基于位移的钢筋混凝土结构失效相关性分析及应用

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结构体系可靠度是衡量结构整体性能的重要指标,对其进行深入的研究有着重要的理论意义和工程实用价值。目前,我国的建筑设计规范以及港口、铁路和水工规范等还都是以设计截面满足目标可靠指标来进行结构的可靠性设计的。致使不能进行结构体系可靠度设计的一个重要问题是结构体系中失效模式间的相关性问题。 目前,基于功能的结构抗震设计已成为世界各国土木工程界研究的热点之一。基于功能的结构抗震设计应该是以结构可靠度理论为基础的,具体地讲是基于结构体系可靠度理论在工程中的应用。为此,人们提出了基于功能的结构体系可靠度,将结构体系可靠度与结构的某种功能联系起来,使体系可靠度的概念更加明确、符合实际情况,而且计算也比较简便。 从实际震害经验知道,地震作用下钢筋混凝土结构的破坏主要是由于层间变形过大引起的。对于多层和高层钢筋混凝土结构抗震设计,结构的层间变形是衡量结构破坏程度和性能水平的重要指标,层间变形失效模式为钢筋混凝土结构的主要失效模式,因此可以把层间变形作为各种功能要求的控制指标。 目前,钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构和框架一剪力墙结构房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式。它们在设计、施工和使用过程中,其安全性、适用性和耐久性会受到大量随机因素的影响。进行钢筋混凝土结构的随机有限元和可靠性分析,是结构工程领域的研究重点和热点之一。 本课题基于位移,以层间变形失效为主要失效模式,采用蒙特卡罗方法对多层和高层钢筋混凝土框架结构、整体剪力墙和框架一剪力墙结构分别在小震、中震和大震作用下进行了失效相关性分析,分别得出了它们在小震、中震和大震作用下部分失效模式相关性统计规律。研究结果表明: 1.以层间变形失效为主要失效模式的钢筋混凝土框架结构、整体剪力墙和框架一剪力墙结构在小震、中震和大震作用下,各层之间的失效既不是完全相关的,也不是完全独立的,而是介于两者之间。 2.在小震作用下,框架结构绝大多数层之间的失效是统计独立的,失效相关的层间数约占总层数的1/3~1/2,主要集中在结构的下部。整体剪力墙和框架一剪力墙结构失效相关的层间数约占总层数的1/2,主要集中在结构的中上部。 3.在中震作用下,框架结构失效相关的层间数约占总层数的1/3~1/2,主要集中在结构的中下部;整体剪力墙失效相关的层间数约占总层数的1/2,主要集中在结构的中上部;框架一剪力墙中,失效相关的层间数约占总层数的1/2~2/3,失效相关的层间主要集中在结构的中上部; 4.在大震作用下,框架结构、整体剪力墙和框架一剪力墙结构绝大多数层之间的失效是统计相关的。 我们希望,通过对本课题的持续性和深入性的研究,找出各种钢筋混凝土结构在各种地震作用下的失效相关性规律,进而给出各种钢筋混凝土结构在各种地震作用下体系可靠度的简化计算方法,为结构体系可靠度理论早日进入建筑结构规范提供必要的理论支持。
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