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强风作用下RC框架柱考虑双向随机偏心距的承载力可靠度分析

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强风作用下RC框架柱考虑双向随机偏心距的承载力可靠度分析

作者：杨凯麟长沙理工大学

学位级别：硕士

风荷载是建筑物最常遭受的外部水平荷载之一。钢筋混凝土(RC)偏压柱作为建筑物中主要的承载构件之一,在风荷载作用下,往往呈现出双偏压的受力状态。假如仍然按单偏压受力构件对其承载力进行设计计算,有可能会偏于不安全。目前,对于RC双... 详细信息

风荷载是建筑物最常遭受的外部水平荷载之一。钢筋混凝土(RC)偏压柱作为建筑物中主要的承载构件之一,在风荷载作用下,往往呈现出双偏压的受力状态。假如仍然按单偏压受力构件对其承载力进行设计计算,有可能会偏于不安全。目前,对于RC双偏压构件的承载力可靠度研究相对较少,有关规律尚未完全揭示。基于此,本文考虑双向偏心距的随机特性和抗力计算模式的不确定性,通过Monte Carlo方法对典型RC规则框架模型中的代表偏压柱进行可靠度计算和分析。完成的主要工作如下:(1)通过收集国内外有关双偏压构件试验数据,对双偏压抗力计算模式的不确定性进行统计分析,获得其均值和变异系数。通过分析表明,中国规范抗力计算模式对应的不确定性变量的均值为0.945,变异系数为0.12,美国规范抗力计算模式对应的不确定性变量的均值为1.090,变异系数为0.10,均具有较大的不确定性。(2)由于水平(风)荷载、竖向荷载(恒荷载和活荷载)均具有一定的随机特性且服从不同的分布,因此会导致偏心距也会具有一定的随机特性。基于实例框架结构模型,本文针对在实际工程中双向偏心距的随机特性进行具体分析,通过分析表明,双向随机偏心距并不简单服从正态分布,其分布具有一定的复杂性。(3)分别计算考虑抗力计算模式的不确定性和双向偏心距的随机特性下的RC柱抗力与不考虑抗力计算模式的不确定性和双向偏心距的随机特性下的RC柱抗力,通过分析表明,抗力计算模式的不确定性以及偏心距的随机特性对抗力具有较大的影响。(4)通过ETABS建立了两种规则RC框架结构模型,分别按单偏压情形和双偏压情形计算出代表柱的抗风承载力可靠度。通过分析得知考虑双向固定偏心距的RC柱承载力可靠度较双向随机偏心距下的RC柱承载力可靠指标存在不同程度的高估,高估幅度最高可达28%;考虑单向随机偏心距下的RC柱承载力可靠指标较考虑双向随机偏心距下的RC柱承载力可靠指标更高一些,最高幅度可达30%。(5)考虑双向随机偏心距,对模型柱采用Monte Carlo法进行承载力可靠度参数分析。分析表明RC柱的承载力可靠度随特征参数变化较为明显,尤其是随轴力荷载变化;当轴压力荷载比为-0.5时,会使得RC偏压柱的承载力严重下降。

关键词： RC框架柱风荷载双偏压抗力计算模式随机偏心距可靠度

考虑偏拉破坏可能与随机偏心距的RC柱抗风承载力可靠度研究

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考虑偏拉破坏可能与随机偏心距的RC柱抗风承载力可靠度研究

作者：王彦彪长沙理工大学

学位级别：硕士

众所周知,风荷载为建筑物经常遭受的一种外部水平荷载。古往今来,风荷载给人类带来了较大的经济损失,有时甚至是威胁到生命。钢筋混凝土(RC)偏压柱作为建筑物中非常重要的承载构件之一,在风荷载作用下,由于风具有方向的不确定性,故往往... 详细信息

众所周知,风荷载为建筑物经常遭受的一种外部水平荷载。古往今来,风荷载给人类带来了较大的经济损失,有时甚至是威胁到生命。钢筋混凝土(RC)偏压柱作为建筑物中非常重要的承载构件之一,在风荷载作用下,由于风具有方向的不确定性,故往往会使柱呈现出偏压,偏拉的受力状态。若仍然只按偏压受力构件对其承载力进行设计计算,有可能会使结构偏于不安全。目前,对考虑受拉破坏可能RC偏压构件的承载力可靠度研究相对较少,有关规律尚未完全揭示。基于此,本文考虑偏拉破坏可能和偏心距的随机特性,通过Monte Carlo方法对典型RC柱进行可靠度计算和分析。完成的主要工作如下:(1)对中国规范中钢筋混凝土偏心受压、受拉构件的承载力计算方法进行了有关介绍以及分析讨论;对考虑受拉破坏可能和随机偏心距的钢筋混凝土柱的可靠度计算思路做了介绍,并依照该思路,利用MATLAB软件编写了相关程序。(2)通过MATLAB数学分析软件以及结合荷载概率模型,统计了柱在不同荷载比下发生偏心受拉的次数,并分析了偏心距的随机特性。分析表明,当水平荷载与竖向荷载产生的轴力效应比值超过-0.4后,同时表明偏心距并不完全服从正态分布,其分布具有一定的复杂性。(3)通过ETABS建立了三种RC结构模型,两个框架结构模型以及一个渡槽排架结构模型,分别计算了固定受力状态下的RC柱抗力与考虑不确定受力状态下的RC柱抗力,通过分析表明,考虑偏拉破坏可能和偏心距的随机特性对抗力具有较大的影响。另外,考虑多种参数组合情形,计算了代表柱的抗风承载力可靠度。通过分析得知考虑固定偏心距的RC柱承载力可靠度较考虑偏拉破坏可能和随机偏心距下的RC柱承载力可靠指标存在不同程度的高估。

