鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，賦予結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷龋菇Y(jié)構(gòu)在 預(yù)定的使用期限內(nèi)能滿足設(shè)計(jì)所預(yù)期的各種功能要求。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)（包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件）必須 滿足安全性、適用性和耐久性的要求。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用基于概率的 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，并將極限狀態(tài)分為兩類:承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。目前， 混凝土結(jié)構(gòu)適用性和耐久性的研究己逐漸成為研究熱點(diǎn)，而其可靠性分析方法，也正受到越 來(lái)越多的關(guān)注。1可靠度計(jì)算理論的研究現(xiàn)狀1.1可靠度計(jì)算按照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的定義，結(jié)構(gòu)可靠度為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完 成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)可靠

2、度理論的研究，起源于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中存在的 不確定性的認(rèn)識(shí)，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)決策理論中計(jì)算結(jié)構(gòu)失效概率的需要。早期的可靠度計(jì)算方法是只考慮隨機(jī)變量平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的所渭“二階矩模式”，可靠度用可 靠指標(biāo)表示。這種模式先后有德國(guó)的Mayer瑞士的Basler、前蘇聯(lián)的爾然尼采和美國(guó)的Comell 提出過(guò)，但只是在Cornell之后，二階矩模式才得到重視。二階矩模式的特點(diǎn)是形式簡(jiǎn)單， 但要求隨機(jī)變量服從正念分布。但在實(shí)際工程當(dāng)中，并不是所有隨機(jī)變量都服從正態(tài)分布， 此時(shí)的可靠度指標(biāo)只是可靠度的一個(gè)的近似代用指標(biāo)。直到1973年加拿大學(xué)者Lind在一次 二階矩模式的基礎(chǔ)上，采用分離函數(shù)的方

3、式將可靠度指標(biāo)B值表達(dá)成適用于設(shè)計(jì)規(guī)范的分項(xiàng) 系數(shù)式，才又重新確立了二階矩模式的地位。我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性理論的研究始于20世紀(jì)50 年代，曾討論了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題。二階矩模式計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度要求結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的表達(dá)式是顯式的。往往實(shí)際工程面對(duì)的結(jié)構(gòu) 功能函數(shù)不是一個(gè)簡(jiǎn)單表達(dá)式，這時(shí)可以用有限差分來(lái)求解功能函數(shù)的一階偏導(dǎo)數(shù)。當(dāng)功能函數(shù)是隱式時(shí)，還有其他求解可靠度的方法，比如蒙特卡羅法及其改進(jìn)法、隨機(jī)有限 元法、響應(yīng)面法和改進(jìn)的遺傳算法等。當(dāng)用蒙特卡羅法及其改進(jìn)方法來(lái)求解功能函數(shù)為隱式 時(shí)的可靠度問(wèn)題，需要成千上萬(wàn)次模擬，計(jì)算復(fù)雜。隨機(jī)有限元方法是另一種手段，但一般 要求隨機(jī)變量的變異

4、系數(shù)較小。響應(yīng)面方法的求解精度取決于所研究的極限狀態(tài)面（線）的 特征，該方法的關(guān)鍵是選取合適的方差增大系數(shù)h和一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)，確保擬合曲面g（x） 能夠在失效區(qū)域很好的代表真實(shí)曲面，有時(shí)還能計(jì)算出錯(cuò)誤的驗(yàn)算點(diǎn)。1.2結(jié)構(gòu)體系可靠度如果只有當(dāng)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)構(gòu)件都失效時(shí)結(jié)構(gòu)才失效，則稱結(jié)構(gòu)體系為并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系。并聯(lián) 結(jié)構(gòu)體系一般都是超靜定體系，構(gòu)件破壞后會(huì)發(fā)生內(nèi)力重分布，結(jié)構(gòu)體系的可靠度要大于每 一個(gè)構(gòu)件的可靠度。對(duì)于靜定結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)每一個(gè)構(gòu)件的失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的失 效，稱為串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系。串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系屬最薄弱鏈系統(tǒng)，其可靠度要小于每一個(gè)構(gòu)件的可靠 度。一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是由多個(gè)構(gòu)件組成的，

