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既有结构构件可靠性研究与应用

郑怡  
【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加固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_g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。


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