火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件時變可靠性分析.pdf

1、在各類現(xiàn)代建筑中,鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占有非常大的比重。在火災(zāi)高溫的作用下,建筑構(gòu)件的材料性能會發(fā)生嚴(yán)重的劣化,嚴(yán)重削弱結(jié)構(gòu)的承載性能,結(jié)構(gòu)變形顯著增加,甚至危及結(jié)構(gòu)的安全。特別是對于鋼結(jié)構(gòu)來說,強(qiáng)度高、重量輕、抗震性能好和可靠性高等是其優(yōu)點。但是由于鋼材的耐火性能較差,當(dāng)溫度在400℃左右時,其屈服強(qiáng)度將降至室溫下的一半,溫度達(dá)到約600℃時,鋼材將基本喪失全部強(qiáng)度和剛度。因此,建筑結(jié)構(gòu)抗火性能的研究一直是近年來研究的熱點,建筑結(jié)構(gòu)

2、抗火性能的提高十分必要和迫切。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)抗火分析,通常采用確定性的力學(xué)模型來進(jìn)行。對于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和使用中客觀存在的不確定性,傳統(tǒng)方法對其中所蘊(yùn)含的安全度不能給予科學(xué)的解釋,安全系數(shù)的取值,則是根據(jù)工程事故率的高低不斷進(jìn)行調(diào)整的,這不免要付出過大的材料浪費(fèi)和潛在的巨大損失為代價。本文從工程實際出發(fā),通過結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計分析火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的影響,在前人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下一些方面的研究:
　　 1.討論了火災(zāi)作用下影響鋼筋混

3、凝土結(jié)構(gòu)可靠性的因素。將火災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件極限承載力的變化與其抗力相聯(lián)系,提出并論證了構(gòu)件抗力隨火災(zāi)時間變化的規(guī)律,并通過給出抗力隨時間變化的確定性函數(shù),建立了鋼筋混凝土構(gòu)件在火災(zāi)下的功能函數(shù)。采用規(guī)范推薦的一次二階矩法描述了在火災(zāi)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的變化過程,并分析了保護(hù)層厚度、配筋率、混凝土標(biāo)號等主要因素對鋼筋混凝土構(gòu)件抗火性能的影響。同時充分考慮到鋼筋混凝土梁構(gòu)件經(jīng)常帶裂縫工作,本文引入了裂縫對抗力影響的隨機(jī)變量,并建立了相應(yīng)

4、的極限狀態(tài)方程。
　　 2.采用全隨機(jī)過程模型,求出了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過一定的受火時間后幸存的幾率?？紤]到可靠性指標(biāo)計算困難,在工程上應(yīng)用不便,將安全系數(shù)法引入可靠性研究,并提出了一種用可靠性意義下的安全系數(shù)近似分析計算火災(zāi)下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的方法。該方法既保持了安全系數(shù)法簡單明快的特點方便設(shè)計人員應(yīng)用,同時又考慮到了應(yīng)力和強(qiáng)度的變異性,以及結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度目標(biāo)等因素。
　　 3.分析了鋼構(gòu)件保護(hù)層厚度、導(dǎo)熱系數(shù)、以及

5、荷載比等因素對鋼梁可靠性的影響。并通過算例對鋼梁在ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線作用下的耐火極限進(jìn)行了時變可靠性分析。
　　 4.在充分考慮到高溫對于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、平面內(nèi)穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定的影響的基礎(chǔ)上,建立了高溫作用下鋼結(jié)構(gòu)柱的極限狀態(tài)方程,并給出了考慮基本荷載組合時鋼柱可靠性指標(biāo)的求法。
　　 綜上所述,本文針對各種類型的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在高溫下的可靠性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。建立起多種建筑構(gòu)件在火災(zāi)作用下可靠性分析的方法,希望能為