現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化計(jì)算

【摘要】建筑物結(jié)構(gòu)抗力的退化問題是一個(gè)關(guān)鍵性問題，所以，在建筑的設(shè)計(jì)和施工過程中，都對這些問題進(jìn)行了嚴(yán)格的要求。我們在施工的過程中，也應(yīng)該從建筑物的機(jī)構(gòu)抗力退化方面來分析，本文主要研究了現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化的計(jì)算問題，總結(jié)了計(jì)算的相關(guān)工作，明確了計(jì)算如何開展，同時(shí)，也為今后的計(jì)算提出了思路。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)有建筑物；結(jié)構(gòu)抗力；退化計(jì)算

當(dāng)前，現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化工作依然存在不少的問題，其中，針對現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化的計(jì)算方法，很多施工人員計(jì)算不夠科學(xué)，應(yīng)用不夠有效，所以，我們探討現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化計(jì)算是很有必要的。

1、結(jié)構(gòu)抗力退化研究簡介

結(jié)構(gòu)抗力退化問題，早為人們所認(rèn)識(shí)，并以結(jié)構(gòu)維修、加固來補(bǔ)償結(jié)構(gòu)抗力退化。隨著現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的使用、老化，建筑結(jié)構(gòu)倒塌數(shù)量逐年增多，維修、加固工程量上升，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，要使現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)發(fā)揮正常使用功能，必需對其結(jié)構(gòu)實(shí)施全面檢測和評價(jià)，以采取經(jīng)濟(jì)合理的處理對策?，F(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)檢測和評價(jià)，必然會(huì)遇到退化結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算問題。近來世界各國均在廣泛地研究，提出了不同的計(jì)算對策。其中，最具有代表性的是以折減系數(shù)來考慮結(jié)構(gòu)杭力退化。

2、退化成因與退化模式

結(jié)構(gòu)抗力退化，取決于結(jié)構(gòu)的自身特性和外部環(huán)境兩個(gè)因素。就結(jié)構(gòu)自身特性而言，主要與結(jié)構(gòu)材料的密實(shí)性、化學(xué)成分等有關(guān)。外部環(huán)境主要與空氣溫度、濕度、腐蝕性介質(zhì)以及使用荷載強(qiáng)度等有關(guān)。若環(huán)境惡劣、材料密實(shí)性差，化學(xué)成分復(fù)雜時(shí)，則結(jié)構(gòu)腐蝕、損傷速度加快，反之減緩。一般，結(jié)構(gòu)腐蝕、損傷表現(xiàn)為構(gòu)件的截面減小、材料性能退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗力降低，而且隨著時(shí)間的增長，結(jié)構(gòu)抗力退化呈現(xiàn)出加速發(fā)展態(tài)勢。一般，在正常使用條件下，工業(yè)建筑物結(jié)構(gòu)抗力腐蝕損傷隨時(shí)間的變化緩慢，如鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，年腐蝕量約為兒個(gè)微米。若結(jié)構(gòu)的未來使用期（或下一個(gè)評價(jià)日）不太長，則可忽略在未來使用期內(nèi)的結(jié)構(gòu)抗力退化量。結(jié)構(gòu)的未來便用期，可以取一年、二年、五年等，不宜太長，筆者建議取五年。

由上述可見，結(jié)構(gòu)在未來使用期不太長（這里取五年）的情況下，其杭力退化為階躍式，即結(jié)構(gòu)抗力退化僅在檢測評價(jià)日發(fā)生突變。在不考慮維修的條件下，結(jié)構(gòu)抗力呈階梯形退化模式。

使用中的建筑結(jié)構(gòu)，受荷載和環(huán)境的綜合作用，其結(jié)構(gòu)抗力會(huì)隨時(shí)間的推移而逐漸退化。因此，正確估計(jì)退化結(jié)構(gòu)抗力，為結(jié)構(gòu)的合理使用提供依據(jù)，對當(dāng)前老企業(yè)的挖潛改造和安全生產(chǎn)具有重要意義。

