混凝土结构可靠性非线性未确知分析.pdf
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1、2 0 1 2年 第 4期 (总 第 2 7 0期 ) Nu mb e r 4 in 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEoRETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 4 0 0 8 混凝土结构可靠性非线性未确知分析 吉龙华 ( 山西工程职业技术学院,山西 太原 0 3 0 0 0 9 ) 摘要: 混凝土结构是一个多层次、 多因素、 多功能、 多目标的相互联系、 相互制约的系统, 具有明显的不确定和非线性特
2、征 , 是一个复杂 的动态系统 。 根据此特征 , 提 出了利用未确知测度分析法来评估其可靠性的新方法 。 结合混凝土结构可靠性评估特点 , 应用未确知测 度 、 置 信度的概念, 得到的评估结果能够客观全面地反映结构可靠性。 通过工程实例分析, 将评价结果与实际鉴定结果对比, 结果显示此方法简 单、 准确、 实用, 是混凝土结构综合评价的一个新途径。 关键词: 混凝土;可靠性;未确知测度分析法;等级评估 ; 建筑施工 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 2 1 0 3 St r u
3、c t ur a l r e l i a bi l it y of c onc r e t e bui l di ng ba s ed on nonl i ne ar una s c eai ne d ma t hema t i c s J I Lo n g - h u a ( S h a n x i E n g i n e e ri n g Vo c a t i o n a l C o l l e g e , T a i y u a n 0 3 0 0 0 9 , C h i n a ) Ab s t r a ct: T h e c o n c r e t e s t r u c t u r
4、 e i s a s y s t e m o f c o n n e c t i n g a n d r e s t r i c t i n g e a c h o the r o f a mu l t i - l e v e l , mu l t i f a c t 0 r , mu l t i fu n c t i o n a l a n d mu 1 t i g o a 1 I t h a s o b vi o u s n o n l i n e a r c h a r a c t e ris t i c s a n d i s a t y pi c a l dy n a mi c s
5、y s t e m Ac c o r ding t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s , the u n a s c e r t a i n e d ma t h e ma t i c a p p r o a c h i s p u t f o r wa r d t o a s s e s s bu i l d i n g c o n s t r u c t i o n r e l i a b i l i t y a s a n e w me thod Th e nn a s c e r t a i n e d me a s u r e mo de l
6、 a n d the i n c r e dib l e d e g r e e we r e a p p l i e d t o e s t a b l i s h a mo d e l o f e v a l u a t i n g o f s t r u c t u r e r e l i a b i l i t y b a s e d o n nna s c e r t a i n e d me a s u r i n g T h r o u g h the a n a l y s i s o f p r o j e c t i n s t anc e s the a p p r a
7、i s e d r e s ul t s wi l l b e c o mpa r e d wi th t h e a c t u a l l y d e t e r mi n e d o n e s , the r e s u l t s h o ws t h i s me tho d i s s i mp l e, a c c ura t e , p r a c t i c a l and a n e w wa y o n c o mpr e h e n s i v e s a p p rai s al o ft h e b ui l d i n g c o n c r e t e s t
8、 r u c t u r e Ke y WOr ds : c o nc r e t e ; r e l i a b i l i t y; u n a s c e r t a i n e d ma the mi c; r a n k e v alu a t i o n; b u i l d i ng c o n s t r u c t i o n 0 引言 由于工程混凝土结构一般具有很高的冗余度, 失效模式多, 且失效模式之间的相关性复杂。 对于既有结构 , 因为要考虑各失 效模式在已经历的荷载历史中的表现既验证模式问题 , 使得实 效概率的计算更复杂 。 既有结构可靠性评估的理论基础是结 构体
