钢筋混凝土结构预期使用期可靠度设计与FRP加固监测

论文摘要

针对长期环境作用、地震荷载作用下的钢筋混凝土建筑结构,本文分别在构件、结构体系和城市群体建筑三个层面上进行了可靠度设计、抗震性态分析以及FRP加固监测研究。首先,本文进行了预期使用期钢筋混凝土结构可靠度实用设计方法的研究。根据我国现行建筑结构可靠度设计原理,考虑耐久性退化影响因素,设计了抗力统计参数与我国调查结果一致的五种代表性钢筋混凝土构件,考虑多种荷载效应组合以及不同荷载效应比,研究了不同使用期内代表性构件的可靠度变化规律;为保证预期使用期内结构可靠度水平仍可满足现行规范要求,提出了根据预期使用期和抗力衰减幅度确定结构设计可靠度指标的方法,并通过优化的方法确定了预期使用期内的耐久性折减系数,给出了预期使用期结构可靠度设计的实用设计方法。并通过算例验证了本文提出方法的有效性。其次,研究了不同侧向力分布对钢筋混凝土结构体系抗震性能Pushover分析的影响。本文设计了五层、十层和十五层典型钢筋混凝土框架结构,各结构满足我国现行建筑抗震设计规范要求。分别对各结构进行典型地震动下的时程分析,以及采用五种常用侧向力分布的Pushover分析与能力谱法分析,根据等顶点位移原则对比不同地震动强度下两者的层间位移反应,对不同层数结构以及不同地震动强度下Pushover分析的侧向力选取提出了建议。第三,针对目前结构体系可靠度求解的困境,鉴于灾害荷载作用下结构体系可靠度主要由结构的最弱失效模式决定,提出了结构体系可靠度的求解方法。首先,将结构体系抗力表征为与特定损伤状况对应的地震作用下结构顶点位移,该位移通过Pushover分析和能力谱法求解;考虑结构材料强度、构件几何尺寸和计算模式的随机性,通过Monte Carlo分析计算结构体系抗力及其概率分布参数;考虑罕遇地震随机特性和结构非线性反应特征,通过Monte Carlo分析确定结构地震作用效应及其概率统计参数,进而通过一次二阶矩方法确定结构体系可靠度。考虑结构抗力衰减影响,分别以五层、十层和十五层结构为例计算了不同使用期时各结构的体系可靠度。研究表明,随着结构层数的增加,结构体系可靠度有降低的趋势;考虑抗力衰减影响,结构可靠度随使用期降低,结构薄弱层数越多降低幅度越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 混凝土结构耐久性研究进展
• 1.2.1 一般大气环境下混凝土结构材料劣化
• 1.2.2 混凝土构件耐久性退化
• 1.2.3 混凝土结构耐久性设计
• 1.3 结构抗震性态设计的研究现状
• 1.3.1 结构性态设计研究状况
• 1.3.2 结构抗震性态设计分析方法
• 1.4 混凝土结构FRP 受弯加固及监测
• 1.4.1 FRP 加固混凝土结构研究现状
• 1.4.2 FRP 受弯加固研究现状
• 1.4.3 存在的问题
• 1.4.4 FRP 加固结构现有健康监测手段
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 钢筋混凝土结构预期使用期可靠度设计实用方法
• 2.1 引言
• 2.2 抗力的统计特征
• 2.2.1 抗力衰减的影响因素
• 2.2.2 抗力统计特征随使用期的变化
• 2.3 考虑耐久性退化的结构可靠度设计实用方法
• 2.3.1 极限状态功能函数
• 2.3.2 考虑耐久性退化的目标可靠指标
• 2.3.3 考虑耐久性退化的可靠度设计过程
• 2.4 代表性钢筋混凝土构件耐久性设计参数
• 2.4.1 荷载组合及荷载效应比
• 2.4.2 代表性钢筋混凝土构件设计
• 2.4.3 耐久性影响因素
• 2.4.4 耐久性设计参数
• 2.5 算例
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢筋混凝土结构体系抗震性能Pushover 分析的侧向力分布与振型影响
• 3.1 引言
• 3.2 Pushover 分析方法
• 3.2.1 Pushover 分析过程
• 3.2.2 侧向力分布
• 3.2.3 结构的恢复力骨架曲线及其参数确定
• 3.3 能力谱法
• 3.4 结构模型及假设
• 3.5 典型地震动的选取
• 3.6 结构反应分析
