基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力的推断方法

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对构件抗力的推断是既有结构可靠性评定中的重要内容,但目前普遍采用的间接推断方法因需要考虑较多不确定因素的影响而偏于保守,有可能导致采取不必要的加固措施;相对于间接推断方法,国际上提出的基于试验的推断方法更加精确,推断结果能真实反映构件的实际抗力,但该法是以破坏性试验为前提的,并不能满足构件继续使用的要求,其适用范围有限。因此,研究基于非破坏性试验的既有混凝土构件抗力的推断方法,对于推动既有结构可靠性评定方法的发展是重要的和必要的。论文首先针对现有抗力间接推断方法推断精度不足等缺点,提出基于概率模型的抗力标准值推断方法。然后面向既有结构可靠性评定方法的发展,以既有混凝土(钢筋混凝土和预应力混凝土)受弯构件为对象,研究并提出基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力概率预测方法和基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力小样本推断方法,为既有结构的可靠性评定提供了更具实证性的抗力推断方法。本文主要内容如下:(1)基于概率模型的抗力标准值推断方法。直接依据抗力的概率模型并按照统计推断的方法,提出基于概率模型的抗力标准值推断方法。该法具有严密的理论基础,不仅符合统计学的一般规律,所推断的抗力标准值具有明确的概率意义,推断结果较为合理,可作为现有构件抗力间接推断方法的补充。(2)既有混凝土构件受弯承载性能的随机过程概率模型。分别以混凝土边缘纤维压应变和截面相对受压区高度为基本参数,建立相应的既有混凝土构件受弯承载性能随机过程概率模型,揭示构件抗力与非破坏性试验中构件实际受力状况之间的概率关系。研究结果表明,文中提出的既有混凝土构件受弯承载性能随机过程概率模型可合理反映构件承载性能的概率特性随基本参数变化的规律。(3)基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力的概率预测方法。针对单个试件的情况,分别建立基于非破坏性试验中混凝土边缘纤维压应变和截面相对受压区高度的既有混凝土构件受弯承载力概率预测方法,通过试验分析了影响概率预测方法预测精度的主要参数,并探讨了两种预测方法的适用对象。研究结果表明,文中提出的两种基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力概率预测方法是合理和稳妥的,在充分利用构件加载信息的基础上,预测结果较为贴近抗力实际值且具有较小的变异性,优于目前基于材料性能、几何尺寸测试结果的间接推断方法。(4)基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力的小样本推断方法。以混凝土受弯构件为载体,进一步针对多个试件,依据概率预测方法得到各试件的预测结果,根据小样本推断方法相关理论,提出基于非破坏性试验的既有混凝土构件受弯承载力的小样本推断方法。通过对批量试件的加载测试,验证了该推断方法的合理性,与未做试验下构件受弯承载力推断方法的对比分析表明,文中推断方法的推断值更接近于破坏性试验下的推断结果,是一种更精确的推断方法。本文建立的基于非破坏性试验的抗力推断方法是对目前既有构件抗力推断方法的补充,该法在采用非破坏性试验的基础上充分利用了构件的加载信息,弥补了直接推断法和间接推断法的不足,填补了国际上试验不充分条件下的构件抗力推断方法;该法与目前的间接推断方法、基于破坏性试验的推断方法共同形成系统的既有混凝土构件抗力的推断方法。同时,该法的提出拓展了结构试验的应用领域,为既有结构的可靠性评定提供了更具实证性的试验辅助方法,从而更有效地保证结构、特别是重大工程结构和新型结构的可靠性。
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