鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度分析

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1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度分析摘要：結(jié)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂特性，提出了在非線性隨機(jī)有限元基礎(chǔ)上求解體系可靠度的簡化計(jì)算模型，在此基礎(chǔ)上解決了承載能力極限狀態(tài)下正截面鋼筋混凝土梁體系可靠度及正常使用極限狀態(tài)下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件限制裂縫開展寬度體系可靠度計(jì)算問題，算例分析表明本文方法是合理可行的.關(guān)鍵詞：非線性隨機(jī)有限元；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；體系可靠度SystemReliabilityAnalysisofReinforcedConcreteStructuresAbstract：Inconsiderationofthecracking

2、characteristicsofreinforcedconcretestructures,asimplifiedmodelforcalculatingsystemreliabilitybyuseofnonlinearSFEMispresented.Thus,thesystemreliabilityofbendingRCstructuresunderserviceabilitylimitstatesofcontrollingcrackingwidthissolved.Theanalysisofcalculationexampless

3、howsthatthemethodisreasonableandfeasible.Keywords：nonlinearSFEM;RCstructures;systemreliability　　目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算主要集中在桿件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，有關(guān)非桿件系統(tǒng)的研究極少，本文擬在這方面做一些探索研究.對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)下的可靠度計(jì)算，傳統(tǒng)方法采用規(guī)范給出的驗(yàn)算公式，從而只能人為假定各經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)參數(shù).如果直接在非線性隨機(jī)有限元基礎(chǔ)上求解，可以回避以上困難，從而能在一定程度上解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和正常使

4、用極限狀態(tài)實(shí)際可靠度真值計(jì)算問題.1　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度計(jì)算模型　　要確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度，必須知道其失效模式，對(duì)于鋼筋混凝土桿件結(jié)構(gòu)體系，可用機(jī)構(gòu)分支理論尋求失效模式，但對(duì)屬于非桿件系統(tǒng)的一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于它們的失效模式很復(fù)雜，因而有關(guān)其體系可靠度的求解仍處于初步探索階段.注意到普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞幾乎都是由裂縫開始，最終破壞是在很多裂縫截面中的一個(gè)(或一個(gè)以上)截面上發(fā)生，因此可以利用裂縫截面的破壞性質(zhì)簡化鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度計(jì)算模型.　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常是帶裂縫工作的，從嚴(yán)格意義上講

5、，每個(gè)裂縫截面或大或小都存在破壞的可能，根據(jù)文獻(xiàn)［1］，可以假定任意兩裂縫截面間是不相關(guān)的，若結(jié)構(gòu)構(gòu)件有n個(gè)裂縫截面，那么n中任一截面的破壞都標(biāo)志著整個(gè)系統(tǒng)的失效，從而其系統(tǒng)可靠度問題可模型化為有n個(gè)元件的串聯(lián)系統(tǒng)，每個(gè)裂縫截面對(duì)應(yīng)一種失效模式，一般講各失效模式的失效概率是不同的，在實(shí)際計(jì)算中，對(duì)已求得失效概率的各裂縫截面，可根據(jù)精度要求進(jìn)行篩選，刪除失效概率在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最大失效概率的截面，即保留主要失效模式，最后根據(jù)這些主要失效模式求解體系可靠度.假定主要失效模式數(shù)為n，體系可靠度計(jì)算公式可簡化為［2］：?。?）　　在工程結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)可分兩類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài).以下就這兩種極限狀態(tài)分別討論鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件體系可靠度求解方法.2　承載力極限狀態(tài)鋼筋混凝土梁正截面體系可靠度　　鋼筋混凝土梁根據(jù)梁內(nèi)配筋的多少，可分為適筋梁、超筋梁和少筋梁.對(duì)于鋼筋混凝土單筋矩形截面適筋梁，其失效模式是受拉縱向鋼筋先達(dá)到屈服，經(jīng)一段流幅后，壓區(qū)混凝土邊緣應(yīng)變達(dá)到其極限壓應(yīng)變，最終以該部位混凝土壓碎而喪失承載力，因此對(duì)某一失效模式i可建立相應(yīng)的極限狀態(tài)方程gia（X）＝fy－σs?。?）gib（X）＝εcu－ε2?。?）式中X＝［X1，X2

7、，…X3，Xn］為隨機(jī)向量；fy——鋼筋的屈服強(qiáng)度；σs——鋼筋計(jì)算拉應(yīng)力，，Δσsl為鋼筋單元的增量應(yīng)力，m——增量總級(jí)數(shù)；εcu——混凝土非均勻受壓時(shí)的極限壓應(yīng)變;ε2——壓區(qū)邊緣混凝土主壓應(yīng)變，，Δε2l為混凝土單元的增量主壓應(yīng)變.由于εcu的統(tǒng)計(jì)參數(shù)很難得到，故采用Darwin和Pecknold破壞模式［3］將式（3）等效為用應(yīng)力表示的受壓區(qū)混凝土極限狀態(tài)方程：gib＝（σ2＋3．65σ1）fc－（σ1＋σ2）2?。?）記A為事件gia（X）≤0，B為事件gib（X）≤0，則失效模式i的失效概率為：pfi＝p［gia（X）≤

8、0∩gib（X）≤0］＝p（A∩B）＝p（AB）＝p（A）p（B｜A）?。?）由式（2）可求出受拉鋼筋屈服的可靠指標(biāo)βia及對(duì)應(yīng)的失效概率pfia，即有p（A）＝pfia?。?)再根據(jù)式(4)可求出鋼筋屈服狀態(tài)時(shí)截面受壓區(qū)邊緣混凝土單