基于可靠度分析的结构体系可靠性的评定方法

' 西安建筑科技大学硕士学位论文基于可靠度分析的结构体系可靠性的评定方法专业：防灾减灾工程及防护工程硕士生：郭鹏飞导师：姚继涛教授摘要在钢筋混凝土排架结构的服役过程中，受使用条件、外部环境等因素的影响，其材料强度不断降低、构件变形不断增大，从而影响结构的抗力性能及可靠性能，使排架结构达不到所预期的可靠性，因此如何合理地评定排架结构的可靠性具有重要意义。当前钢筋混凝土排架结构的可靠性评定是从构件、平面单元、鉴定单元三个层次进行，具有层次分明、易于操作等优点，但其仅考虑了承载力不足构件的数量，并未考虑不同构件的具体位置对结构体系可靠性的影响，其评定结果可能与工程结构实际情况有所差距。与此同时，结构抗力受诸多因素影响，如材料强度、截面尺寸等等，不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响并不明了。基于以上不足，本文主要内容如下：首先，本文在回顾既有结构可靠性理论发展历程的基础上，对既有结构可靠性的基本概念及评定方法做出了系统的梳理和总结，指出了目前存在的问题及不足；其次，从不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠度影响的角度出发，分别就不同截面混凝土及钢筋强度、截面高度、配筋面积变化对单层不等跨排架结构及高低跨排架结构可靠度的影响进行计算分析，从而明确了不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响程度；然后从不同位置截面承载力降低对结构体系可靠度影响的角度出发，就单构件及双构件截面承载力变化对单层不等跨排架结构及高低跨排架结构可靠度的影响进行计算分析，从而明确了不同位置截面承载力降低对结构体系可靠度的影响程度。论文的研究内容和成果为钢筋混凝土排架结构的可靠性评定提供了更具体的依据，对不同截面抗力影响因素变化及承载力降低对结构体系可靠度的影响程度有了更直观的认识，弥补了我国现行规范体系的不足，从而为更全面地评价结构体系可靠性及鉴定加固提供了更具体的参考。关键词：排架结构；抗力因素；截面承载力；体系可靠度；可靠性评定I 西安建筑科技大学硕士学位论文ReliabilityevaluationmethodbasedonreliabilityanalysisofstructuralsystemSpecialty:DisasterPreventionandReductionEngineering,ProtectiveEngineeringCandidate:GuoPengFeiSupervisor:Prof.YaoJitaoABSTRACTIntheserviceprocessofthereinforcedconcretebentframestructure,,withaffectedbytheconditionsofusingandtheexternalenvironment,thestrengthofthematerialwillreduceandthedeformationofcomponentswillincrease.Thentheywillaffectit’sperformanceandreliability.Withtheframestructurenotuptotheexpectationsofreliability,howtoevaluatethereliabilityofframestructurereasonablyseemsmoreimportant.Thereliabilityassessmentofreinforcedconcreteframestructureiscarriedoutfromthethreelevels:structures,planeelementandidentificationunit.Ithastheadvantagesofdistinctionandeasyoperation,butitonlyconsidersthequantityofbearingcapacityofmember,anddoesnotconsidertheinfluenceofdifferentcomponentsofthespecificlocationofstructuralsystemreliability.SotheevaluationresultsmayhaveagapbetweentheactualsituationofEngineeringstructure.Atthesametime,thestructuralresistanceisaffectedbymanyfactors,suchasthematerialstrength,sectionsizeandsoon.Itwillresultheunknownreliabilitydifferentsectionresistanceinfluencefactorchangesonthestructureofthesystem.Basedontheaboveproblems,themaincontentsofthispaperareasfollows:Firstly,basedonthereviewofthetheoryofstructuralreliability’sdevelopmenthistory,itmakesasystematicsummaryofthebasicconceptandevaluationmethodofthereliabilityexistingstructures,andpointsouttheproblemsanddeficiencies;Secondly,fromthepointoftheinfluenceonthereliabilitystructuresystemofdifferentpositionanglesectionresistancefactorschanging,itanalysestheinfluenceofdifferentsectionconcreteandsteelstrength,sectionheight,areaofreinforcementofsinglestoryII 