• 3.6.1 顶点位移与基底剪力关系曲线
• 3.6.2 结构周期随地震动强度的变化
• 3.6.3 结构层间位移
• 3.7 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土框架结构体系抗震可靠度分析及其抗力衰减影响
• 4.1 引言
• 4.2 结构体系抗力的分析方法
• 4.2.1 结构体系的抗力表征
• 4.2.2 结构地震损伤模型
• 4.3 考虑抗力衰减的结构抗力随机过程模型
• 4.3.1 结构抗力衰减模型
• 4.3.2 结构抗力随机过程模型
• 4.3.3 结构抗力衰减影响因素
• 4.4 随机地震静力作用及其统计参数
• 4.4.1 随机地震动模型
• 4.4.2 随机地震动下结构顶点位移反应的确定
• 4.5 结构体系可靠度分析
• 4.6 算例
• 4.6.1 结构模型
• 4.6.2 结构的抗力衰减
• 4.6.3 结构体系抗力和荷载效应的概率参数分布
• 4.6.4 结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 典型钢筋混凝土结构房屋震害预测及抗力衰减影响——基于宁波市防灾减灾信息管理系统
• 5.1 引言
• 5.2 宁波市城市概况
• 5.2.1 城市基本概况
• 5.2.2 房屋概况
• 5.3 宁波市抗震防灾减灾信息管理系统
• 5.3.1 系统构成
• 5.3.2 属性数据库
• 5.3.3 空间数据库
• 5.4 震害预测及地震损失估计
• 5.4.1 分析流程
• 5.4.2 震害矩阵
• 5.4.3 人员伤亡估计
• 5.4.4 无家可归人数估计
• 5.4.5 经济损失估计
• 5.5 考虑抗力衰减的钢筋混凝土房屋动态震害矩阵
• 5.5.1 随机地震动作用
• 5.5.2 钢筋混凝土结构震害等级及损伤指数
• 5.5.3 典型结构设计
• 5.5.4 典型环境
• 5.5.5 震害预测分析
• 5.6 宁波市钢筋混凝土房屋结构震害预测结果
• 5.7 本章小结
• 第6章 受弯钢筋混凝土构件 CFRP 一体化加固与监测——光纤光栅应变监测
• 6.1 引言
• 6.2 光纤布拉格光栅（FBG）测量原理
• 6.2.1 光纤基本结构
• 6.2.2 光纤布拉格光栅结构与测量原理
• 6.3 CFRP 加固混凝土受弯试件概况
• 6.3.1 材料性能
• 6.3.2 CFRP 加固混凝土梁
• 6.3.3 试验装置及传感器布置
• 6.3.4 FBG 布设
• 6.4 CFRP 加固钢筋混凝土梁的设计方法
• 6.4.1 CFRP 加固混凝土破坏模式
• 6.4.2 CFRP 加固混凝土梁设计方法
• 6.4.3 L2 系列承载力设计
• 6.5 CFRP 加固混凝土梁试验结果及分析
• 6.5.1 结构承载力及破坏形态
• 6.5.2 CFRP 的应变特征
• 6.6 FBG 应变监测
• 6.6.1 无涂覆层FBG
• 6.6.2 热塑管锚固长标距FBG
• 6.6.3 有涂覆层FBG
• 6.6.4 金属薄片封装FBG
• 6.6.5 树脂锚固长标距FBG
• 6.7 基于监测应变的CFRP 加固梁荷载预测
• 6.7.1 基于CFRP 应变的加载全过程分析
• 6.7.2 无损伤CFRP 加固梁CFRP 应变与荷载关系
• 6.7.3 有损伤CFRP 加固梁CFRP 应变与荷载关系
• 6.8 本章小结
• 第7章 受弯钢筋混凝土构件 CFRP 一体化加固与监测——OTDR 裂缝监测
• 7.1 引言
• 7.2 OTDR 测量原理
• 7.2.1 瑞利后向散射
• 7.2.2 OTDR 结构
• 7.2.3 OTDR 主要性能指标
• 7.2.4 光纤分布式裂缝监测机理
• 7.3 基于光纤断裂的多段分布式光纤裂缝监测
• 7.3.1 监测系统设计
• 7.3.2 监测系统性能分析
• 7.3.3 CFRP 加固混凝土梁裂缝监测试验
• 7.4 基于光纤微弯原理的裂缝监测
• 7.4.1 微弯传感器标定
• 7.4.2 监测系统设计
• 7.4.3 CFRP 加固混凝土梁裂缝监测试验
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历