构体系可靠度，首先要寻找结构可能会出现的各种失效模式。一般情况下，即使是一个非常简单的结构体系，其失效模式也非常多，全部搜寻出来计算量会很大。而实际上，在这些失效模式中，只有失效概率值较大的模式对结构体系的失效概率有明显的贡献，称为主要失效模式，其他的失效模式则可以忽略掉，所以分析中只考虑这些主要的失效模式即可。找到结构主要的失效模式后，再应用多个失效模式的可靠度计算方法分析结构体系可靠度。目前，已提出多种寻找结构主要失效模式的方法，如网络搜索法、分支约界法、荷载增量法、B约界法、截止枚举法等。其中网络搜索法和分支一约界法应用较广，网络搜索法首先将所有主要失效模式按彼此相关的密切程度分成若干组，在每组中选出一个失效概率最大的失效模式作为代表性失效模式，然后假定各代表性失效模式相互独立，再估算结构体系的失效概率。该法的关键是分组标准Pn（相关系数）的选取：若Pn取得较大，将会得到偏于保守的结果；相反，若Pn取得较小，又将得到偏于危险的结果；在Pn选取的比较合适时，才可以得到比较准确的结果。分支约界法首先根据构件截面失效概率的大小形成失效路径的第一级分支，对于每一分支，再根据构件截面失效概率的大小形成失效路径的第二级分支，在塑性铰形成后的下一步分析中，都将截面的抗力视为外荷载，当结构刚度矩阵的行列式值为0时，结构就形成了一个机构，也就产生了一条失效路径，整个过程要进行多次变结构重分析，计算量非常大，当然从寻找主要失效模式的观点出发，按照预先规定的判断准则，在形成失效路径分支的过程中，就将对结构体系失效概率贡献不大的分支舍弃掉。