西安建筑科技大学硕士学位论文unequalspanbentstructureandthelevelofcrossshelfstructurereliability,whichistoclarifythedifferentpositionsectionresistancefactorsaffectingthedegreeofinfluenceonthereliabilityofstructuralsystem;ThenfromdifferentlocationsSectionBearingCapacityReductioninfluencingonthestructuralsystemreliabilitypointofview,thebearingstresschangeonthemonolayerofunequalspanframestructureandthelevelofcrossshelfstructurereliabilitycalculationofsinglecomponentsectionandtwosections,socleanoutthedifferentcrosssectionbearingcapacitytoreducetheinfluenceofstructuresystemreliability.Thecontentandresultsofthisresearchprovidesmorespecificbasisofreliabilityevaluationofthereinforcedconcreteframestructure,havingamoreintuitiveunderstandingoftheinfluenceonthereliabilityofstructuralsystembythechangesofdifferentsectionresistanceandbearingcapacityreducing.Itmakeupthedeficienciesoftheexistingstandardsystem,soastoprovidemorespecificreferencestrengtheningreliabilityandidentificationofmorecomprehensiveevaluationsystem.Keywords:bentstructure;constructionerrors;sectionbearingcapacity;institutionsreliability;assessmentmethodsIII 西安建筑科技大学硕士学位论文目录1绪论................................................................................................................................11.1引言......................................................................................................................11.2既有结构可靠性评定方法的发展......................................................................21.3存在的问题与不足..............................................................................................31.4本文研究的主要内容..........................................................................................42既有结构可靠性评定的基本理论及方法....................................................................52.1既有结构可靠性的基本概念..............................................................................52.1.1结构可靠性的定义...................................................................................52.1.2既有结构可靠性分析的特点...................................................................52.1.3既有结构可靠性分析的原则...................................................................62.2既有结构可靠性评定方法..................................................................................72.2.1可靠性评定的基本思想...........................................................................72.2.2可靠性评定的基本方法...........................................................................92.3现行排