关键词： RC柱渡槽风荷载矩形截面随机偏心距偏拉破坏可靠度

考虑拱轴线偏差与随机偏心距的大跨度混凝土箱型拱桥可靠度

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考虑拱轴线偏差与随机偏心距的大跨度混凝土箱型拱桥可靠度

作者：郑欣豪长沙理工大学

学位级别：硕士

随着混凝土拱桥跨径不断增大,施工难度随之增加,其主拱线形偏差愈来愈难以控制,已有研究表明,拱轴线偏差对拱桥受力性能有较大影响;拱桥跨径的增大也导致拱桥自重的增加,使其施工费用急剧增加,而采用超高性能混凝土可较好解决此问题。... 详细信息

随着混凝土拱桥跨径不断增大,施工难度随之增加,其主拱线形偏差愈来愈难以控制,已有研究表明,拱轴线偏差对拱桥受力性能有较大影响;拱桥跨径的增大也导致拱桥自重的增加,使其施工费用急剧增加,而采用超高性能混凝土可较好解决此问题。但是目前开展随机偏心距下混凝土拱桥可靠度及其拱轴线偏差影响的研究较少,因此本文针对普通混凝土与RPC箱型拱桥开展了相应的研究,完成的主要工作如下:(1)现有混凝土拱桥主拱设计多是按等效偏压构件进行承载力验算的,对偏心距随机变异性的影响考虑不够充分。针对此不足,本文分析了主拱关键截面在不同荷载效应比值下偏心距的随机特性及其对抗力概率分布的影响;明确了随机偏心距下主拱关键截面的承载力可能会由混凝土受压破坏转变为混凝土受拉破坏控制。在此基础上采用Monte Carlo法,求解得到混凝土箱型拱桥关键截面在不同设计偏心距、不同荷载效应比值情形下的可靠指标。结果表明:在参数分析范围内,考虑偏心距的随机特性,大部分情形下可靠指标均随着温度荷载与自重荷载各自产生的弯矩的比值增大而减小,亦随着温度荷载与自重荷载各自产生的轴压力绝对值的比值减小而减小,且在最不利情形下可靠指标远低于一级结构脆性破坏的设计目标可靠指标,设计严重偏不安全;当混凝土拱桥考虑拱轴线偏差时,最不利失效截面可能会发生变化。(2)由于目前未有可供RPC拱桥设计参考的规范,因此本文设计的RPC箱型拱桥中的材料性能与承载力验算参考于现有技术规范里的规定或已有的研究成果,并对RPC箱型拱桥关键截面不同荷载效应比值情形下的可靠指标进行了分析。结果表明:RPC箱型拱桥设计偏心距与截面高度之比低于普通混凝土拱桥,受偏心距随机性影响较小;且RPC强度变异系数低于普通混凝土较多,导致RPC箱型拱桥在不同荷载效应比值下的可靠指标均高于普通混凝土拱桥较多;在拱轴线偏差的影响下,由于各关键截面偏心距仍较小,RPC材料性能稳定,可靠指标虽有下降,但无较大改变。

关键词：箱型拱桥随机偏心距荷载效应比可靠度拱轴线偏差

考虑偏心距随机特性的矩形和箱形截面混凝土拱桥可靠度分析

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公路交通科技 2015年第4期32卷 78-82,94页

作者：蒋友宝罗军张建仁长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410004

为研究偏心距随机特性对结构可靠性的影响,以自重荷载和车辆荷载组合作用下的混凝土矩形截面拱桥和混凝土箱形截面拱桥为研究对象,分析可靠指标的变化规律。根据《公路圬工桥涵设计规范》和《公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计手册... 详细信息

