从1920年起,人们就试验用概率统计理论把结构设计中的不确定因素定量化,分析结构的安全性[1]。为了衡量结构的可靠性(包括安全性、适用性和耐久性),引入可靠度的概念。结构可靠度指结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。为了科学计算结构可靠度,逐步发展出了一次二阶矩法、JC法、蒙特·卡罗方法(Monte Carlo method)、随机有限元法(SFEM)等应用方法。在一般情况下,一阶矩(均值)和二阶矩
(标准差)是比较容易得到的参数,故国内外目前广泛采用均值(一阶原点矩)和标准差(二阶中心矩)来计算结构可靠度。服役期较长建筑结构多数采用半概率极限状态设计方法,即仅在荷载和材料强度的设计取值上分别考虑了各自的统计变异性,没有对结构构件的可靠度给出科学的定量描述,是一种不太科学的设计方法。对于此类建筑结构,由于当时的设计很少按照现有的以概率理论为基础的设计方法,需要重新对其进行可靠性分析、并以此为基础进行剩余寿命预测。
1工程概况
现有某中学教学楼,建成于1985年,建筑面积为2375m2,基础形式为现浇钢筋混凝土条形基础,结构形式为三层(局部四层)砖砌体结构,墙体主要为普通烧结粘土砖墙,楼(屋)盖为现浇钢筋混凝土板,房间大梁为现浇钢筋混凝土梁。每层层高为3.3m,上部结构主要采用纵横墙承重体系。采用240mm厚普通烧结粘土砖墙。通过现场实地检测得出砖和砂浆的抗压强度,结合PKPM的鉴定加固单元对结构进行鉴定分析。
2寿命预测
通过对结构进行实体抽样检测,得出部分墙段普通烧结粘土砖和砂浆的抗压强度,以此为基础,算出一层砖墙的抗力分布,R0近似服从正态分布,平均值μR0=257.8KN(每延米),σR0=46.40KN;考虑到恒荷载的稳定性,将其考虑为恒定值69.7KN,借鉴文献[6],选取普通教室的活荷载分布,计算得平均值μSQ0=19.32KN,σSQ0=17.14KN。已知t0=30年,
取t=t0+∆t,∆t=1年,将t及以上数据代入公式(5),迭代计算失效概率,直到Pf计算值和
设定的失效概率相同。经计算得结构剩余寿命为12年。
3结论
目前,在建筑结构的鉴定加固工作中,以概率统计理论为基础的方法不够完善,实际运用仅仅在于近似概率法。从概率分布曲线和形态,用“均方差”度量并找出“安全指标”。因为每一部件在整体结构功能中的作用和地位难以估量,要将可靠概率鉴定法完全应用于工程实践,还有较多工作要完善,但是从发展趋势上来讲,概率鉴定法仍然是可靠性鉴定的发展方向[7]。
本文对已有砌体结构的可靠度进行分析,以墙体的承载力极限状态建立了可靠度分析的功能函数。给出一个砌体工程实例,将最小的构件可靠度作为该结构可靠度,以选定的结构失效指标为基准,反推出结构的剩余使用寿命。为了准确得到剩余使用寿命,必须对抗力的衰减模型以及抗力分布,荷载效用的分布有准确的把握和量化。另外,文中只对一种构件进行了可靠度计算,而忽略了构件间的相互影响,使得计算结果不够精确。但是,作为一种初步预判结构剩余寿命的简便方法,该方法是可以借鉴的。
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