RC偏壓構件精細抗力概率模型

摘要：

現(xiàn)行可靠度統(tǒng)一標準給出的RC偏壓構件抗力統(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。結果表明采用正態(tài)分布變量來擬合RC偏壓構件抗力的分布具有較好的精度。在此基礎上，對此改進模型應用于隨機偏心距下RC偏壓構件可靠度計算的適用性進行了實例分析。結果證實，當偏心距設計值接近或者大于界限偏心距值時，采用現(xiàn)行標準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)一標準因對抗力隨偏心距值增大而減小的效應考慮不夠而使得RC大偏壓構件的設計偏于不安全。

關鍵詞：

抗力概率模型；RC偏壓構件；偏心距；可靠度；Monte Carlo抽樣

中圖分類號：

TU318

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）040001507

中國現(xiàn)行標準[1]在校核RC偏壓構件截面的可靠度時，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，設計為大偏壓的構件仍會有發(fā)生小偏壓破壞的可能；而設計為小偏壓的構件也會有發(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。實際結構中由于荷載的非完全相關性[34]，構件截面上的彎矩和軸壓力亦是非完全相關的，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)行標準[1]中的可靠度分析方法因對此考慮不夠充分將會高估大偏壓構件的設計可靠指標[57]，使得設計偏于不安全。蔣友寶，等：RC偏壓構件精細抗力概率模型

研究表明RC大偏壓柱設計偏于不安全的問題亦存在于多個國家的結構設計規(guī)范中。例如Milner等[8]的分析表明軸壓力與彎矩的隨機相關性（即偏心距的隨機特性）對RC柱可靠度的影響較大，當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)范設計的RC柱可靠度，結果表明不考慮偏心距的隨機特性會使RC大偏壓柱的設計可靠度偏低目標可靠度較多。由于極限狀態(tài)時，RC偏壓構件截面能承受的軸壓力和彎矩是一條復雜的相關曲線，因此相關研究多采用數(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鍵。Mirza等[12]采用Monte Carlo方法分析了美國ACI規(guī)范中RC偏壓構件在不同偏心距和配筋率下的抗力概率模型，然后應用這些概率模型，基于可靠度校準得到了美國規(guī)范用抗力分項系數(shù)值。對比之下，中國現(xiàn)行標準[1]中偏壓構件抗力統(tǒng)計參數(shù)卻較為粗糙，僅以兩種偏壓（大小偏壓）狀態(tài)之分來給出相應的抗力統(tǒng)計參數(shù)，因而當偏心距值變化、配筋率變化時，標準[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偏壓構件的可靠度分析與設計帶來了一定程度的不精確性。