【博士】既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)安全性評定方法研究

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　　【學(xué)位年度】2008　　【摘要】　　 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛。對在役大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的安全性評定越來越受到人們的關(guān)注。根據(jù)我國土木工程防災(zāi)救災(zāi)策略，非常有必要對大型鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全性進(jìn)行定期的和/或災(zāi)害后的合理檢測與評定。然而，現(xiàn)有的安全性評定方法多針對既有混凝土結(jié)構(gòu)，關(guān)于既有大跨空間鋼結(jié)構(gòu)安全性評定方法的研究文獻(xiàn)或成果卻很少。本文以上海市工程建設(shè)規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)規(guī)程》的課題研究為依托，對既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的安全性評定方法進(jìn)行研究。 通過對現(xiàn)行既有結(jié)構(gòu)檢測與鑒定規(guī)范中的鑒定對象、可靠度水平、鑒定體系以及評級標(biāo)準(zhǔn)等方面的分析比較。本文認(rèn)為，既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的實用安全性評定方法應(yīng)參照現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)檢測與鑒定體系的框架制定，可通過對不同種類構(gòu)件安全性等級的評定確定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性等級，并在此基礎(chǔ)上考慮不同種類構(gòu)件的重要性系數(shù)，即權(quán)重系數(shù)。 在對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件權(quán)重系數(shù)確定方法進(jìn)行總結(jié)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的特點，提出了一種確定此類結(jié)構(gòu)構(gòu)件權(quán)重系數(shù)的計算方法，通過建立不同類型構(gòu)件剛度與結(jié)構(gòu)整體極限承載力間的關(guān)系，計算不同類型構(gòu)件的權(quán)重系數(shù)。通過對算例的分析計算，驗證了方法的有效性。這種權(quán)重計算方法克服了傳統(tǒng)權(quán)重計算方法的主觀性，可準(zhǔn)確地反映在結(jié)構(gòu)安全性評定中不同構(gòu)件對結(jié)構(gòu)極限承載力影響的重要程度。 進(jìn)行了既有建筑結(jié)構(gòu)可靠度水準(zhǔn)分析研究。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB500682001)規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠度指標(biāo)，提出了一種新的二等級既有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，期望用以取代現(xiàn)行常規(guī)鑒定規(guī)范中的四等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。在對既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性等級評定時，采用分項系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值形式表達(dá)既有構(gòu)件承載力驗算公式。通過對結(jié)構(gòu)的荷載模型和構(gòu)件抗力模型分析討論，在現(xiàn)有幾類荷載統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，假定既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的屋面活荷載服從極值I型分布，且變異系數(shù)與辦公樓臨時性活荷載相同，回歸得到了既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的屋面活荷載分布函數(shù)?；诳煽慷壤碚摚ㄟ^編程計算，得出了不同目標(biāo)使用期內(nèi)幾類荷載的標(biāo)準(zhǔn)值以及對應(yīng)的荷載與抗力分項系數(shù)。 對既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的實用評定方法進(jìn)行了研究。基于此類結(jié)構(gòu)的失效機理，提出了大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)安全性評定的實用方法與評定流程。在綜合各類構(gòu)件權(quán)重系數(shù)的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性等級進(jìn)行分類，并依據(jù)構(gòu)件的安全性評價準(zhǔn)則，劃分了不同重要性構(gòu)件的安全性等級，得出了結(jié)構(gòu)整體承載安全性等級的劃分依據(jù)。綜合結(jié)構(gòu)的完整性等級及整體穩(wěn)定性，提出了既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的安全性評定步驟。 與上述方法不同，本文基于系統(tǒng)可靠度理論，從結(jié)構(gòu)整體角度對既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的安全性評定方法進(jìn)行了探索性研究。對結(jié)構(gòu)可能的失效模式進(jìn)行分析，結(jié)合既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)的失效特點，確定了結(jié)構(gòu)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)整體的失效準(zhǔn)則。通過對內(nèi)力重分布分析方法的改進(jìn)，提出了一種用于尋找既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)失效路徑的內(nèi)力重分布的計算方法。確定了結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)計算流程以及既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)安全性評定步驟。最后以一個網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，給出從整體角度評定既有大型剛性空間鋼結(jié)構(gòu)安全性的完整過程，驗證了本文方法的可行性。 　　共130頁

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