为研究偏心距随机特性对结构可靠性的影响,以自重荷载和车辆荷载组合作用下的混凝土矩形截面拱桥和混凝土箱形截面拱桥为研究对象,分析可靠指标的变化规律。根据《公路圬工桥涵设计规范》和《公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计手册》建立拱桥关键截面的失效方程。然后依据已有的永久荷载、汽车荷载和混凝土强度的概率模型,分析偏心距设计值在对应情形下具有的保证概率。采用Monte Carlo法,求解得到不同参数情形下两类截面混凝土拱桥的可靠指标。分析结果表明:当车辆荷载与永久荷载产生的轴压力的比值较大而两者产生的弯矩的比值较小时,两类截面混凝土拱桥在考虑偏心距随机特性后均会出现可靠指标低于规范校核结果的情形;在偏心距设计值较小时,箱形截面混凝土拱桥可靠指标随荷载效应比值变化的幅度比矩形截面拱桥要小。

关键词：桥梁工程混凝土拱桥 Monte Carlo方法可靠度随机偏心距荷载效应比

考虑柱偏心距随机特性的RC框架强柱弱梁可靠度设计改进与验证

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考虑柱偏心距随机特性的RC框架强柱弱梁可靠度设计改进与验证

作者：周浩长沙理工大学

学位级别：硕士

汶川地震后的调查统计表明,RC框架破坏部位大多集中在柱端,较少出现“强柱弱梁”屈服机制。这种现象的出现固然与强震的破坏力较大有关,但是另一方面也与RC框架强柱弱梁抗震设计方法不够完善有关。已有研究表明,当考虑柱的偏心距随机特... 详细信息

汶川地震后的调查统计表明,RC框架破坏部位大多集中在柱端,较少出现“强柱弱梁”屈服机制。这种现象的出现固然与强震的破坏力较大有关,但是另一方面也与RC框架强柱弱梁抗震设计方法不够完善有关。已有研究表明,当考虑柱的偏心距随机特性后,框架柱承载力抗震可靠度在某些情况下会低于目标可靠指标较多,这也被认为是难以实现强柱弱梁屈服机制的原因之一,但由于开展随机偏心距下柱可靠度的研究较少,因此现有研究对不同参数情形下强柱弱梁设计可靠度变化规律的认识尚不够充分。本文针对此问题开展了相应的研究,完成的主要工作如下:(1)通过考虑混凝土强度、极限压应变和钢筋强度等材料本构关键参数的变异性以及地震作用下柱截面受拉的可能性,并基于静力平衡方程求解得到的梁柱精细抗力计算模型。结合已有的水平地震作用、竖向重力荷载、混凝土和钢筋本构参数等概率模型,并考虑柱截面偏心距的随机特性,采用Monte Carlo方法分析了不同设计参数情形下RC框架强柱弱梁设计可靠度,明确了可靠度随设计参数变化的规律。并针对不利情形提出了一种基于可靠度的改进设计方法,即通过达到设定的目标可靠指标来改进规范柱端弯矩增大系数,从而进行柱的承载力设计。(2)通过规范方法分别设计了两榀一级和二级框架模型,然后计算纯框架模型和考虑有效翼缘范围内楼板的模型中各个节点处的强柱弱梁可靠度,针对带楼板模型对其小于目标可靠指标的节点进行改进。最后通过Perform-3D进行时程分析,对比原模型与改进模型的出铰率和梁柱耗能占比,来验证本文的改进设计方法对实现强柱弱梁屈服机制的效果,结果表明,对于一级框架,当抗震承载力目标可靠指标定为4.0时,对于下部楼层可有足够的保证率使其在罕遇地震作用下实现“强柱弱梁”屈服机制;但对于上部楼层,改善效果不明显,建议同时增大规范最小配筋率限值。

关键词： RC框架强柱弱梁随机偏心距可靠度弹塑性时程分析

不同设计配筋下大偏压RC柱承载力抗震可靠度

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土木建筑与环境工程 2017年第6期39卷 68-77页

作者：蒋友宝周浩曹青黄星星付涛长沙理工大学土木与建筑学院长沙410004

为研究偏心距随机特性对不同设计配筋下RC柱承载力抗震可靠度的影响规律,采用解析方法,推导了以多个无量纲化设计参数表达的大偏压RC柱失效方程和配筋影响系数计算式。考虑规范中的柱配筋率要求,分析了荷载效应比值等设计参数在常用取... 详细信息

为研究偏心距随机特性对不同设计配筋下RC柱承载力抗震可靠度的影响规律,采用解析方法,推导了以多个无量纲化设计参数表达的大偏压RC柱失效方程和配筋影响系数计算式。考虑规范中的柱配筋率要求,分析了荷载效应比值等设计参数在常用取值范围内时配筋影响系数的变化规律。结合已有的水平地震作用、竖向重力荷载、混凝土强度和钢筋强度等参数的概率模型,并考虑偏心距的随机特性,采用Monte Carlo方法进行了大偏压RC柱可靠度分析。结果表明:不同设计参数组合下大偏压RC柱配筋影响系数的变化离散性较大;当配筋影响系数较小时,增加配筋对大偏压RC柱可靠指标的改善作用不大;当该系数较大时,增加配筋对可靠指标的提升效果较明显。

关键词： RC柱柱端弯矩随机偏心距设计配筋 Monte Carlo方法抗震可靠度