钢筋混凝土结构构件体系可靠度分析

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1、钢筋混凝土结构构件体系可靠度分析摘要：结合钢筋混凝土结构构件的开裂特性，提出了在非线性随机有限元基础上求解体系可靠度的简化计算模型，在此基础上解决了承载能力极限状态下正截面钢筋混凝土梁体系可靠度及正常使用极限状态下钢筋混凝土结构构件限制裂缝开展宽度体系可靠度计算问题，算例分析表明本文方法是合理可行的.关键词：非线性随机有限元；钢筋混凝土结构；体系可靠度SystemReliabilityAnalysisofReinforcedConcreteStructuresAbstract：Inconsiderationofthecracking

2、characteristicsofreinforcedconcretestructures,asimplifiedmodelforcalculatingsystemreliabilitybyuseofnonlinearSFEMispresented.Thus,thesystemreliabilityofbendingRCstructuresunderserviceabilitylimitstatesofcontrollingcrackingwidthissolved.Theanalysisofcalculationexampless

3、howsthatthemethodisreasonableandfeasible.Keywords：nonlinearSFEM;RCstructures;systemreliability　　目前，钢筋混凝土结构的可靠度计算主要集中在杆件结构系统，有关非杆件系统的研究极少，本文拟在这方面做一些探索研究.对钢筋混凝土结构构件正常使用极限状态下的可靠度计算，传统方法采用规范给出的验算公式，从而只能人为假定各经验系数的统计参数.如果直接在非线性随机有限元基础上求解，可以回避以上困难，从而能在一定程度上解决钢筋混凝土结构构件承载能力和正常使

4、用极限状态实际可靠度真值计算问题.1　钢筋混凝土结构构件体系可靠度计算模型　　要确定结构构件体系可靠度，必须知道其失效模式，对于钢筋混凝土杆件结构体系，可用机构分支理论寻求失效模式，但对属于非杆件系统的一般钢筋混凝土结构构件，由于它们的失效模式很复杂，因而有关其体系可靠度的求解仍处于初步探索阶段.注意到普通钢筋混凝土结构构件的破坏几乎都是由裂缝开始，最终破坏是在很多裂缝截面中的一个(或一个以上)截面上发生，因此可以利用裂缝截面的破坏性质简化钢筋混凝土结构构件体系可靠度计算模型.　　钢筋混凝土结构构件通常是带裂缝工作的，从严格意义上讲

5、，每个裂缝截面或大或小都存在破坏的可能，根据文献［1］，可以假定任意两裂缝截面间是不相关的，若结构构件有n个裂缝截面，那么n中任一截面的破坏都标志着整个系统的失效，从而其系统可靠度问题可模型化为有n个元件的串联系统，每个裂缝截面对应一种失效模式，一般讲各失效模式的失效概率是不同的，在实际计算中，对已求得失效概率的各裂缝截面，可根据精度要求进行筛选，删除失效概率在数量级上远远小于最大失效概率的截面，即保留主要失效模式，最后根据这些主要失效模式求解体系可靠度.假定主要失效模式数为n，体系可靠度计算公式可简化为［2］：　（1）　　在工程结

6、构设计中，结构构件的极限状态可分两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态.以下就这两种极限状态分别讨论钢筋混凝土结构构件体系可靠度求解方法.2　承载力极限状态钢筋混凝土梁正截面体系可靠度　　钢筋混凝土梁根据梁内配筋的多少，可分为适筋梁、超筋梁和少筋梁.对于钢筋混凝土单筋矩形截面适筋梁，其失效模式是受拉纵向钢筋先达到屈服，经一段流幅后，压区混凝土边缘应变达到其极限压应变，最终以该部位混凝土压碎而丧失承载力，因此对某一失效模式i可建立相应的极限状态方程gia（X）＝fy－σs　（2）gib（X）＝εcu－ε2　（3）式中X＝［X1，X2

7、，…X3，Xn］为随机向量；fy——钢筋的屈服强度；σs——钢筋计算拉应力，，Δσsl为钢筋单元的增量应力，m——增量总级数；εcu——混凝土非均匀受压时的极限压应变;ε2——压区边缘混凝土主压应变，，Δε2l为混凝土单元的增量主压应变.由于εcu的统计参数很难得到，故采用Darwin和Pecknold破坏模式［3］将式（3）等效为用应力表示的受压区混凝土极限状态方程：gib＝（σ2＋3．65σ1）fc－（σ1＋σ2）2　（4）记A为事件gia（X）≤0，B为事件gib（X）≤0，则失效模式i的失效概率为：pfi＝p［gia（X）≤

8、0∩gib（X）≤0］＝p（A∩B）＝p（AB）＝p（A）p（B｜A）　（5）由式（2）可求出受拉钢筋屈服的可靠指标βia及对应的失效概率pfia，即有p（A）＝pfia　（6)再根据式(4)可求出钢筋屈服状态时截面受压区边缘混凝土单