架结构可靠性的评定方法....................................................................102.4小结....................................................................................................................123抗力因素变化对单层排架结构可靠度的影响分析.................................................133.1排架结构可靠度分析的基本方法....................................................................133.1.1排架结构体系可靠度分析的基本方法.................................................133.1.2结构的功能函数.....................................................................................143.2抗力因素变化对压弯构件可靠度的影响分析................................................153.2.1压弯柱的基本信息及功能函数.............................................................163.2.2材料强度变化对压弯柱可靠度的影响.................................................163.2.3截面高度变化对压弯柱可靠度的影响.................................................183.2.4配筋面积变化对压弯柱可靠度的影响.................................................183.3抗力因素变化对单层排架结构可靠度的影响分析........................................193.3.1结构截面信息及功能函数.....................................................................193.3.2材料强度变化对结构可靠度的影响.....................................................223.3.3截面高度变化对结构可靠度的影响.....................................................29IV 西安建筑科技大学硕士学位论文3.3.4配筋面积变化对结构可靠度的影响.....................................................313.4小结....................................................................................................................344抗力因素变化对高低跨排架结构可靠度的影响分析..............................................354.1结构截面信息及功能函数................................................................................354.1.1高低跨排架结构的截面信息.................................................................354.1.2高低跨排架结构的功能函数.................................................................374.2抗力因素变化对结构可靠度的影响................................................................384.2.1材料强度变化对结构可靠度的影响.....................................................384.2.2截面高度变化对结构可靠度的影响.....................................................434.2.3配筋面积变化对结构可靠度的影响.....................................................464.3小结....................................................................................................................485构件承载力变化对排架结构可靠度的影响分析.....................................................515.1单铰承载力变化对单层排架结构可靠度的影响分析....................................515.1.1结构截面信息及功能函数.....................................................................515.1.2单铰承载力变化对结构可靠度的影响.................................................545.1.3两铰承载力变化对结构可靠度的影响.................................................