5、通過(guò)力學(xué)方法將結(jié)構(gòu)上荷載的統(tǒng)計(jì)特性轉(zhuǎn)化 為構(gòu)件荷載效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性后，若結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計(jì)特性也是已知，則可由前面介紹的一 次二階矩方法分析每一個(gè)構(gòu)件的可靠度，但每一個(gè)構(gòu)件的可靠度，并不能反映整個(gè)結(jié)構(gòu)體系 的可靠度。事實(shí)上，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算是非常復(fù)雜的，大多數(shù)都是以并聯(lián)一串聯(lián)體 系形式而存在的，按照并聯(lián)方式，結(jié)構(gòu)失效要形成相應(yīng)的失效路徑（模式），而失效路徑可 能會(huì)有多個(gè)，所有失效路徑又構(gòu)成一最薄弱鏈系統(tǒng)。為分析方便，實(shí)際中多將并聯(lián)一串聯(lián)結(jié) 構(gòu)體系簡(jiǎn)化為有多個(gè)失效模式構(gòu)成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系，因此研究體系可靠度問(wèn)題就以串聯(lián)結(jié)構(gòu) 體系的可靠度問(wèn)題居多。分析結(jié)構(gòu)體系可靠度，首先要尋找結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)的

6、各種失效模式。 一般情況下，即使是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體系，其失效模式也非常多，全部搜尋出來(lái)計(jì)算量 會(huì)很大。而實(shí)際上，在這些失效模式中，只有失效概率值較大的模式對(duì)結(jié)構(gòu)體系的失效概率 有明顯的貢獻(xiàn)，稱為主要失效模式，其他的失效模式則可以忽略掉，所以分析中只考慮這些 主要的失效模式即可。找到結(jié)構(gòu)主要的失效模式后，再應(yīng)用多個(gè)失效模式的可靠度計(jì)算方法 分析結(jié)構(gòu)體系可靠度。目前，已提出多種尋找結(jié)構(gòu)主要失效模式的方法，如網(wǎng)絡(luò)搜索法、分 支約界法、荷載增量法、B約界法、截止枚舉法等。其中網(wǎng)絡(luò)搜索法和分支一約界法應(yīng)用較 廣，網(wǎng)絡(luò)搜索法首先將所有主要失效模式按彼此相關(guān)的密切程度分成若干組，在每組中選出 一個(gè)失效概

7、率最大的失效模式作為代表性失效模式，然后假定各代表性失效模式相互獨(dú)立， 再估算結(jié)構(gòu)體系的失效概率。該法的關(guān)鍵是分組標(biāo)準(zhǔn)Pn（相關(guān)系數(shù)）的選取：若Pn取得較 大，將會(huì)得到偏于保守的結(jié)果；相反，若Pn取得較小，又將得到偏于危險(xiǎn)的結(jié)果；在Pn 選取的比較合適時(shí)，才可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。分支約界法首先根據(jù)構(gòu)件截面失效概率的 大小形成失效路徑的第一級(jí)分支，對(duì)于每一分支，再根據(jù)構(gòu)件截面失效概率的大小形成失效 路徑的第二級(jí)分支，在塑性鉸形成后的下一步分析中，都將截面的抗力視為外荷載，當(dāng)結(jié)構(gòu) 剛度矩陣的行列式值為0時(shí)，結(jié)構(gòu)就形成了一個(gè)機(jī)構(gòu)，也就產(chǎn)生了一條失效路徑，整個(gè)過(guò)程 要進(jìn)行多次變結(jié)構(gòu)重分析，計(jì)算量非常

8、大，當(dāng)然從尋找主要失效模式的觀點(diǎn)出發(fā)，按照預(yù)先 規(guī)定的判斷準(zhǔn)則，在形成失效路徑分支的過(guò)程中，就將對(duì)結(jié)構(gòu)體系失效概率貢獻(xiàn)不大的分支 舍棄掉。2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性鑒定分析方法2.1混凝土檢測(cè)混凝土強(qiáng)度指標(biāo)有混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗折強(qiáng)度等，但抗壓強(qiáng)度是其關(guān)鍵指標(biāo)，它是 各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)的綜合性反映，是結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算分析的主要數(shù)據(jù)之一，亦是評(píng)定結(jié)構(gòu)可靠性的 一個(gè)重要依據(jù)。檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的方法有很多，如錘擊印痕法、表面拉脫法、回彈法、 拉拔法、射釘法、壓釘法等。我國(guó)目前用得較多的是回彈法、超聲法、取芯法、拉拔法、超 聲回彈綜合法等?；貜椃y(cè)的是混凝土表面硬度，超聲法測(cè)的是混凝土密實(shí)度，均系間接推 斷

