鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

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摘 要：工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，賦予結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷龋菇Y(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)能滿足設(shè)計(jì)所預(yù)期的各種功能要求。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)(包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件)必須滿足安全性、適用性和耐久性的要求。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用"基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)適用性和耐久性的研究己逐漸成為研究熱點(diǎn)，而其可靠性分析方法，也正受到越來(lái)越多的關(guān)注。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土    可靠度計(jì)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(jì)算理論的研究現(xiàn)狀
1.1 可靠度計(jì)算
按照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的定義，結(jié)構(gòu)可靠度為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)可靠度理論的研究，起源于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中存在的不確定性的認(rèn)識(shí)，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)決策理論中計(jì)算結(jié)構(gòu)失效概率的需要。
早期的可靠度計(jì)算方法是只考慮隨機(jī)變量平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的所渭“二階矩模式”，可靠度用可靠指標(biāo)表示。這種模式先后有德國(guó)的Mayer.瑞士的Basler、前蘇聯(lián)的爾然尼采和美國(guó)的Comell提出過(guò)，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(diǎn)是形式簡(jiǎn)單，但要求隨機(jī)變量服從正念分布。但在實(shí)際工程當(dāng)中，并不是所有隨機(jī)變量都服從正態(tài)分布，此時(shí)的可靠度指標(biāo)只是可靠度的一個(gè)的近似代用指標(biāo)。直到1973年加拿大學(xué)者Lind在一次二階矩模式的基礎(chǔ)上，采用分離函數(shù)的方式將可靠度指標(biāo)B值表達(dá)成適用于設(shè)計(jì)規(guī)范的分項(xiàng)系數(shù)式，才又重新確立了二階矩模式的地位。我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性理論的研究始于20世紀(jì)50年代，曾討論了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題。
二階矩模式計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度要求結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的表達(dá)式是顯式的。往往實(shí)際工程面對(duì)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)不是一個(gè)簡(jiǎn)單表達(dá)式，這時(shí)可以用有限差分來(lái)求解功能函數(shù)的一階偏導(dǎo)數(shù)。
當(dāng)功能函數(shù)是隱式時(shí)，還有其他求解可靠度的方法，比如蒙特卡羅法及其改進(jìn)法、隨機(jī)有限元法、響應(yīng)面法和改進(jìn)的遺傳算法等。當(dāng)用蒙特卡羅法及其改進(jìn)方法來(lái)求解功能函數(shù)為隱式時(shí)的可靠度問(wèn)題，需要成千上萬(wàn)次模擬，計(jì)算復(fù)雜。隨機(jī)有限元方法是另一種手段，但一般要求隨機(jī)變量的變異系數(shù)較小。響應(yīng)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(guān)鍵是選取合適的方差增大系數(shù)h和一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)，確保擬合曲面g(x)能夠在失效區(qū)域很好的代表真實(shí)曲面，有時(shí)還能計(jì)算出錯(cuò)誤的驗(yàn)算點(diǎn)。
1.2 結(jié)構(gòu)體系可靠度
如果只有當(dāng)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)構(gòu)件都失效時(shí)結(jié)構(gòu)才失效，則稱結(jié)構(gòu)體系為并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系。并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系一般都是超靜定體系，構(gòu)件破壞后會(huì)發(fā)生內(nèi)力重分布，結(jié)構(gòu)體系的可靠度要大于每一個(gè)構(gòu)件的可靠度。對(duì)于靜定結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)每一個(gè)構(gòu)件的失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的失效，稱為串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系。串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系屬最薄弱鏈系統(tǒng)，其可靠度要小于每一個(gè)構(gòu)件的可靠度。一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是由多個(gè)構(gòu)件組成的，通過(guò)力學(xué)方法將結(jié)構(gòu)上荷載的統(tǒng)計(jì)特性轉(zhuǎn)化為構(gòu)件荷載效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性后，若結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計(jì)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(gè)構(gòu)件的可靠度，但每一個(gè)構(gòu)件的可靠度，并不能反映整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠度。事實(shí)上，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算是非常復(fù)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(jié)構(gòu)失效要形成相應(yīng)的失效路徑（模式），而失效路徑可能會(huì)有多個(gè)，所有失效路徑又構(gòu)成一最薄弱鏈系統(tǒng)。為分析方便，實(shí)際中多將并聯(lián)一串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)化為有多個(gè)失效模式構(gòu)成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系，因此研究體系可靠度問(wèn)題就以串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠度問(wèn)題居多。分析結(jié)構(gòu)體系可靠度，首先要尋找結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)的各種失效模式。一般情況下，即使是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體系，其失效模式也非常多，全部搜尋出來(lái)計(jì)算量會(huì)很大。而實(shí)際上，在這些失效模式中，只有失效概率值較大的模式對(duì)結(jié)構(gòu)體系的失效概率有明顯的貢獻(xiàn)，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(jié)構(gòu)主要的失效模式后，再應(yīng)用多個(gè)失效模式的可靠度計(jì)算方法分析結(jié)構(gòu)體系可靠度。目前，已提出多種尋找結(jié)構(gòu)主要失效模式的方法，如網(wǎng)絡(luò)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(luò)搜索法和分支一約界法應(yīng)用較廣，網(wǎng)絡(luò)搜索法首先將所有主要失效模式按彼此相關(guān)的密切程度分成若干組，在每組中選出一個(gè)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(dú)立，再估算結(jié)構(gòu)體系的失效概率。該法的關(guān)鍵是分組標(biāo)準(zhǔn)Pn（相關(guān)系數(shù)）的選?。喝鬚n取得較大，將會(huì)得到偏于保守的結(jié)果；相反，若Pn取得較小，又將得到偏于危險(xiǎn)的結(jié)果；在Pn選取的比較合適時(shí)，才可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。分支約界法首先根據(jù)構(gòu)件截面失效概率的大小形成失效路徑的第一級(jí)分支，對(duì)于每一分支，再根據(jù)構(gòu)件截面失效概率的大小形成失效路徑的第二級(jí)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(dāng)結(jié)構(gòu)剛度矩陣的行列式值為0時(shí)，結(jié)構(gòu)就形成了一個(gè)機(jī)構(gòu)，也就產(chǎn)生了一條失效路徑，整個(gè)過(guò)程要進(jìn)行多次變結(jié)構(gòu)重分析，計(jì)算量非常大，當(dāng)然從尋找主要失效模式的觀點(diǎn)出發(fā)，按照預(yù)先規(guī)定的判斷準(zhǔn)則，在形成失效路徑分支的過(guò)程中，就將對(duì)結(jié)構(gòu)體系失效概率貢獻(xiàn)不大的分支舍棄掉。