555.2单铰承载力变化对高低跨排架结构可靠度的影响分析................................565.2.1结构截面信息及功能函数.....................................................................575.2.2单铰承载力变化对结构可靠度的影响.................................................595.2.3两铰承载力变化对结构可靠度的影响.................................................615.3小结....................................................................................................................626结论与展望..................................................................................................................656.1结论....................................................................................................................656.2展望....................................................................................................................66致谢.............................................................................................................................69V 西安建筑科技大学硕士学位论文1绪论1.1引言建筑物是人类赖以生存的基本空间，其可靠性与否关系到千家万户的生命及财产安全。伴随着我国经济的迅猛发展，各类工业、民用建筑与日俱增，给我们的生活带来了极大的便利。与此同时我国已经制定了一系列建筑工程类法律法规与相关规范标准，但在工程建设的法律依据及相关监督体系上与发达国家相比，还有较长的路要走，其中如何合理地评定既有结构的可靠性是目前我国在工程质量方面所面临的问题之一。既有结构可靠性的评定主要包括两方面内容，即结构构件的可靠性评定和结构体系的可靠性评定[15]。针对结构构件的可靠性评定方法已经很成熟，但结构体系的可靠性评定方法还有很多不完善之处。当前的结构可靠性鉴定标准主要从构件、子单元、鉴定单元三个层次对结构体系进行可靠性评定，具有层次分明、易于操作等优点，但其仅考虑了承载力不足的构件数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响。因此分析不同位置截面承载力降低对结构体系可靠性的影响对更合理地评定结构体系可靠性及结构加固具有重要意义。第二次世界大战后，经济发达的国家工程建设大都经历了三个阶段：大规模新建、新建与维修改造并举；除部分新建外，重点转向维修改造。20世纪70年代，建筑维修改造业发展开始加快，如1978年英国用于改造加固的费用是1965年的3.76倍，1980年建筑加固维修的工程量占全英国建筑工程总量的1/3；美国自20世纪70年代起建筑业中新建开始不景气，而维修改造日益兴旺；德国在20世纪80年代用于厂房改建的投资占建筑总投资的60%[1,2]。目前，在国家投资项目中，我国己开始由新建与维修改造并重的第二阶段逐渐步入重点为旧建筑物维修改造的第三阶段[1]。在我国，许多工程的结构性能已出现严重退化，其安全性低于设计规范及所处环境作用的要求，部分旧建筑结构功能相对新的要求已落后，大批现存结构存在因安全性及耐久性过低而面临退役的威胁[3]。与新建工程结构相比，对既有建筑结构进行加固改造具有投资规模少、时间短、节约自然及社会资源等多重优势。因此当前对于既有结构可靠性理论及如何更合理地评定既有结构体系可靠性的研究具有重要意义。1 西安建筑科技大学硕士学位论文1.2既有结构可靠性评定方法的发展既有结构可靠性评定方法是可靠性理论发展的一个重要方向，对此世界各国十分重视，国际上对既有结构可靠性评定的研究大致分为以下几个阶段：1、从上世纪40年代到50年代末，注重对建筑结构产生缺陷的原因分析和修补方法的研究探索；2、从上世纪60年代初到70年代末，注重对建筑物检测技术和评定方法的研究。这一阶段出现了破损检测、非破损检测、物理检测等几十种现代检测术，也提出了诸如分项评价、综合评价等多种评价方法；3、从上世纪80年代至今，引入工程学科知识，研制专家系统，注重规范、评价标准的制定，并注重检测手段、检测技术的更新，强调综合评判和宏观经济效果，对建筑物的鉴定体系逐渐趋于成熟[4]。早期对既有结构的安全性评估主要是定性分析，随着研究的深入，逐渐由定性的方法转为由可靠性设计理论为基础发展起来的定量方法。既有结构可靠性评定方法主要有三种，即传统经验法、实用鉴定法和概率鉴定法[1,3,25]。传统经验法是指由具有实践经验的工程专家对建筑结构进行现场调查及相关分析计算，根据此结构的原本设计规范，由鉴定人员依据专业知识及相关工程经验，对建筑结构作出评价和处理。该方法受检测技术和计算工具的制约，过多依赖个人经验，整个评判过程缺乏系统性和规范性，鉴定结论往往并不相同，且鉴定人员处于风险的考虑，对具体的评定结论及相关改造加固方案偏于保守，造成[30]不同程度的浪费。