使用中的建筑結(jié)構(gòu)，性質(zhì)上已不同于設(shè)計(jì)模型，而是作為確定的事件存在著，具有可測性。然而，由于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件特征參量、環(huán)境、荷載條件的變異性，卻又使得使用中的建筑結(jié)構(gòu)成為具有不定性的未確知性事件。因此，應(yīng)采用貝葉斯方法估計(jì)結(jié)構(gòu)抗力，進(jìn)而考慮結(jié)構(gòu)抗力的退化性，以估計(jì)退化結(jié)構(gòu)抗力。

3、考慮耐久性影響的結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)實(shí)用方法

3.1實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式

結(jié)構(gòu)性能劣化是耐久性影響的必然結(jié)果，它是一種不可抗拒的自然規(guī)律和現(xiàn)象。合理的結(jié)構(gòu)可靠度分析和設(shè)計(jì)必須考慮抗力隨時(shí)間逐漸變化的特性。當(dāng)考慮抗力的時(shí)變特性后，結(jié)構(gòu)可靠度分析和計(jì)算過程十分復(fù)雜，不便于設(shè)計(jì)人員掌握和運(yùn)用。因此，為了使研究成果具有可操作性，同時(shí)與現(xiàn)行規(guī)范銜接，本文將考慮抗力時(shí)變的可靠度分析轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)的表達(dá)式形式，從而簡化劣化結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)考慮耐久性退化因素影響，采用概率方法計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程為：

（1）

式中：SG為永久荷載效應(yīng)；SQ為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大可變荷載效應(yīng)。

現(xiàn)行不考慮抗力衰減的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)是通過簡單荷載組合（永久荷載與一種可變荷載組合）的情況確定的，此時(shí)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)表達(dá)式為：

（2）

式中：SGk恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；SQk為活荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；Rk為抗力標(biāo)準(zhǔn)值；γG、γQ、γR分別為恒荷載、可變荷載和結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù)；γT為不同設(shè)計(jì)使用年限荷載調(diào)整系數(shù)。

當(dāng)考慮耐久性引起的結(jié)構(gòu)抗力衰減和設(shè)計(jì)使用壽命要求時(shí)，式（2）的分項(xiàng)系數(shù)要做出調(diào)整，才能使結(jié)構(gòu)在整個(gè)設(shè)計(jì)使用壽命期滿足規(guī)定的可靠指標(biāo)要求。本文在調(diào)整時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)保持不變，仍按現(xiàn)行規(guī)范取值，僅對抗力分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。則考慮耐久性退化影響時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)用表達(dá)式為：

（3）

式中：γRT為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi)考慮耐久性影響的抗力分項(xiàng)系數(shù)。

3.2目標(biāo)可靠指標(biāo)

要確定調(diào)整后的結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù)γRT，需要先確定結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命已為業(yè)主所選擇后，由于耐久性的影響，結(jié)構(gòu)抗力將隨使用年限的增加而降低，可靠指標(biāo)下降。為了使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi)的最低可靠指標(biāo)仍能達(dá)到合格可靠指標(biāo)的要求，本文采用提高結(jié)構(gòu)初始目標(biāo)可靠指標(biāo)的方法來實(shí)現(xiàn)。初始目標(biāo)可靠指標(biāo)的設(shè)定，可根據(jù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi)可靠指標(biāo)的衰減幅度來確定。當(dāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命不同時(shí)，其可靠指標(biāo)衰減的幅度也不同，因此，所設(shè)定的初始目標(biāo)可靠指標(biāo)也不同。根據(jù)提高后的初始可靠度指標(biāo)所確定的抗力分項(xiàng)系數(shù)，包含了結(jié)構(gòu)抗力降低的因素。這樣，在設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi)，按照考慮耐久性影響后確定的分項(xiàng)系數(shù)方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，就能滿足規(guī)范規(guī)定的最小目標(biāo)可靠指標(biāo)要求。

結(jié)語：

綜上所述，針對現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化問題，在計(jì)算的時(shí)候一定要運(yùn)用更好的計(jì)算方法，同時(shí)，總結(jié)計(jì)算過程中的不合理情況，為今后的現(xiàn)有建筑物結(jié)構(gòu)抗力退化計(jì)算工作帶來更多的參考和借鑒。

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