9、混凝土強(qiáng)度，影響的因素較多，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的推定誤差也較大。此兩種方法為非破 損檢驗(yàn)，可對(duì)結(jié)構(gòu)各個(gè)部位進(jìn)行全面檢測(cè)。取芯法和拉拔法，系直接測(cè)定法，能真實(shí)反映結(jié) 構(gòu)中混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，但對(duì)結(jié)構(gòu)有局部損壞，測(cè)定數(shù)量不能太多，一般作為非破損法的校 準(zhǔn)?；炷撂蓟窃u(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)重要指標(biāo)其碳化深度是影響用回彈法評(píng)定 混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素之一?；炷撂蓟疃葴y(cè)定方法是在選定的檢測(cè)位置將混凝土 鑿孔，孔內(nèi)清掃干凈后，在孔內(nèi)噴灑酚歐試液，觀察表面是否變色，紅色為未碳化，不變色 為碳化，量測(cè)不變色混凝土部分的垂直厚度，即為混凝土碳化深度2.2 鋼筋檢測(cè)鋼筋數(shù)量、位置及保護(hù)層厚度，可采用鋼筋保

10、護(hù)層厚度測(cè)定儀測(cè)定，鋼筋直徑及等級(jí)則輔以 局部鑿去保護(hù)層檢驗(yàn)校準(zhǔn)。鋼筋銹蝕目前主要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量評(píng)定法和判別法檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 評(píng)定法是直接測(cè)定鋼筋的銹蝕情況，包括破樣法、電磁法、取樣法、紅外技術(shù)法、電阻棒法 和電化學(xué)法；判別法則是以已有的科研成果為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)，判斷鋼筋的 銹蝕程度、銹蝕速度、截面損失大小等情況。2.3混凝土結(jié)構(gòu)可靠性鑒定結(jié)構(gòu)可靠性鑒定目前主要有三種方法，即傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法、實(shí)用鑒定法和可靠度鑒定法。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法：傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法是我國(guó)一直運(yùn)用的習(xí)慣方法，是由有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng) 目視檢查，有時(shí)輔以按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行簡(jiǎn)單的核算，然后憑借所掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠 性作出客

11、觀評(píng)價(jià)。該方法簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用不多，但調(diào)查過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏一整套的檢查要求和 度量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定結(jié)果在很大程度上取決于評(píng)定者的經(jīng)驗(yàn)，因此，在較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可靠性鑒定 中，甚至?xí)霈F(xiàn)為避免個(gè)人承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)而過(guò)于保守的現(xiàn)象。實(shí)用鑒定法：實(shí)用鑒定法克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法的缺點(diǎn)，利用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和電算手段獲取必要 的結(jié)構(gòu)功能參數(shù)指標(biāo)，并將這些指標(biāo)與規(guī)范指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)功能指標(biāo)的差異程度， 評(píng)定出結(jié)構(gòu)的可靠性等級(jí)，是我國(guó)當(dāng)前普遍采用的方法。該法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、合理、可靠，通 過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定，在結(jié)構(gòu)加固改造中充分利用原結(jié)構(gòu)的潛力，為提高改造工程的經(jīng)濟(jì) 效益提供了依據(jù)，缺點(diǎn)是工作量較大，適用于大型工程?？煽慷辱b定法（近似概率法）：可靠度鑒定法是應(yīng)用概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和可靠度理論，借助計(jì) 算機(jī)手段，對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際可靠度，直接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、判斷和評(píng)價(jià)的方法，能較真實(shí)地反 映結(jié)構(gòu)的可靠性狀況。但是結(jié)構(gòu)功能函數(shù)求取比較復(fù)雜，每一部件在整個(gè)結(jié)構(gòu)功能中的作用 和地位難于量化，技術(shù)要求較高，在實(shí)際工作中運(yùn)用存在許多困難，適用于特別重要的大型 工程。3小結(jié)結(jié)構(gòu)可靠