高强混凝土构件的可靠度及其灵敏度分析与耐久性设计

论文摘要

目前,对于混凝土结构可靠性的研究大多数集中在强度为C20~C40的普通混凝土结构上,而对高强混凝土结构可靠性的研究相对较少。随着高强混凝土在建筑结构、桥梁结构中越来越多的应用,对高强混凝土结构可靠度的研究显得极为迫切。已有的研究主要针对的是高强混凝土构件的承载能力极限状态,而对正常使用极限状态和耐久性问题引起的时变可靠度则研究得很不充分。另外,影响高强混凝土结构可靠度的影响因素众多,研究高强混凝土结构可靠度随各影响因素的变化规律也显得颇为重要。本文采用结构可靠度及其灵敏度的最新研究成果,对高强混凝土构件的可靠度及其灵敏度进行了系统深入的分析,对基于时变可靠度的耐久性设计方法进行了探索性研究。本文主要的研究内容如下:(1)采用一次可靠度方法(FORM)、二次可靠度方法(SORM)以及重要抽样法(IS),分别从安全性和适用性两个方面对高强混凝土构件进行了时不变可靠度及其灵敏度分析。对于安全性考虑了五种不同的受力情况,即受弯、受剪、轴心受压、大偏心受压和小偏心受压;对于适用性考虑了混凝土梁的裂缝和挠度两个方面。通过对可靠度及其灵敏度的大规模参数分析,得到了荷载效应比、混凝土强度等级、配筋率等因素对可靠指标及其灵敏度的影响变化规律。(2)以荷载和抗力随时间变化规律的研究为基础,分别采用时间综合法、时间离散法、离散综合法及首次超越概率法对高强混凝土构件进行了时变可靠度分析,并对四种方法的计算结果进行了比较。考虑受弯、受剪、轴心受压、大偏心受压和小偏心受压五种受力情况,对高强混凝土构件的时变可靠度及其灵敏度进行了大规模参数分析,得到了荷载效应比、混凝土强度等级、配筋率等因素对时变可靠指标及其灵敏度的影响变化规律。(3)考虑混凝土构件的时变可靠性,基于可靠度反分析理论,提出了混凝土构件耐久性设计的一种新方法,得到了五种不同受力情况下的耐久性设计系数γ,给出了普通和高强混凝土构件的耐久性设计建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 高强混凝土的研究背景及意义
• 1.1.2 结构可靠度及其灵敏度的研究意义
• 1.2 普通混凝土结构可靠度的研究进展
• 1.2.1 混凝土结构安全性的研究进展
• 1.2.2 混凝土结构适用性的研究进展
• 1.2.3 混凝土结构耐久性的研究进展
• 1.3 高强混凝土结构可靠度的研究进展
• 1.4 结构可靠度灵敏度的研究进展
• 1.5 课题来源
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 结构可靠度及其灵敏度分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 结构的时不变可靠度分析
• 2.2.1 一次可靠度方法（FORM）
• 2.2.2 二次可靠度方法（SORM）
• 2.2.3 重要抽样法（IS）
• 2.3 结构的时变可靠度分析
• 2.3.1 时间综合法
• 2.3.2 时间离散法
• 2.3.3 离散综合法
• 2.3.4 首次超越概率法
• 2.4 结构可靠度的灵敏度分析
• 2.4.1 重要性向量α
• 2.4.2 重要性向量γ
• 2.4.3 重要性向量δ
• 2.4.4 重要性向量η
• 2.5 本章小结
• 第3章 高强混凝土构件安全性的可靠度及其灵敏度分析
• 3.1 引言
• 3.2 基本随机变量的统计分析
• 3.2.1 混凝土强度的统计参数
• 3.2.2 钢筋强度的统计参数
• 3.2.3 其他随机变量的统计参数
• 3.3 基本构件的设计
• 3.3.1 钢筋混凝土梁的设计
• 3.3.2 钢筋混凝土柱的设计
• 3.4 可靠度及其灵敏度的分析步骤
• 3.5 钢筋混凝土梁正截面受弯承载能力的可靠度及其灵敏度分析
• 3.5.1 极限状态方程
• 3.5.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 3.5.3 可靠度的参数分析
• 3.5.4 灵敏度的参数分析
• 3.6 钢筋混凝土梁斜截面受剪承载能力的可靠度及其灵敏度分析
• 3.6.1 极限状态方程
• 3.6.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 3.6.3 可靠度的参数分析
• 3.6.4 灵敏度的参数分析
• 3.7 钢筋混凝土柱轴心受压承载能力的可靠度及其灵敏度分析
