RC偏壓構(gòu)件精細抗力概率模型

摘要：

現(xiàn)行可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)給出的RC偏壓構(gòu)件抗力統(tǒng)計參數(shù)較為粗糙，對其隨偏心距值的變化考慮不夠充分。針對此不足，采用Monte Carlo抽樣方法并結(jié)合已有的各種抗力因素的概率模型，得到了不同偏心距和配筋率下的改進抗力概率模型。結(jié)果表明采用正態(tài)分布變量來擬合RC偏壓構(gòu)件抗力的分布具有較好的精度。在此基礎(chǔ)上，對此改進模型應(yīng)用于隨機偏心距下RC偏壓構(gòu)件可靠度計算的適用性進行了實例分析。結(jié)果證實，當(dāng)偏心距設(shè)計值接近或者大于界限偏心距值時，采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的抗力概率模型來計算可靠度均會產(chǎn)生較大的誤差，而采用文中建議的抗力概率模型則具有較高的精度；且現(xiàn)行可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)因?qū)沽﹄S偏心距值增大而減小的效應(yīng)考慮不夠而使得RC大偏壓構(gòu)件的設(shè)計偏于不安全。

關(guān)鍵詞：

抗力概率模型；RC偏壓構(gòu)件；偏心距；可靠度；Monte Carlo抽樣

中圖分類號：

TU318

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：16744764（2014）040001507

中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[1]在校核RC偏壓構(gòu)件截面的可靠度時，是按固定偏心距的思路來分析的，即按某一固定偏心距值來選擇對應(yīng)的抗力統(tǒng)計參數(shù)。這是一種不考慮偏壓破壞模式隨機不確定性的思路，因而當(dāng)偏壓破壞模式會隨機變化時，按這種思路得到的可靠度校核結(jié)果將會有一定的誤差。

貢金鑫等[2]的研究表明，即使不考慮偏心距的隨機變異性，設(shè)計為大偏壓的構(gòu)件仍會有發(fā)生小偏壓破壞的可能；而設(shè)計為小偏壓的構(gòu)件也會有發(fā)生大偏壓破壞的可能，即偏壓破壞模式的隨機可變性是較為常見的。實際結(jié)構(gòu)中由于荷載的非完全相關(guān)性[34]，構(gòu)件截面上的彎矩和軸壓力亦是非完全相關(guān)的，即偏心距具有較強的隨機變異特性，顯然此時這種偏壓破壞模式的隨機可變性將會增強。而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[1]中的可靠度分析方法因?qū)Υ丝紤]不夠充分將會高估大偏壓構(gòu)件的設(shè)計可靠指標(biāo)[57]，使得設(shè)計偏于不安全。蔣友寶，等：RC偏壓構(gòu)件精細抗力概率模型

研究表明RC大偏壓柱設(shè)計偏于不安全的問題亦存在于多個國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中。例如Milner等[8]的分析表明軸壓力與彎矩的隨機相關(guān)性（即偏心距的隨機特性）對RC柱可靠度的影響較大，當(dāng)軸壓力低于界限軸壓力時（即大偏壓情形），按美國ACI318規(guī)范設(shè)計的RC柱會偏于不安全。另外，Hong等[9]分析了按加拿大規(guī)范設(shè)計的RC柱可靠度，結(jié)果表明不考慮偏心距的隨機特性會使RC大偏壓柱的設(shè)計可靠度偏低目標(biāo)可靠度較多。由于極限狀態(tài)時，RC偏壓構(gòu)件截面能承受的軸壓力和彎矩是一條復(fù)雜的相關(guān)曲線，因此相關(guān)研究多采用數(shù)值積分方法[89]或Monte Carlo方法[1011]等來計算可靠度。事實上若能獲得一個隨偏心距值連續(xù)變化的抗力概率模型，則在偏心距和荷載效應(yīng)的隨機概率分布已知的情形下，可采用成熟的JC算法來求得不同偏心距值下的條件失效概率，然后由全概率原理便能較為精確地求得失效概率值。因此在這種思路下，如何獲得隨偏心距值連續(xù)變化的抗力概率模型便較為關(guān)鍵。Mirza等[12]采用Monte Carlo方法分析了美國ACI規(guī)范中RC偏壓構(gòu)件在不同偏心距和配筋率下的抗力概率模型，然后應(yīng)用這些概率模型，基于可靠度校準(zhǔn)得到了美國規(guī)范用抗力分項系數(shù)值。對比之下，中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[1]中偏壓構(gòu)件抗力統(tǒng)計參數(shù)卻較為粗糙，僅以兩種偏壓（大小偏壓）狀態(tài)之分來給出相應(yīng)的抗力統(tǒng)計參數(shù)，因而當(dāng)偏心距值變化、配筋率變化時，標(biāo)準(zhǔn)[1]中的抗力統(tǒng)計參數(shù)將較難精確地反映這種變化。這給RC偏壓構(gòu)件的可靠度分析與設(shè)計帶來了一定程度的不精確性。