混凝土結(jié)構(gòu)抗力的基本原理與統(tǒng)計調(diào)查

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，呂大剛Project#4ofLoadsandStructuralDesignMethodsAutumn,2012PAGE2ProjectsofUndergraduateCourse"LoadsandStructuralDesignMethods"PagePAGE5荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法project.4——混凝土結(jié)構(gòu)抗力的基本原理與統(tǒng)計調(diào)查

混凝土結(jié)構(gòu)抗力的基本原理與統(tǒng)計調(diào)查摘要：建筑結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計法是以可靠指標(biāo)β作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的標(biāo)準(zhǔn)。為準(zhǔn)確把握當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)的可靠度水平,對影響結(jié)構(gòu)可靠度的基本隨機變量進行了調(diào)查統(tǒng)計分析。為了確定結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)值，需要研究結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計參數(shù)；根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的特點，提出了混凝土結(jié)構(gòu)抗力的非平穩(wěn)隨機過程模型，并建立了預(yù)測抗力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)學(xué)模型。引言結(jié)構(gòu)在長期使用過程中，由于材料老化、不利環(huán)境(如高溫、高濕、粉塵及腐蝕介質(zhì)等)影響、管理使用不當(dāng)?shù)?必將造成結(jié)構(gòu)某種程度的損傷,這種損傷積累將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降,耐久性能降低。為預(yù)測若干年后結(jié)構(gòu)的抗力水平,則必須建立隨時間變化的抗力評價模型。為了研究混凝土抗力的作用原理與建立隨時間變化的模型，選取了自2003年1月至2004年12月期間,對西安地區(qū)近兩年建造的373棟住宅結(jié)構(gòu)進行的抗力的調(diào)查數(shù)據(jù),取得了一批混凝土強度以及各類鋼筋混凝土構(gòu)件主要幾何尺寸的實測數(shù)據(jù)。應(yīng)用概率統(tǒng)計方法對鋼筋和混凝土強度以及截面尺寸等幾何參數(shù)進行統(tǒng)計分析,在抗力基本參數(shù)經(jīng)時變化分析基礎(chǔ)上,進一步考慮構(gòu)件抗力的不定性,給出鋼筋和混凝土強度以及構(gòu)件尺寸特征的統(tǒng)計參數(shù)與概率分布模型。2.混凝土結(jié)構(gòu)抗力的基本原理在我國現(xiàn)行規(guī)范中，常用極限狀態(tài)來衡量結(jié)構(gòu)是否可靠，并將極限狀態(tài)方程中的基本變量表達為結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)兩個綜合基本變量，這種極限狀態(tài)常用建筑結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來表達，即式中：—結(jié)構(gòu)的抗力—結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)在設(shè)計及評定建筑結(jié)構(gòu)時，按可靠度來控制。在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。若仍僅用結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)兩個綜合基本變量且均按正態(tài)分布時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)可按下式計算。式中：—結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)、—結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 、—結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差這樣比較好地考慮了五種主要的隨機因素，即荷載、荷載效應(yīng)、材料強度、施工誤差和抗力分析，在運用概率理論處理結(jié)構(gòu)可靠度問題上已達到了水準(zhǔn)的水平，即將荷載效應(yīng)和抗力的有關(guān)基本變量均視為隨機變量，并運用一次二階矩的方法建立二者的聯(lián)合分布和可靠度的概率卷積。這本是一種嚴(yán)格的概率方法，但在分析中卻忽略了基本變量隨時間變化的關(guān)系，即忽視了基本變量的時變性，從而導(dǎo)致現(xiàn)行結(jié)構(gòu)可靠度的評定方法是一種近似概率方法，據(jù)此求得的結(jié)構(gòu)可靠度也是靜態(tài)可靠度。單就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，在使用早期，可從上表可以看出，施工單位的不同對混凝土強度的影響較大，雖然平均值都超過了30MPa，但變異較大，有些甚至達不到設(shè)計要求。（2）鋼筋。本次調(diào)查測試取得了鋼筋屈服強度數(shù)據(jù)5236組。各鋼筋種類的統(tǒng)計分析結(jié)果如下表所示。鋼筋屈服強度表對三種類型的鋼筋強度分別進行統(tǒng)計檢驗,較好服從正態(tài)分布。下圖為本次測試的HPB235鋼筋的強度分布直方圖，圖中曲線為相應(yīng)的正態(tài)分布曲線.由此可見，工程上可用正態(tài)分布作為鋼筋屈服強度的概率分布模型。鋼筋屈服強度直方圖5.混凝土結(jié)構(gòu)強度的代表值與抗力系數(shù)（1）強度標(biāo)準(zhǔn)值：為保證設(shè)計時材料強度取值的可靠性，一般對同一等級的材料，取具有一定保證率的強度值作為該等級強度的標(biāo)準(zhǔn)值。《規(guī)范》規(guī)定材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率,即：材料強度平均值：變異系數(shù)，C40級以下混凝土，=0.12；對C60級=0.10；對C80級，=0.08?；炷亮⒎襟w強度標(biāo)準(zhǔn)值即為混凝土強度等級?！兑?guī)范》采用如下的折減系數(shù)：實際結(jié)構(gòu)與實驗室差別的折減系數(shù)，取。混凝土脆性折減系數(shù)，對C40及其以下的混凝土取，對C80取，中間線性插值。因此，混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為：混凝土軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為：（2）強度設(shè)計值：為保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計安全性，《規(guī)范》進一步引入材料強度分項系數(shù)對材料強度標(biāo)準(zhǔn)值進行折減，折減后的強度指標(biāo)稱為材料強度設(shè)計值，即—混凝土材料分項系數(shù)，取1.4—鋼筋材料分項系數(shù)，取1.16.結(jié)論對于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋的屈服強度和混凝土的抗壓強度為主要強度指標(biāo)，如果是大體積混凝還需要多軸強度，結(jié)構(gòu)的基本強度必須通過實驗獲得，如混凝土的立方體抗壓強度、鋼筋的屈服強度，結(jié)構(gòu)的強度可通過基本強度算出。由于土木結(jié)構(gòu)形式的多種多樣，材料性能一般是非線性的，而混凝土結(jié)構(gòu)概率模型基本服從對數(shù)正態(tài)分布。根據(jù)大量施工經(jīng)驗，應(yīng)加強混凝土強度的施工控制。提出更有效地控制鋼筋保護層厚度和箍筋間距等隱性參數(shù)的技術(shù)措施。以提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度。7.說明（團隊的作用、個人的貢獻）在這次對混凝土結(jié)構(gòu)抗力調(diào)查分析中，我們利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱了大量的資料，并進行了討論。我們了解了混凝土結(jié)構(gòu)抗力的作用原理后通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析及查閱相關(guān)資料得到了混凝土結(jié)構(gòu)抗力的概率模型，并進行了相關(guān)分析討論，并得出最終結(jié)論。人員具體分工如下：Xx:通過分析數(shù)據(jù)查閱資料得到混凝土結(jié)構(gòu)抗力的概率模型并進行分析整理。Xx:對混凝土結(jié)構(gòu)抗力的基本原理進行了解，并整理論文格式。Xx:對查閱的資料進行總結(jié)并得出結(jié)論供大家討論。Xx:通過圖書館網(wǎng)站查閱相關(guān)資料，分析概率模型。Xx:查閱資料搜集混凝土結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并進行整理分析。8.參考文獻[1]牛荻濤,王慶霖