纤维混凝土梁抗弯性能可靠性分析

来源 :东北大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wuweijie2009
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在混凝土基材中掺入纤维有利于提高混凝土结构的抗弯承载力、抗变形和抗裂能力。然而,随服役时间延长,纤维混凝土梁会因混凝土碳化、钢筋锈蚀和裂缝开展等原因,导致材料性能衰减,使得构件在服役过程中可能存在安全隐患,甚至尚未达到设计基准期就丧失正常使用功能。因此,有必要对纤维混凝土梁的时变可靠性进行分析。目前,关于混凝土梁时变可靠性研究大都集中于普通混凝土,由于纤维的加入使得构件内部组分的复合效应更为复杂,理论分析难度更大,故该领域研究仍处于比较匮乏的阶段。论文在混凝土结构可靠度理论的基础上,将结构抗力视为随机过程,考虑混凝土强度、截面有效尺寸、纤维增强系数及构件承载力等影响因素,推导了纤维混凝土梁正截面抗弯承载力和基于挠度控制的可靠性分析模型,并利用一次二阶矩法进行实例计算,从强度和刚度两个方面求取了纤维混凝土梁抗弯可靠性的可靠指标和随机变量灵敏度。其次,基于混凝土材料强度、钢筋截面面积、钢筋和混凝土之间粘结系数、纤维增强系数以及计算模式不定性系数等多因素影响机制,引入钢纤维影响系数,推导了钢筋钢纤维混凝土梁正截面抗弯承载力、基于裂缝宽度控制和挠度控制的时变可靠性分析模型。以10年持续荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁抗弯试验为基础,讨论了各随机变量的时变规律,将等效抗力法和一次二阶矩法相结合,求取了钢筋钢纤维混凝土梁的时变可靠指标和时变灵敏度。从钢筋钢纤维梁正截面抗弯承载力时变可靠性分析可知,钢纤维的最佳掺量与相关研究成果吻合;外荷载越小,可靠指标越大,抗弯承载力越大;在服役初期,可靠指标先上升后下降。从基于裂缝宽度和挠度控制的可靠性分析可知,钢纤维掺量越高,可靠指标越大,抗变形和裂缝的能力越强,与试验结果吻合;外荷载越小,可靠指标越大,抗变形和裂缝的能力越明显;在服役初期可靠指标下降明显,随服役时间延长,可靠指标下降趋于平缓,与试验数据吻合。纤维混凝土梁抗弯性能可靠性分析可用于计算整体结构的失效概率和进行动态可靠性研究,为纤维混凝土抗裂性能及弯曲韧性的提高提供理论依据;同时对结构损伤维修、加固有一定的参考价值,为充分发挥材料潜能以及开发及应用提供理论支持。
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