实用鉴定法是指应用各种检测技术及方法对结构性能本身及其所处环境进行调查分析，应用计算机技术以及其他相关分析方法对结构受力性能进行模拟，以获得其真实的性能及受力状态，有关的结构抗力及作用的概率特性主要由它们的代表值来反映，全面地分析建筑结构所存在的问题及其原因，以当前规范为标准，从安全性、适用性等多个角度来评定整体建筑物的可靠性水平。与传统经验法相比，该法鉴定程序科学，对建筑物性能和状态的认识较准确和全面，具有合理统一的评定标准，而且鉴定工作主要由专门的技术机构承担，因此对建筑物的可靠[5][26]性水平判定较准确。美国在上世纪70年代中期提出的“安全性评估程序”即属于实用鉴定法。概率鉴定法是指在实用鉴定法的基础上，根据结构和环境自身的信息，将影2 西安建筑科技大学硕士学位论文响结构可靠性的基本变量视为随机变量或随机过程，建立作用效应和结构性能的概率分析模型，利用概率方法计算结构的失效概率或可靠指标，并通过与目标可靠指标的比较，判定既有结构的可靠性是否满足要求，又称可靠度鉴定法[6,7]。由于既有建筑物已转换为现实实体，同拟建结构相比，经过长期的服役，具有许多不同的特点，因此将现行设计规范作为标准对服役结构进行可靠性评定就有很多不合理的地方，而概率鉴定法则主要针对具体的已有建筑物，通过采集和分析结构的受力特性及其所处环境等相关信息，来评定建筑物的可靠性水平，评定结论更符合已长期服役具体结构的实际情况。传统经验法基本已经被淘汰。当前我国普遍应用的是以《民用建筑可靠性鉴定标准》[8](GB50292-1999)、《工业厂房可靠性鉴定标准》[9](GB50144-2008)为代表的评定方法，它们总体上属于实用鉴定法，但在一些原则性的规定和具体条款上已引入概率鉴定法的思想[10]。从发展趋势来看，概率鉴定法是结构可靠性鉴定方法发展的方向。1.3存在的问题与不足随着建筑结构服役时间的不断增长，经历了长期的外部环境及相关的人为因素影响后，其自身的材料性能及力学性能逐渐衰退，另外目前对建筑结构的定期检测维护工作还不完善，导致建筑结构的可靠性水平逐渐降低。当前我国有大量的工业建筑有待进行可靠性评定，如何合理地评定既有机构的可靠性是目前工程界所面临的重要问题之一。既有结构可靠性评定的理论基础是结构体系的可靠性理论。目前的评定准则基本没有考虑结构系统的总体效应，如破坏准则的界定、主要失效模式的确定方法及各主要失效模式相关性影响等[11]。目前我国《工业建筑可靠性鉴定标准》[9]（GB50144—2008）关于单层排架结构的可靠性评定从构件、子单元、鉴定单元三个层次来进行，具有简单明了、层次分明、易于操作等优点，鉴于结构体系可靠度计算的复杂性，通过不同层次的鉴定评级对结构体系的可靠性评定仍较实用。但其仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑不同构件的具体位置对结构体系可靠性的影响；同时结构抗力受诸多因素的影响，如材料强度、截面尺寸等等，对不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响并不明了，仅从构件承载力的角度来评定既有结构的可靠性，不能明确分析出不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响程度，评定方式较为笼统，从而使其评定结果与工程结构的实际情况存在一定的差别，不能较完整地反映整个3 西安建筑科技大学硕士学位论文结构的可靠性状况。1.4本文研究的主要内容当前我国有大量的工业建筑有待进行可靠性评定，如何合理地评定既有机构的可靠性是目前我国工程界所面临的重要问题之一。当前的结构体系可靠性评定标准仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响。同时，不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响并不明了。基于以上不足，本文主要研究如下内容：1.从压弯构件柱出发，分别分析不同位置截面混凝土及钢筋强度、截面高度及配筋面积变化对压弯构件柱上柱及下柱截面可靠度的影响，为单层排架结构体系的可靠性分析提供参考；2.以单层不等跨及高低跨排架结构为研究对象，分别分析不同位置截面混凝土及钢筋强度、截面高度及配筋面积变化对整个结构体系可靠度的影响，从而明确不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响程度，为结构体系的可靠性评定提供参考；3.以单层不等跨及高低跨排架结构为研究对象，分别分析不同位置截面承载力变化对结构体系可靠度的影响，从而明确不同位置截面承载力降低对结构体系可靠度的影响程度，为更全面地评价结构体系的可靠性及结构加固提供更具体的依据。4 西安建筑科技大学硕士学位论文2既有结构可靠性评定的基本理论及方法2.1既有结构可靠性的基本概念2.1.1结构可靠性的定义按照我国《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153—2008）[12]的定义，结构可靠性指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。“规定的时间”指结构设计使用年限；“规定的条件”一般指对人类活动的限定条件，一般要求结构能够得到正常设计正常施工正常使用及维护。“预定功能”指结构安全性、适用性、耐久性和抗连续倒塌能力，一般是以结构是否达到极限状态为标志的。如果结构或结构的一部分超过某一特定状态便不再满足设计规定的某一项功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态[23,28]结构或构件的极限状态是将其从可靠与不可靠状态区分的界限状态[27]。2.1.2既有结构可靠性分析的特点1、可靠性要素的变化既有结构可靠性评定的评估使用年限，指所预估的既有结构在规定条件下的使用年限，是从当前算起，人们对结构未来剩余使用时间的要求。既有结构是已成型的结构，并经过长时间的服役，因设计、施工及使用环境等因素给结构造成的不利影响均已成事实，所以在可靠性评定过程中，应充分考虑当前结构本身的状况及结构未来可能经受的荷载效应及环境变化等因素的影响。