學(xué)士畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯-靜荷載作用下框架剪力墻的可靠性4

土木建筑學(xué)院土木0401班焦本君外文翻譯第5頁(yè)共5頁(yè)濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙靜荷載作用下框架剪力墻的可靠性作者：AhmedGhobarah摘要：一種新的精確有效的計(jì)算方法已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)用來(lái)評(píng)價(jià)鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)在受到靜荷載作用時(shí)的可靠性。在一位同僚的論文中，這種方法已經(jīng)被用來(lái)計(jì)算包括地震在內(nèi)的動(dòng)荷載。它將有限元和第一可靠性原則結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生了一種基于有限隨機(jī)的要素的方法。在這種確定性的有限元表示法中，鋼框架體系由梁柱結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出而剪力墻結(jié)構(gòu)由板體系表現(xiàn)出來(lái)，組合在一起的體系的剛度矩陣就形成了。這種確定性的有限元方法可以用計(jì)算機(jī)程序來(lái)檢驗(yàn)。它可以被延用于考慮隨機(jī)情況下的不確定因素。是否有剪力墻加固工事的鋼框架的可靠性被用來(lái)確定在結(jié)構(gòu)在發(fā)揮作用時(shí)的強(qiáng)度和適用性。這種方法在數(shù)字上體現(xiàn)出對(duì)剪力墻的正面效果，特別是在側(cè)向偏差令人滿意而框架性能很弱的時(shí)候。它可以用于對(duì)受靜荷載作用的任何材料和結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠性的評(píng)估。職業(yè)一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這種方法對(duì)于指導(dǎo)尚欠發(fā)展的設(shè)計(jì)工作是很有用的。關(guān)鍵詞：極限狀態(tài)，模擬，剪力墻，靜荷載，鋼框架，有限元。緒論對(duì)各種由不同的體系和材料組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)際可靠性的分析是對(duì)我們專(zhuān)業(yè)人員的挑戰(zhàn)。在大部分情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性可由極限狀態(tài)和正常狀態(tài)（荷載和相關(guān)反力之間不確定的符合相關(guān)規(guī)范的一種函數(shù)關(guān)系）的暗示中得到結(jié)果。這種經(jīng)常會(huì)被用于獲取由不同材料組成的結(jié)構(gòu)體系發(fā)揮作用信息的方法就是有限元法。有限元就是一種普通應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域，適用于簡(jiǎn)單和復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)大分析工具。使用這種方法，對(duì)于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)、各種非線性問(wèn)題、不同的材料和傳力途徑的問(wèn)題的分析將是直截了當(dāng)?shù)摹５?，確定性（限制性）有限元不能分析可變結(jié)構(gòu)。因此不能被用作穩(wěn)定性分析。另一方面，可靠性方法不能真實(shí)地描述結(jié)構(gòu)。如果基本變量不能確定，那么用這種分析方法計(jì)算的結(jié)構(gòu)也是可靠的。如果在分析的每步中，通過(guò)基本量的變化將反應(yīng)中的不確定性限制住，那么這種可靠性分析方法在當(dāng)前還是能普遍使用的。為了獲得這兩種方法令人滿意的結(jié)果，必須要將它們結(jié)合起來(lái)，這樣就有了隨機(jī)有限元的產(chǎn)生。這種框架結(jié)構(gòu)的隨機(jī)有限元法則已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾個(gè)研究人員的發(fā)展了。然而其主要缺點(diǎn)是不能有效地傳遞水平荷載（比如風(fēng)荷載、地震荷載和海浪等）。他們是和結(jié)構(gòu)的柔韌性有關(guān)的。為了增強(qiáng)其側(cè)向剛度，支撐和剪力墻是必需的。Haldar和Gao試圖將支撐用于鋼框架中。他們?cè)谀Ｐ椭惺褂昧撕芏鄻?gòu)架。但是，他們沒(méi)有考慮嘗試使用在S隨機(jī)有限元的文章中提到的可以用二維平面描述的剪力墻。