结构全寿命周期维护过程中的关键问题

3
二、既有结构的安全性
180
具有初始损伤结构的反应 160
140
120
100
80
60
40
ຫໍສະໝຸດ Baidu
20
基于开裂损伤混凝土结构的
0 -20 0
性能变化规律，提出了开裂
混凝土构件的刚度修正方法
M (×106N.mm) 开裂后刚度/初始刚度
ρ=1.27% ρ=0.98% ρ=0.81% ρ=0.66% ρ=0.52% ρ=0.40%
B0
a2
+
b2 ρ
4
二、既有结构的安全性
具有初始损伤结构的反应
以损伤因子修正结构的刚度和阻 尼，提出了考虑结构损伤累积的 地震反应分析方法，为震后结构 的性能评估提供分析工具
D=1− f121 f021
Ki=(1−D)K0 ξi1=2(21−−DD)ξ01
结构地震反应分析
5
二、既有结构的安全性
构件的安全性分析
20 40 60 80 φ (×10－6mm-1)
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 ρ=0.29% 0.2 0.1
0
100 120 0
计算曲线 拟合曲线
0.5
1
1.5
配筋率ρ %
解决了构件开裂而引起的结 构体系内力重分布问题
修正构件刚度
B1 = 1
B0
a1
+
b1 ρ
B2 = 1
等级 评级标准
Au Γbu≤0.25, Γcu＝0, Γdu＝0 As Γbs≤0.35, Γcs＝0
Bu Γcu≤0.25, Γdu＝0
Cu Γdu<0.05 Du Γdu≥0.05
Bs Γcs≤0.25 Cs Γcs>0.25
耐久性等级 等级 评级标准 Ad Γbd≤0.20 Bd Γbd>0.20
工业环境
二氧化硫 氮氧化物 硫化氢 酸雨
海洋环境
近海气温 近海海水水温 海大气湿度 近海大气降雨 日照 大气中盐雾浓度 海水盐度 pH值 潮汐和潮流
11
三、环境作用
环境作用下结构的响应——以混凝土结构为例
一般大气环境中的 二氧化碳
海洋环境中的 氯离子
结构全寿命维护中的 关键理论问题
1
提纲
一、概述 二、既有结构的安全性 三、结构的环境作用 四、结构的性能退化 五、结构的时变可靠性 六、未来的方向
2
一、概述
平均风险率
荷载复杂 结构不完整 材料性能不成熟
偶改 然变 作用 用途
损伤累积 结构性能退化
施工阶段
使用阶段 性能退化阶段 时间
认识结构的性能是结构维护的基础！
S
R
S、R
既有房屋结构 是否合适?
7
二、既有结构的安全性
构件的安全性分析
∑ γ 0 (γ GSGK
+ γ S Q1 Q1K
+
n i=2
γ
Qiψ
Sci QiK
)
≤
R(
f
,
a,......)
γ
R
基于目标使用期的 荷载概率模型
既有结构构件的 抗力概率模型
I 6 5
γG=γ1Gγ.=2G1=.11.0
4
γG=0.9γG=0.8
365
360
355
BRW
MHD
UUM
NWR
350
T AP
WLG
MLO
AVE
345
340 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 年份
北半球七个本底站二氧化碳浓度变化
14
三、环境作用
环境气候条件和侵蚀介质都具有时变性
L1 Z1
∑ ωi =
ri ri ni
Au
子结构n
Bu
……
Cu
上部结构
Cu
子结构3
nk
∑ Γ k = ωik
Au
子结构2
ik =1
地基基础
Bu
子结构1
a) 子结构安全性等级
b)结构体系安全性等级
10
三、环境作用
工程结构环境分类
一般大气环境
大气温度 大气湿度 降雨 风速、风向 太阳辐射 CO2
6
二、既有结构的安全性
构件的安全性分析
以混凝土结构构件为例
∑ γ 0 (γ GCGGk + γ Q1CQ1Q1k +
γ QiCQiψ CiQik ) ≤
R(
f sk
γs
,
f ck
γc
, ak ,L)
p
荷载的变异性 材料强度的变异性 施工误差 等因素的影响
β
γG=1.2 γQ=1.4 γs=1.1 γc=1.35
实测值 70
无周期模型预测值 α = 0.05, β = 0.4
68
周期加法模型预测值 α = 0.08, β = 0, γ = 0
66
64
62
60
58
56
54 1970
1975
1980
1985
1990
1995 2000 年份 (a)
2009 2005 2010
2015
2020
长春年平均相对湿度预测值
年平均气温 (℃)
年平均气温 (℃)
实测值 8
无周期模型预测值 α = 0.06, β = 0.67
周期加法模型预测值 α = 0.02, β = 0.01, γ = 0
7
6
5
4
3 1970
1975
1980
1985
1990 1995 2000 年份 (a)
2005
2010
2015
2020
长春年平均气温预测值
年平均相对湿度 (%)
按照结构设计的思路进行既有建筑的检测评定
是否正确？
不正确！
结构可靠性——结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的能力
结构/对象 规定的时间 规定的条件
拟建建筑结构设计 尚未存在 设计使用年限 正常设计 正常施工 正常维护
既有建筑检测评定 已经存在 目标使用年限 设计已成历史 施工已成历史 过去的维护，将来？
避免采用设计
R/γ0γRS
au级
bu级
cu级
du级
≥1.0
≥0.95且<1.0 ≥0.90且<0.95
<0.90
公式进行安全 性分析而导致 保守的结果
8
二、既有结构的安全性
结构体系的安全性分析
构件破坏与结构破坏的关系？
L1 Z1
9
二、既有结构的安全性
结构体系的安全性分析
安全性等级
使用性等级
等级
评级标准
5I 4 3
γG=γ1Gγ.=2G1=.11.0 γG=0.9γG=0.8
3
2
γQ 2
γQ
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
γG＝1.0、γQ＝1.3 ， γR＝1.11~1.82
混凝土碳化 随水侵入混凝土
钢筋锈蚀 结构性能退化
温度、湿度
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三、环境作用
环境作用在不同尺度上存在明显的空间分布特征
地区环境尺度
工程环境尺度
太阳 北
西
αh αs
αw 南
β 东
构件环境尺度
13
三、环境作用
环境气候条件和侵蚀介质都具有时变性
温度随时间变化
CO2浓度 /ppm
390
385
380
375
370