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基于正常使用极限状态下的预应力混凝土梁的优化设计

陈帅  
【摘要】:目前,各国对混凝土的设计逐渐过渡到基于性能来对混凝土进行设计,但大部分都是通过经验或者其他的已知条件及工况的约束来确定构件的外形尺寸,然后从承载力极限状态或者正常使用极限状态出发进行配筋;需要考虑到在结构的可靠性与经济性之间选择一种最佳平衡。但在实践中如何以最经济的方法使结构能在预定的使用期内完成预定的各种功能,这就是一个优化设计的问题。 在实际问题中,影响构件性能的主要因素包括荷载及其效应、材料强度、施工误差和抗力等等。各种荷载大小及其组合的不确定性导致由荷载转化为荷载效应是不确定的,加上材料强度本身的不确定性、试验和统计上的不确定性以及试件强度与材料强度的差异等等,决定了材料性能的不确定性,因此结构设计应该采用可靠度设计。 我国规范中与正常使用极限状态有关的计算公式虽然基于可靠度理论,但大多数公式比较繁琐,是高度非线性的,直接采用可靠度计算中的验算点法处理这种问题会有较大的误差,不能满足实际工程精度的需要。 本文将从寻求构件的可靠性和经济性的平衡入手,在正常使用极限状态下,把构件的几何尺寸和配筋量作为设计变量,材料的相关参数作为随机参数,可靠度指标大于或等于给定的可靠度指标作为约束条件,采用响应面法和复形法相结合的方法,对预应力混凝土梁做出相应的优化设计,使得构件在正常使用极限状态条件下,能在经济上最小化,达到节约建设资金的目的。


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