算例為了研究剪力墻系統(tǒng)對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的整體可靠性所起到的作用，在本次研究中我們將以一個(gè)不帶剪力墻系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和一個(gè)帶剪力墻系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)比他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這兩種結(jié)構(gòu)上施加的荷載全部是靜力荷載。在評(píng)定這兩種帶剪力墻和不帶剪力墻的框架結(jié)構(gòu)體系的可靠性時(shí)都采用建議的計(jì)算方法。這種計(jì)算方法的精確度經(jīng)過(guò)了蒙特卡羅模擬法的驗(yàn)證。無(wú)剪力墻框架的可靠性分析首先我們考慮一個(gè)雙跨雙層的框架，見(jiàn)圖2（圖2由圖1去掉剪力墻得來(lái)）。此框架采用A36級(jí)鋼。結(jié)構(gòu)的橫斷面規(guī)格和材料性質(zhì)等在結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)所必須用到的結(jié)構(gòu)特征都統(tǒng)計(jì)在表3中。分別在框架結(jié)構(gòu)上施加恒載，活載和水平荷載。這些荷載的統(tǒng)計(jì)資料在表3中也已給出。在承載力極限狀態(tài)下的測(cè)試中，對(duì)于位于節(jié)點(diǎn)e的最接近臨界狀態(tài)的梁和位于節(jié)點(diǎn)c的最接近臨界狀態(tài)的柱的可靠性的評(píng)定使用在Eqs.(13)和(14)中建議的計(jì)算方法。在正常使用極限狀態(tài)下的測(cè)試中，對(duì)頂層在節(jié)點(diǎn)a處的水平位移和位于節(jié)點(diǎn)d處的橫梁跨中的豎向撓度需要檢查。在Eq.(12)中規(guī)定了對(duì)于框架結(jié)構(gòu)頂層的水平位移最多不能夠超過(guò)h/400,h是框架的高度。因此在本例子中δdriftlimit等于1.83cm。類(lèi)似地，規(guī)定框架橫梁跨中的豎向撓度在未考慮折減的活載作用下最多不能超過(guò)l/360，l是橫梁的跨度。在本例子中，δdeflectionlimit就等于2.54cm。在評(píng)定不同節(jié)點(diǎn)處的相應(yīng)的可靠性指數(shù)和結(jié)構(gòu)破壞的可能性時(shí)考慮了在表3中列出的所有的隨機(jī)變量。在表4中列出了可靠性分析的結(jié)果。對(duì)于不帶剪力墻的框架結(jié)構(gòu)體系，框架梁的破壞的可能性為0.0039，這個(gè)數(shù)據(jù)是在做了一萬(wàn)次模擬實(shí)驗(yàn)后得出來(lái)的。而由于水平位移過(guò)大而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞的可能性為零，考慮到超大型計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)，為得出這個(gè)數(shù)據(jù)做了十萬(wàn)次模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)蒙特卡羅模擬法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列在表4中。當(dāng)?shù)贸龅慕Y(jié)構(gòu)破壞機(jī)率比較大時(shí)，對(duì)于這兩種極限狀態(tài)的分析結(jié)果非常接近。然而，當(dāng)?shù)贸龅慕Y(jié)構(gòu)破壞機(jī)率相對(duì)小時(shí)，兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差別就比較明顯了，從結(jié)果中可以看出建議的計(jì)算方法可以應(yīng)用于估計(jì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的可靠性。結(jié)構(gòu)框架中的橫梁和柱的可靠性指數(shù)一般都可以滿足結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)。關(guān)于結(jié)構(gòu)橫梁的豎向撓度的可靠性也可以滿足結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)。然而，框架結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下的彎曲程度相當(dāng)嚴(yán)重?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)率的主要因素就是由于節(jié)點(diǎn)a處的水平位移太大而引起的。因此，在這種情況下框架結(jié)構(gòu)就必須在水平方向做強(qiáng)化處理，否則是不可接受的，而此時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用的極限狀態(tài)時(shí)正常使用極限狀態(tài)。表三：基本的隨機(jī)變量項(xiàng)目變量額定值額定系數(shù)變異系數(shù)分布注釋框架E(Mpa)2.00E+051.00.06對(duì)數(shù)常態(tài)——Ab(cm2)113.61.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)梁截面18×60Ib(cm4)409571.