对于既有结构，其应完成的预定功能原则上应与拟建结构的一致，但有时会因使用目的和环境的变化，可能会对这些预定功能提出新的要求，如正常使用极限状态因使用环境的恶化而发生的改变、承载能力极限状态因地震烈度区划的变更而变化等[13]。2、基本变量取值的变化既有结构经过长时间服役，其材料特性及受力性能均发生一定程度的变化，此时具体结构的材料特性及其性能变化应采用现代检测手段予以确定；同时因结构长期受外界环境及人为因素的影响，结构计算模型的建立应根据既有结构当前的实际状况来进行。既有机构与拟建结构相比，其具体特性已是定值，结构的检测评定应以其自身存在的信息为基础，利用已测定信息来分析结构在未来使用年5 西安建筑科技大学硕士学位论文限内的结构状况。3、可靠性控制级别拟建结构是以满足现行规范为标准，既有结构的可靠性评定是依据结构可靠性鉴定标准将结构的可靠性分为A、B、C、D级，这是因为随着结构服役时间的增长，结构规范处于不断修订的过程中，同时结构受外界环境及使用状况的影响，结构的自身性能发生一定变化，因此既有结构不能单纯依靠过去或现在的规范来单一评定，应根据当前结构的具体状况来对其可靠性进行分级评定。2.1.3既有结构可靠性分析的原则与拟建结构相比，既有结构本身及可靠性分析都有其自身特点，因此其可靠性分析应根据结构自身特点确定分析原则。既有结构的可靠性分析应服从以下原则：1、明确可靠性的含义既有结构经历长期的服役，其材料特性、受力性能与拟建结构相比已存在较大差异，在对其进行可靠度分析时应明确其可靠性的含义。对于作用的预测、抗力的变化及其影响和可靠度的计算等，应采用同样的时间区段、同样的失效准则。通常情况下，不应采用拟建结构在设计初在设计基准期内的荷载或抗力的统计特性来分析既有结构评估使用年限内的可靠性，否则会使既有结构可靠性的含义模糊不清[14]。2、充分利用已有信息既有结构是一个客观存在的实体，其材料强度和构件截面尺寸是可测的，在当前时刻原则上已不是随机变量，并且已经历了验证荷载，为可靠性的评估计算积累了一定的信息[7]。因此，应充分利用现有技术手段来测定既有结构的截面信息，已使其更真实地反映结构当前的实际状况，为结构的可靠性评定及加固提供更具体的依据。3、与既有结构的加固维修决策相结合既有结构的可靠性评定结果是对结构进行加固、维修的依据，既有结构维修加固的经济性问题是人们决策所面临的关键问题之一，因此在对既有结构可靠性评定过程中应充分考虑当地的经济环境等因素，并给出更经济有效的加固方案。通常在一定的经济技术水平下，用于加固、维修的费用越高，结构在评估使用年限内的可靠性越高；用于加固维修的费用越低，则结构在评估使用年限内的可靠6 西安建筑科技大学硕士学位论文性越低[14]。2.2既有结构可靠性评定方法2.2.1可靠性评定的基本思想1.评定目的与内容既有结构可靠性评定并不只是对当前结构状态的评定，其评定的主要目的是判定结构在未来的目标使用期内能否完成预期的功能要求，即结构在未来服役期内能否达到相应的可靠指标。在评估使用年限内对结构的日常使用、正常维护等方面的要求，对既有结构的可靠性评定来说是完全必要的，否则也就失去了评定的意义。既有结构可靠性评定包括安全性、适用性和耐久性三个方面，但在形式上一般表达为安全性和适用性的评定，对耐久性的评定通过下列三种方式融入安全性、适用性评定中[1,3]：(1)考虑到材料强度及构件性能可能发生的衰减，将对耐久性的评定直接反映于安全性和适用性的评定之中，对结构的分析和核验来说，有一定困难，因为材料及构件的性能随时间的变化规律较难掌握；(2)假定材料强度、构件性能在未来的目标使用期内并不改变，先对结构的安全性与适用性进行分析和评定，然后以修正安全性与适用性评定结果的方式将结构的耐久性考虑其中，此种方法的应用性较强；(3)对于在未来目标使用期短、所处环境较好的具体结构，可采用同样的假定条件对结构进行安全性及适用性评定，但要求在后期的使用中采取较好的维护措施以保证结构材料、构件性能不致衰退或仅有微小改变，养护费用较高。对于既有结构可靠性评定来说，结构体系的可靠性评定是可靠性评定的最高层次。在结构体系的可靠性评定中，结构极限状态的各种标志与结构体系的安全性和适用性项目一一对应如下，如表3.1所示。表3.1既有结构极限状态与其可靠性评定项目[14]类别结构极限状态可靠性评定项目1、结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或1、结构保持强度的能力因过度变形而不适于继续承载安全性2、结构转变为机动体系2、结构保持静定的能力3、整个结构或结构中的一部分作为刚体失去3、结构保持平衡的能力平衡（如倾覆等）7 西安建筑科技大学硕士学位论文4、结构或结构构件丧失稳定性（如压屈等）4、结构保持稳定的能力5、地基丧失承载能力而导致破坏（如失稳等）5、结构保持原体系的能力1、影响结构正常使用或外观的变形1、结构的总体变形2、影响结构正常使用的振动2、结构的总体振动适用性3、影响结构正常使用或耐久性能的局部损坏3、结构的总体损坏4、影响结构正常使用的其他特定状态4、结构的其他特定总体状态2.评定方式对结构体系进行可靠性评定，即对其安全性和适用性进行评定时，一般有两种方式：一种是从结构整体的范围来评定安全性与适用性，常用于反映结构整体性能的项目，如不均匀沉降、结构侧移、结构抗倾覆等等；另外就是从构件的安全性和适用性角度来综合评定结构体系的安全性和适用性，便于综合考虑不满足可靠性要求的部位及构件。从构件的安全性和适用性角度来评定结构体系的安全性和适用性时，一般需要从构件层次设定结构体系的评定项目。对应于“结构保持强度的能力”、“结构保持静定的能力”等结构体系安全性的项目，可仅在构件层次设置“承载能力”项目；对应于结构体系的适用性项目，可在构件层次设置“变形”、“振动”等项目。另外，除了各构件的安全性和适用性，还应考虑构件之间的关系，如结构布置、排架结构中的支撑布置、砌体结构中圈梁及构造柱的设置等[14]。