既有结构构件可靠性研究与应用

摘要

既有结构的可靠性评估、维修改造与加固已引起人们的普遍重视，成为工程结构领域的重要研究方向。如何对既有结构进行科学的评估、合理的维修加固，也已成为国内外十分关注的课题。研究既有结构的可靠性评估和检修理论与方法不仅具有重要的理论意义，而且具有广泛的工程应用前景和重大的经济效益及社会效益。论文以既有结构构件可靠性研究为主线，开展了以下几方面的研究工作：
　　 1.结合结构可靠度实用算法和蒙特卡洛法，用Matlab软件编制了计算程序；结合非线性规划理论和结构可靠度优化计算方法，建立了既有结构构件的可靠指标求解的数学模型，用非线性规划软件Lingo编制计算程序实现可靠指标的求解。
　　 2.在同时考虑混凝土损伤和钢筋锈蚀及材料强度劣化的情况下，建立了既有钢筋混凝土梁(单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面)的承载力时变计算公式，针对T型截面受弯梁承载力计算特点，给出了判别是Ⅰ类T形还是Ⅱ类T形的承载力时变判断条件。对既有混凝土柱在轴心受压、大偏心受压和小偏心受压，分别提出了既有混凝土柱受压承载力时变计算公式。通过工程实例，对T形截面钢筋混凝土受弯构件加固前进行计算分析，计算结果与现行可靠性鉴定标准的评级相吻合。
　　 3.结合砌块专用砂浆、砌块灌孔混凝土与变形钢筋的黏结试验，建立了其黏结-滑移本构关系，在同时考虑材料强度损伤的情况下，提出了受压情况下既有配筋砌块砌体正截面和斜截面的承载力时变计算模型，并给出了其时变可靠度指标；讨论了不同后续服役基准期的既有配筋砌块砌体构件可靠指标的变化，提出了基于时变可靠度的既有配筋砌块砌体构件的可靠性分析方法。
　　 4.结合FRP加同砌体的力学性能试验，建立了FRP与砌体界面的黏结.滑移本构模型，建立了FRP与砌体界面的粘贴承载力计算公式；运用可靠指标的快速求解算法，引入了k。间隔系数，建立了FRP加固砌体柱的抗压承载力计算公式；建立了FRP加固砌体抗剪计算公式。分析了在(恒载+办公楼活载)及(恒载+住宅活载)两种荷载组合方式下，FRP加固砌体后的荷载效应比对可靠指标的影响，并给出了设计表达式控制临界荷载效应比。结合工程实例进行了加固前后的既有砌体可靠度计算。
　　 5.将既有结构维护的风险率计算转化为对结构可靠指标的定量计算，以期望损失最小为决策准则，并结合效益理论，建立了基于可靠度和效益理论的既有结构维护决策风险分析方法，可以在一定程度上消除人为因素的影响。按风险决策的思想，兼顾维护工程投资和期望损失，把可靠度与决策树模型相结合，使两者达到一种最佳的结合。最后设计了既有结构检测维修决策框架。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 既有结构构件可靠性研究意义

1.3 相关研究现状

1.3.1 可靠度计算理论的研究现状

1.3.2 既有结构构件可靠性评估的研究现状

1.3.3 既有结构维护决策研究现状

1.3.4 FRP加固砌体研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 基于Matlab和Lingo软件的结构可靠度计算

2.1 工程结构可靠度常用算法

2.1.1 概述

2.1.2 蒙特卡罗模拟算法

2.1.3 工程结构可靠度在Matlab环境下的实现

2.2 结构可靠度优化算法及其Lingo实现

2.2.1 可靠度指标的优化算法

2.2.2 Lingo软件的特点

2.2.3 计算实例

2.3 本章小结

3 既有混凝土结构构件可靠性分析

3.1 既有混凝土受弯构件承载力时变分析

3.1.1 既有混凝土受弯构件抗力时变分析

3.1.2 抗力统计参数

3.1.3 T形截面梁受弯承载力时变判断计算公式

3.1.4 服役结构构件荷载效应计算

3.1.5 时变可靠度计算

3.1.6 算例

3.2 既有混凝土受压构件承载力时变分析

3.2.1 既有混凝土受压构件抗力时变分析

3.2.2 抗力统计参数

3.2.3 服役结构构件荷载效应计算

3.2.4 时变可靠度计算

3.3 工程实例

3.3.1 工程概况

3.3.2 时变可靠度计算

3.4 本章小结

4 配筋砌块砌体承载力及其可靠性

4.1 配筋砌块砌体中钢筋的黏结性能

4.1.1 砌块专用砂浆与钢筋的黏结-滑移本构关系

4.1.2 砌块灌孔混凝土与变形钢筋的黏结-滑移本构关系

4.2 考虑抗力退化的既有配筋砌块砌体正截面受压承载力时变可靠性

4.2.1 既有配筋砌体结构构件正截面受压承载力时变分析

4.2.2 抗力统计参数

4.2.3 服役结构构件荷载效应计算

4.3 既有配筋砌块砌体斜截面受剪承载力时变可靠性

4.3.1 偏心受压情况下既有配筋砌体构件斜截面受剪承载力时变分析

4.4 基于时变可靠度的既有配筋砌块砌体构件的可靠指标计算

4.4.1 时变可靠度计算

4.4.2 不同后续服役基准期的既有配筋砌块砌体构件可靠指标计算

4.4.3 时变可靠指标与设计标准一致的鉴定等级

4.5 本章小结

5 FRP加固砌体及其可靠性

5.1 砌体加固技术研究现状

5.2 FRP与砌体界面的黏结滑移本构关系

5.2.1 FRP与砌体界面的黏结试验

5.2.2 试验结果分析

5.2.3 FRP与砌体黏结滑移本构模型

5.3 FRP加同砌体界面黏结承载力计算模型

5.3.1 FRP与砌体界面的黏结承载力模型

5.3.2 设计建议

5.4 FRP加固砌体受压承载力计算模型

5.4.1 FRP加固砌体抗压试验

5.4.2 试验结果分析

5.4.3 FRP加同砌体受压承载力计算公式

5.4.4 设计建议

5.5 FRP加固砌体墙片受剪承载力

5.5.1 砌体抗剪承载力计算理论的发展

5.5.2 主拉应力理论公式

5.5.3 剪摩破坏理论公式

5.5.4 拉摩强度理论公式

5.5.5 FRP加固砌体墙片的受剪试验

5.5.6 FRP加固砌体墙片的受剪承载力计算

5.5.7 设计建议

5.6 FRP加固砌体可靠性分析

5.6.1 FRP加固砌体构件承载力可靠性分析

5.6.2 荷载效应比对可靠指标的影响

5.6.3 可靠性分析方法

5.6.4 工程实例

5.7 本章小结

6 既有结构维护风险决策研究

6.1 既有结构构件维修时间的确定

6.1.1 Tβ的计算

6.1.2 TC的计算

6.1.3 检测后(T时刻)进行维修

6.1.4 时刻(T+TR)进行维修

6.1.5 时段(T，TR)之间时进行维修

6.2 基于可靠度和效益理论的既有结构维护风险决策分析方法

6.2.1 以可靠指标表征风险率

6.2.2 效益理论的原理

6.2.3 风险损失决策树

6.2.4 算例分析

6.2.5 工程实例

6.3 既有结构维修决策计算框架

6.4 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录A 计算源程序

攻读博士学位期间发表学术论文情况及参加科研项目情况

致 谢

作者简介

论文创新点摘要