• 3.7.1 极限状态方程
• 3.7.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 3.7.3 可靠度的参数分析
• 3.7.4 灵敏度的参数分析
• 3.8 钢筋混凝土柱大偏心受压承载能力的可靠度及其灵敏度分析
• 3.8.1 极限状态方程
• 3.8.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 3.8.3 可靠度的参数分析
• 3.8.4 灵敏度的参数分析
• 3.9 钢筋混凝土柱小偏心受压承载能力的可靠度及其灵敏度分析
• 3.9.1 极限状态方程
• 3.9.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 3.9.3 可靠度的参数分析
• 3.9.4 灵敏度的参数分析
• 3.10 本章小结
• 第4章 高强混凝土构件适用性的可靠度及其灵敏度分析
• 4.1 引言
• 4.2 基本随机变量的统计分析
• 4.2.1 材料的统计参数
• 4.2.2 其他随机变量的统计参数
• 4.3 可靠度及其灵敏度分析步骤
• 4.4 钢筋混凝土梁裂缝的可靠度及其灵敏度分析
• 4.4.1 极限状态方程
• 4.4.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 4.4.3 可靠度的参数分析
• 4.4.4 灵敏度的参数分析
• 4.5 钢筋混凝土梁挠度的可靠度及其灵敏度分析
• 4.5.1 极限状态方程
• 4.5.2 可靠度及其灵敏度的计算结果
• 4.5.3 可靠度的参数分析
• 4.5.4 灵敏度的参数分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 高强混凝土构件耐久性的可靠度及其灵敏度分析
• 5.1 引言
• 5.2 抗力与荷载的时变特性分析
• 5.2.1 抗力的时变特性分析
• 5.2.2 荷载的时变特性分析
• 5.3 钢筋混凝土梁正截面受弯承载能力的时变可靠度及其灵敏 度分析
• 5.3.1 时变可靠度及其灵敏度的计算结果
• 5.3.2 时变可靠度的参数分析
• 5.3.3 时变可靠度灵敏度的参数分析
• 5.4 钢筋混凝土梁斜截面受剪承载能力的时变可靠度及其灵敏度分析
• 5.4.1 时变可靠度及其灵敏度的计算结果
• 5.4.2 时变可靠度的参数分析
• 5.4.3 时变可靠度灵敏度的参数分析
• 5.5 钢筋混凝土柱轴心受压承载能力的时变可靠度及其灵敏度分析
• 5.5.1 时变可靠度及其灵敏度的计算结果
• 5.5.2 时变可靠度的参数分析
• 5.5.3 时变可靠度灵敏度的参数分析
• 5.6 钢筋混凝土柱大偏心受压承载能力的时变可靠度及其灵敏度分析
• 5.6.1 时变可靠度及其灵敏度的计算结果
• 5.6.2 时变可靠度的参数分析
• 5.6.3 时变可靠度灵敏度的参数分析
• 5.7 钢筋混凝土柱小偏心受压承载能力的时变可靠度及其灵敏度分析
• 5.7.1 时变可靠度及其灵敏度的计算结果
• 5.7.2 时变可靠度的参数分析
• 5.7.3 时变可靠度灵敏度的参数分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 混凝土构件的耐久性设计
• 6.1 引言
• 6.2 考虑抗力衰减的混凝土结构耐久性设计原理
• 6.2.1 考虑抗力衰减的目标可靠指标
• 6.2.2 考虑抗力衰减的可靠度设计过程
• 6.3 基于可靠度反分析的混凝土结构耐久性设计方法
• 6.3.1 可靠度反分析的基本原理
• 6.3.2 基于可靠度反分析的结构耐久性具体设计方法
• 6.4 正截面受弯钢筋混凝土梁的耐久性设计
• 6.5 斜截面受剪钢筋混凝土梁的耐久性设计
• 6.6 轴心受压钢筋混凝土柱的耐久性设计
• 6.7 大偏心受压钢筋混凝土柱的耐久性设计
• 6.8 小偏心受压钢筋混凝土柱的耐久性设计
• 6.9 与其他资料对比
• 6.10 算例分析
• 6.10.1 正截面受弯钢筋混凝土梁
• 6.10.2 斜截面受剪钢筋混凝土梁
• 6.10.3 轴心受压钢筋混凝土柱
• 6.10.4 大偏心受压钢筋混凝土柱
• 6.10.5 小偏心受压钢筋混凝土柱
• 6.11 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