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结构抗力

发布时间:2020-07-23 01:42

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  结构抗力R是指整个结构或结构构件承受作用效应(即内力和变形)的能力,如构件的承载能力、刚度等。混凝土结构构件的截面尺寸、混凝土强度等级以及钢筋的种类、配筋的数量及方式等确定后,亚洲城ca88唯一官网,构件截面便具有一定的抗力。结构抗力不仅是随机的,也是随时间而变化的 , 其基本概率模型应是随机过程。在描述结构抗力随时间变化的概率特性时 , 主要采用的是均值函数和方差函数,它们描述了抗力的一、二阶矩 ,但对二阶矩的描述并不完整,仅考虑了二阶原点矩 ,而未考虑混合二阶矩 ,即抗力的自相关性。

  结构抗力不仅是随机的,也是随时间而变化的 ,其基本概率模型应是随机过程。在描述结构抗力随时间变化的概率特性时 ,主要采用的是均值函数和方差函数,它们描述了抗力的一、二阶矩 ,但对二阶矩的描述并不完整,仅考虑了二阶原点矩 ,而未考虑混合二阶矩 ,即抗力的自相关性。自相关性反映了各时刻的抗力之间随机相依的关系,可靠性有很大的影响。如果将目标使用期划分为十个时段 ,分别假设各个时段的抗力完全独立和完全相关,则结构在目标使用期内的失效概率会相差近 10倍。在建立抗力的概率模型时 ,必须对抗力的自相关性做出描述。概率模型的参数需通过实际的统计分析确定。相对而言 ,对抗力均值、方差的统计基本是可行的 ,但对自相关系数的统计则存在很大困难。在建立实用的抗力概率模型时,至少还应解决自相关系数的工程统计问题。

  记结构抗力为随机过程 R(t)(t∈[ t0, ∞), t0为起始时刻),并假定经统计分析得到的均值、方差函数分别为 E[ R(t)]和 D[ R(t)] ,这时抗力的自相关系数ρ=[ R(t), R(t+Δt)] = D[ R(t)] D[ R(t+Δt)]

  (1) 式中, Cov[ R(t), R(t+Δt)]为抗力 R(t)、R(t+Δt)的协方差。由于统计协方差时需要对众多结构的抗力进行跟踪测试 ,因此一般很难通过统计手段得到抗力的协方差和自相关系数。为确定抗力的自相关系数 ,文献 [1]提出独立增量过程概率模型,假定抗力 R(t)(t∈[ t0, ∞))为独立增量过程,即对于任意的 t0t1t2… tn-1tn,抗力增量R(t1)-R(t0)、R(t2)-R(t1)、…、由式(3)可知 ,采用独立增量过程概率模型时,抗力的自相关系数为抗力方差的函数,可直接计算出 ,从而不必对自相关系数进行统计 ;而且按这种概率模型分析所得到的结构可靠性是偏于保守的 ,这是因为结构抗力的增量之间实际上是存在着一定的正相关性的 ,即Cov[ R(t), R(t+Δt)-R(t)] 0 (4)根据式 (2),若假定抗力增量独立 ,则各时刻抗力之间的正相关性下降,这意味着结构抗力在目标使用期内的变异性将增大,从而使结构可靠性的分析结果偏于保守。

  按照我国《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92)的定义,结构可靠性包括安全性、适用性和耐久性三个方面。由于长期以来,我国工程设计界片面追求节约原材料而忽视结构的耐久性,加上缺乏科学管理,任意增加结构荷载或改变结构功能以及自然老化等原因 ,许多结构处于非常使用状态。现有建筑结构有许多因安全性和耐久性过低而面临退役的威胁。服役结构的安全性如何,剩余寿命如何,是维修还是报废拆除 ,如何经济合理地维修加固等研究有着广泛的工程应用背景和重大社会及经济效益。近年来,作为结构可靠性研究的重要问题之一的服役结构可靠性评定研究已取得一定成果,但主要还是限于静态情况,也即不考虑各种参数随时间的变化。事实上则是结构抗力与荷载效应都是随时间变化的随机过程。而且,服役结构有不同于建结构的特点,其中抗力效应比设计结构下降以及经历了一定的荷载考验(所谓的验证荷载 ,Proof Load)是服役结构抗力的两个主要特点。服役结构抗力下降随机过程有一规律,验证荷载对结构抗力的影响则与验证荷载的确定性与否、抗力及验证荷载的分布形式及其参数有关。

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