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)——Zb(cm3)20151.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)——Ac(cm2)109.71.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)柱截面12×58Ic(cm4)197701.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)——Zc(cm3)1415.81.00.05對(duì)數(shù)常態(tài)——Fy(Mpa)248.211.050.10對(duì)數(shù)常態(tài)——剪力墻Ec(Mpa)2.14E+041.00.18對(duì)數(shù)常態(tài)Fc=20.68(Mpa)ν0.171.00.10對(duì)數(shù)常態(tài)——荷載D(KN/m)29.21.00.10對(duì)數(shù)常態(tài)——L(KN/m)17.521.00.25類(lèi)型Ⅰ——H(KN)125.530.780.37類(lèi)型Ⅰ——注：b＝梁，c＝柱。表四：有剪力墻框架和無(wú)剪力墻框架的實(shí)驗(yàn)結(jié)果執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)位置SFEM蒙特卡羅模擬法βPfPf無(wú)剪力墻的框架承載力標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)cd2.6590.00390.0134節(jié)點(diǎn)eg2.2310.01290.0282正常使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)a0.0600.47610.4740節(jié)點(diǎn)d5.341≈0.00.0有剪力墻的框架承載力標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)eg3.1660.000760.00212正常使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)a5.290≈0.00.0注：β＝安全指數(shù)，Pf＝結(jié)構(gòu)破壞幾率有剪力墻的結(jié)構(gòu)框架體系的可靠性分析將圖2中的框架結(jié)構(gòu)用剪力墻系統(tǒng)加強(qiáng)后就變成了圖1中的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于剪力墻系統(tǒng)，我們要考慮兩種與剪力墻相關(guān)的附加變量，Ec和v，在表3中已經(jīng)給出這兩種變量的統(tǒng)計(jì)信息。我們假定本結(jié)構(gòu)是由五個(gè)在每一個(gè)樓層平面都采用剛接的相同的框架組成，并且只有本建筑中心的框架帶有剪力墻系統(tǒng)。雖然剪力墻的結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)定為12.7cm，但是考慮到此結(jié)構(gòu)共包括五個(gè)相同的框架再加上每層樓板的剛性效應(yīng)，因此本例中剪力墻最后分到每榀框架的實(shí)際有效厚度假定為2.54cm。在這個(gè)框剪聯(lián)合系統(tǒng)上將要施加三種靜力荷載，在表3中也已給出。在每個(gè)剪力墻上的橫向張拉應(yīng)力超出了混凝土的規(guī)定抗拉強(qiáng)度之后，剪力墻系統(tǒng)的剛度就被削弱，減少到了初始剛度的40%。在計(jì)算此框剪聯(lián)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)破壞可能性時(shí)采用了建議的計(jì)算方法。在承載力極限狀態(tài)下的測(cè)試中，需要測(cè)試的是框架柱的結(jié)構(gòu)破壞指數(shù)，在本例中以圖1和圖2中節(jié)點(diǎn)eg為代表。在正常使用極限狀態(tài)下的測(cè)試中，需要測(cè)試此聯(lián)合系統(tǒng)的頂部（在圖1和圖2的節(jié)點(diǎn)a處）的水平位移所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞指數(shù)。本次測(cè)試的結(jié)果記錄在表4中。同上文一樣，在承載力極限狀態(tài)下的測(cè)試中共做了一萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)，在正常使用極限狀態(tài)下的測(cè)試中共做了十萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)。對(duì)于這兩種極限狀態(tài)的測(cè)試，由建議的計(jì)算方法和通過(guò)蒙特卡羅模擬法得出的結(jié)構(gòu)的可靠性指數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相同。