由结构体系可靠性理论可知，结构体系的失效准则是对其进行安全性和适用性评定的评定标准，其最终目的是判定出结构性能失效或结构本身的破坏是否会发生在结构体系的层次上。因此从构件的安全性和适用性层次来评定结构体系的安全性和适用性时，应设计与结构体系本身相关的可靠性评定标准，以使整个评定系统更合理，更符合实际工程需要。综合上述评定项目，可建立结构安全性、适用性的评定体系，如表3.2所示。表3.2结构安全性、适用性的评定体系[14]评定对象结构体系结构构件评定内容保持平衡的能力整体性项目——保持强度的能力安全性保持静定的能力综合性项目承载能力保持稳定的能力8 西安建筑科技大学硕士学位论文保持原体系的能力结构整体性整体性项目总体变形变形总体损坏损坏适用性总体振动综合性项目振动其他特定总体状态其他特定状态结构整体性3.评定依据(1)反映结构状况及环境信息对既有结构可靠性进行评定首先应对结构目前的状态进行充分了解，如结构构件的强度、挠度，楼面与屋面的实际荷重等等，这些状况是评定结构可靠性最直接的依据。与此同时了解建筑结构在过去服役过程中所经历的如地震作用、偶然荷载等各种状况对于更全面地评价结构当前的可靠性具有重要作用。在实际情况中，建筑物自身所有的信息往往并不完善，这就需要参考周边相似环境下结构的信息及同一时代的结构信息等等，这时应注意到建筑结构自身的独特性，注意所采用数据的适用性及合理性。(2)有关结构评定分析的规范标准当前既有结构的可靠性应依照现行的规范标准来进行评定，以符合更合理的理念与标准，但过去设计所依据的可靠性水平与现在有很大不同，假如都以当前的规范标准来评定不同服役期限的既有结构，则会增大建筑物改造加固的规模，造成不同程度的浪费。这是随着科技的进步，不可避免要发生的事情，可靠指标仅仅是一个标准，并不意味着失效或破坏。因此对于评定标准应有一定的余地，对于可靠指标仅在较小范围内低于当前规范可靠指标限值的结构，原则上予以接受，或仅需要进行局部处理加固；对于可靠指标与当前规范可靠指标具有较大差距的结构，应进行结构改造加固处理。2.2.2可靠性评定的基本方法既有结构已转变为现实的空间实体，环境条件也更加明确，人们在此基础上可获得更为充足的信息，对既有结构的环境历史及当前的性能和状态也更为了解，对于既有结构的可靠性可通过对结构性能的分析以及结构状态的评估进行评定，9 西安建筑科技大学硕士学位论文某些情况下还可以辅以试验。既有结构可靠性评定的基本方法可分为三类：1.基于结构性能分析的方法建筑结构可靠性评定的主要方法是根据建筑结构自身力学性能、材料特性及有关的环境信息，来推定结构当前的实际性能及以后可能发生的性能变化，推定结构在未来服役期限内可能会遭受到的各种作用，通过对整体结构综合的力学分析与验证，来判定结构在目标使用期内是否满足结构设计所要求的可靠性，这是基于结构性能分析的评定方法。2.基于结构状态评估的方法由于已有建筑物已转换为现实实体，同拟建建筑相比，经过长期的服役，结构的力学性能及材料特性在使用过程中得到了检验，并在很多方面通过结构的实际状态表现出来，此时，在一定程度上可以采用相关检测技术及手段来综合评定结构的实际状况，直接判定结构在未来的目标使用期内是否仍能满足结构可靠性的要求，这是基于状态评估的评定方法。3.基于结构试验的方法当采用结构性能分析及状态评估的方法都难以对既有结构的可靠性做出准确的评定时，除更深入的调查取证和精确的分析外，还可考虑基于结构试验的方法。基于结构实验的评定方法的基本方式是荷载检验，通过现场或室内的试验检验结构的实际性能，根据试验和相关数据分析判定结构的承载力、变形等是否满足要求。基于结构试验进行评定的方法是建立在建筑物与现实环境所提供的信息上，为既有结构可靠性评定的特有方法[14,19]。2.3现行排架结构可靠性的评定方法当前我国单层排架厂房可靠性评定的主要依据为《工业建筑可靠性鉴定标准》[9]（GB50144-2008），其具有层次清晰、易于理解、操作性较强等优点。既有结构可靠性的评定主要包括两方面内容，即结构构件的可靠性评定和结构体系的可靠性评定[15,32]。评定对象划分为鉴定单元、子单元、构件三个层次，本节主要以工业建筑可靠性鉴定标准为例对目前单层排架厂房的安全性评定方法做简要介绍。当单层厂房上部承载结构是由平面排架或平面框架组成的结构体系时，其承重功能的等级可按下列规定近似评定：1.根据结构布置和荷载分布将上部承重结构分为若干框排架平面计算单元。2.将平面计算单元中每种构件按构件的集合及其重要性区分为：重要构件集10 西安建筑科技大学硕士学位论文(同一种重要构件的集合）或次要构件集（同一种次要构件的集合）。平面计算单元中每种构建集的安全性等级，以该种构件集中所含构件的各个安全性等级所占的百分比按下列规定确定：1）重要构件集A级：构件集中不含c级、d级构件，可含b级构件且含量不多于30%；B级：构件集中不含c级、d级构件，可含c级构件且含量不多于20%；C级：构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于10%（竖向构件）或15%（水平构件）；D级：构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件且含量不少于10%（竖向构件）或15%（水平构件）；2）次要构件集A级：构件集中不含c级、d级构件，可含b级构件且含量不多于35%；B级：构件集中不含d级构件，可含c级构件且含量不多于25%；C级：构件集中含c级构件且含量不多于50%，或含d级构件且含量少于20%；D级：构件集中含c级构件且含量多于50%，或含d级构件且含量不少于20%。3.各平面计算单元的安全性等级，宜按该平面计算单元内各重要构件集中的最低等级确定。当平面计算单元中次要构件集的最低安全性等级比重要构件集的最低安全性等级低二级或三级时，其安全性等级可按重要构件集的最低安全性等级降一级或降两级确定。4.