9、系可靠性理论 , 主要包括 : 寻找和构建结构体系主要失效 模式; 根据失效模式的极限状态方程计算模式失效概率 ; 由主 要失效模式的模式失效概率计算体系的失效概率。 目前 , 通过评级进行结构体系的可靠性评估不失为一种 实用可行的方法。 然而, 现有的评级方法没有考虑不同构件对 结构体系可靠性的不同影响, 评定结果往往和实际情况有一 定差距 ; 且对于复杂结构 , 现有方法不易操作 , 在实际工程中 较难应用 。 混凝土结构的可靠性评估长时间以来使用的是传统经验 法, 随着检测技术的发展 , 在传统经验法基础上 , 又发展 出利 用现代检测技术获取各种结构信息的实用鉴定法 。 该方法不 定时
10、的主观性。 为了统一鉴定的操作和鉴定人的评判尺度 , 我 国已颁布了一系列用于房屋结构鉴定的规程和标准。 近年来 , 依据结构可靠性设计理论, 用结构失效概率来衡量结构可靠程 度 的概率法也在探索中。 在结构系统中有些界限标准带有很 大的模糊性 , 导致在对结构体系进行可靠性评估时, 由于无法 直接估计系统的可靠度, 而采用等级评定 , 将系统的可靠性分 为若干等级。 本研究运用未确知测度评价模型, 结合混凝土工程结构可 靠性评估的特点, 根据已建立的工程结构可靠性的4个状态等 级 , 构造结构可靠性状态评估的未确知测度模型 , 从而合理准 确地确定混凝土工程结构的可靠性状态等级。 1 混凝土
11、 结构可靠性状况的影响指标体 系及 评 价 标 准 文献 7 9 从 3个方面选取指标, 混凝土结构 自身抗力条 件 : 板、 柱、 主梁、 次梁、 墙体; 外界荷载状况: 风荷载、 雪荷载 、 地 震作用 、 自重 ; 其他因素: 结构设计水平、 工程施工水平、 地基及 再倚重个人的作用 , 而利用检测数据进行辅助判断, 减少了鉴 周围设施状况。 某混凝土工程具体相关取值见表 1 。 表 1 混凝土结构可靠性状况的影响指标体系 收稿 日期 :2 0 1 1 - 1 0 - 2 6 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 文献【 9 】 选取 的影响指标有 : 结
12、构失效准则 、 荷载作用效 应、 抗力指标 、 结构分析理论的不完善性 以及 自然或人为因素 的影响等 。 以通用性 、 协调性 、 综合性 、 客观性和实用性为原 则 , 通过调查研究, 确定影响混凝土结构可靠性的因素为: 抗 力 荷载效应 比( Y 。 ) , 已使用年数( Y 5 0 ) ( y ) , 变形及外观评 定( ) , 裂缝( 1 , ) , 构造和连接( Y ) , 环境因素( y ) , 混凝土碳 化深度( D 5 0 ) ( y ) , 将上述影响评价指标 因素划分为 : 一级 、 二级, 三级和四级。 指标分级标准以实际值的高价标准或国外 城市达到的平均水平为参考上限
13、( 一级) , 以国内城市现状平 均水平为参考中间值( 三级 ) , 其余 内插或外推确定。 具体分级 评定标准见表 2 。 表 2 评 价指标分级及标准 2 未确知测度计算理论 设 , 是 17 , 个对象, 即指标空间 = 扛。 , , , 每个评价对象有 m个单向评价指标空间, 即卢 , l , 2 , , , n ) , 则 鼍可表示为一个 m维向量 x - x 。 对 她有P个评价 等级 , 评价等级空间 = c , , , c D , 其中 c k 表示第 k个评 价等级 , 设 k级比k + l 级强, 级 C , 则称 c 。 , , , ) 为评 价空间 上的一个有序分割类
14、1 1 - 13 I 。 2 I 单指标未确知测度 设 - - g ( x C k ) 表示测量值 属于第 k个评价等级 的 程度, 要求 满足: 0 z ( x G k ) 1 ( 1 , 2 , , n ;j = l , 2 , , m; k = l , 2 , , p ) ( 1 ) ( ) = 1 ( 1 , 2 , , n ;j = l , 2 , , m) ( 2 ) ( 蛳 1_ ( G ) ( = 1 , 2 , ,p ) ( 3 ) 其中式( 2 ) 称为 对评价空间 U满足“ 归一性” , 式( 3 ) 称为 对评价空间 可加性” 。 满足式( 1 ) 、 ( 2 ) 、
15、( 3 ) 的称为 未确知 测度( U n c e r t a i n t y Me a s u r e ) , 简称测度 ” 1 。 称矩阵 ) 为单指标测度评价矩阵, 且有: -肫t 胁 ) 。: 。 l ( 4 ) J 在构建单指标测度评价矩阵时, 首先要构建单指标测度函 数, 目前, 单指标测度函数的构建方法主要有直线型、 指数型、 抛物线型、 正弦型等。 不管采用什么形式的模拟函数, “ 非负、 归 一 、可加” 的限制条件是必须被满足的。 2 2指 标权 重 的确定 设 0 - c C p , 引入置信度识别准则, 设 A为置信度( A f p 、 0 5 , 通 常 取A = o
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