因此通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可明顯得出如下結(jié)論：建議的計(jì)算方法可以應(yīng)用于對(duì)框架－剪力墻聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系在靜力載荷作用下的結(jié)構(gòu)破壞可能性的分析當(dāng)中。剪力墻系統(tǒng)的使用并沒(méi)有對(duì)框架柱的可靠性產(chǎn)生任何影響。然而，由于剪力墻的作用使得框架結(jié)構(gòu)頂部的水平位移顯著地減小了，從而使得這種聯(lián)合體系在正常使用極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)率幾乎減小到零。這才是剪力墻系統(tǒng)的作用所在。對(duì)于這種聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系，起控制作用的極限狀態(tài)從正常使用極限狀態(tài)變成了承載力極限狀態(tài)。這個(gè)簡(jiǎn)單的例子清晰的證明了剪力墻系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)承受水平荷載時(shí)是相當(dāng)有益的。同時(shí)它也證明了建議的計(jì)算方法可以應(yīng)用于在靜力載荷作用下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)可靠性分析當(dāng)中，從而擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算方法的選用范圍?？偨Y(jié)本次研究成功的開(kāi)發(fā)出了一個(gè)具有足夠精確度的高效的計(jì)算方法用以評(píng)定鋼框架和鋼筋混凝土剪力墻聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系的可靠性。在本算法當(dāng)中鋼框架采用框架梁－柱單元來(lái)表示，鋼筋混凝土剪力墻采用平板單元來(lái)表示。本文中還建議大家使用一個(gè)隨機(jī)的立足于有限單元法的研究方法，包括結(jié)構(gòu)可靠性分析方法、一級(jí)可靠度結(jié)構(gòu)的分析步驟和有限單元法。無(wú)論是帶剪力墻系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)體系還是一個(gè)不帶剪力墻系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)體系，在評(píng)定他們的結(jié)構(gòu)可靠性時(shí)都需要同時(shí)考慮對(duì)結(jié)構(gòu)承載力極限和滿足正常使用功能的要求。本文中得出的結(jié)果都經(jīng)過(guò)蒙特卡羅模擬法的驗(yàn)證。本文中建議的基于有限單元法的隨機(jī)計(jì)算方法對(duì)于分析一個(gè)框架－剪力墻聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系在靜力荷載作用下的系統(tǒng)可靠性是非常合適的。無(wú)論是對(duì)于結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)還是正常使用極限狀態(tài)的分析，采用本方法所得出來(lái)的結(jié)論與采用蒙特卡羅模擬法的出的結(jié)果是一樣的。與最初設(shè)想的一樣，本次研究表明了剪力墻系統(tǒng)對(duì)于框架結(jié)構(gòu)體系與水平位移相關(guān)的結(jié)構(gòu)可靠度的提高是有好處的。本文建議的計(jì)算方法對(duì)于評(píng)定一個(gè)鋼框架和鋼筋混凝土剪力墻聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)可靠性這一領(lǐng)域的作用是獨(dú)一無(wú)二的。這種計(jì)算方法能提供筋骨阿的高效的結(jié)果，而且還可以應(yīng)用于評(píng)定復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的可靠性當(dāng)中。這種計(jì)算方法說(shuō)明了為什么可靠性算法可以被應(yīng)用于評(píng)定一個(gè)真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系的破壞機(jī)率并且得出結(jié)構(gòu)真實(shí)的力學(xué)屬性。這種計(jì)算方法在今后的基于實(shí)際工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針的行業(yè)發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中將起到一定的積極作用。參考文獻(xiàn)[1]ChaallalO,NolletM-J,PerratonD.由外貼碳纖維布方條狀的鋼筋混凝土梁加強(qiáng)剪切?；旌辖Y(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)。美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)1998;2(2):111–3.

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