上部承重结构承载功能的评定等级可按下列规定确定：A级：不含C级和D级平面计算单元，可含B级平面计算单元且含量不多于30%；B级：不含D级平面计算单元，可含C级平面计算单元且含量不多于10%；C级：可含D级平面计算单元且含量少于5%；D级：含D级平面计算单元且含量不少于5%。多层厂房上部承重结构承载功能的评定等级可按下列规定评定：1.沿厂房的高度方向将厂房划分为若干单层子结构，宜以每层楼板及其下部相连的柱子、梁为一个子结构；子结构上的作用除本子结构直接承受的作用外还应考虑其上部各子结构传到本子结构上的荷载作用；2.子结构承载功能的等级应按《工业建筑可靠性鉴定标准》第7.3.4条的规定确定；11 西安建筑科技大学硕士学位论文3.整个多层厂房的上部承重结构承载功能的评定等级可按子结构中的最低等[9]级确定。既有结构可靠性评定的理论基础是结构体系的可靠性理论。目前规程的评定原则基本没有考虑结构系统总体效应的影响，如破坏准则的制定、寻找失效模式的方法、各种相关性影响等[11]。《工业建筑可靠性鉴定标准》中关于单层排架结构体系的可靠性评定仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响。对于超静定结构，个别或部分构件的失效并不意味着结构体系的失效，同时不同位置截面承载力降低对结构体系可靠性的影响显然不同，所以在结构体系可靠性评定中仅考虑失效构件数量有不甚合理的地方，应设计与结构体系本身相关的可靠性评定标准。因此分析不同位置截面承载力变化对结构体系可靠性的影响具有重要意义。与此同时，分析不同位置截面抗力影响因素变化对整体结构体系可靠性的影响更有助于明确不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响程度，从而为更全面地评价结构体系可靠性及结构加固提供更具体的依据。2.4小结本章主要阐述了既有结构可靠性评定的基本理论及方法，并指出了我国现行鉴定标准中对结构体系可靠性评定方面的不足。1、既有结构与拟建结构相比，其可靠度分析应注意可靠性要素、基本变量取值、可靠性控制级别等三方面的变化；同时其可靠性分析应遵循明确统一的可靠性定义、充分利用已有信息、与既有结构的加固维修决策相结合等三方面原则；2、既有结构可靠性评定主要是应用整体评定与综合评定两种方式对结构的安全性和适用性进行评定，对耐久性的评定包含在对结构安全性与适应性的评定中，其中对于不同的评定方式可设定相应的评定项目；3、既有结构可靠性的评定方法主要分为三类：基于结构分析的方法、基于结构状态评估的方法和基于结构试验的方法；4、我国目前主要采用分级的方式对既有结构可靠性进行评定，但其仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响。12 西安建筑科技大学硕士学位论文3抗力因素变化对单层排架结构可靠度的影响分析钢筋混凝土排架结构在其建造或服役过程中受人为或环境因素的影响，其截面抗力影响因素常常发生变化，如混凝土及钢筋强度、配筋面积及截面尺寸的变化等等，这些因素的变化会给结构体系的可靠性造成不同程度的影响。当前构件抗力影响因素变化对构件截面承载力可靠性影响的研究已经很成熟，对于不同截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性影响的认识还不完善。本章对不同截面抗力影响因素变化对单层排架结构体系可靠性的影响进行了对比分析，以明确不同截面抗力影响因素变化对排架结构体系可靠性的影响程度，从而对排架结构可靠性有更深刻的认识，为排架结构的可靠性评定及加固提供更具体的依据。3.1排架结构可靠度分析的基本方法3.1.1排架结构体系可靠度分析的基本方法在静定结构体系中，单个构件的失效将导致结构体系的失效，而在超静定结构中，单个或某些构件的失效不一定会引起结构体系的失效，因此需要考虑各种失效情况的组合问题。这里引入机构的概念，指的是具有一个自由度或瞬变的体系。当结构体系因为单个或某些构件失效而变成机构时，则认为结构体系已经失效[16]。对于复杂的超静定结构，其存在着各种各样的失效方式，因此可能引起结构体系失效的机构数也很多，这就造成了结构体系可靠度计算的复杂性。机构是结构体系可靠度计算的基本单元，当前结构体系可靠度计算的基本方法是找出结构体系可能的失效机构，通过相关性分析，找出有代表性的机构，通过这些机构的可靠度计算来求得整个结构体系的可靠度[29,34]。但由于结构体系的复杂性，对结构体系可靠度进行精确计算往往很困难，现有的计算方法也是根据上述原理提出的结构体系可靠度计算的近似方法。出于计算的简便性，本文从机构的角度来对排架结构体系的可靠性进行分析，将排架结构分为上柱机构、下柱机构及高跨机构，通过不同位置截面抗力影响因素及截面承载力变化对其所在机构可靠度影响的对比分析，明确不同位置截面抗力影响因素及承载力变化对其所在机构可靠度的影响程度，为更全面地评价结构体系的可靠性及结构加固提供更具体的依据。下面以单跨两层刚架为例，来说明结构体系可靠度的具体分析过程：单层两跨刚架的随机变量及统计量如下：13 西安建筑科技大学硕士学位论文弯曲抗力M1=(111，16.7)kN•m，M2=(277，41.5)kN•m荷载F1=(91，22.7)kN/m，F2=(182，27.2)kN/m，P=(15.9，4)kN图3.1单跨两层刚架计算简图上图3.1中刚架跨度为6.1m，单层高度相同均为3.66米，左图指刚架所受荷载情况，右图指刚架可能出现塑性铰的位置；单跨两层刚架可能出现的塑性铰共有14个，其中刚架有6个多余约束，因此共有8个基本机构。由此可算得此刚架8结构的可能机构数量为21255个，其可能存在的失效机构数量非常大，其中仅有一部分对结构可靠度有影响。在综合分析之后，只剩下25个可容许机构，根据各机构失效概率大小排列后，选出前8种主要机构进行计算，这里列举其中三个失效机构的功能函数及对应的可靠指标与失效概率，如下表3.1所示。表3.1功能函数与失效概率机构塑性铰功能函数Pf315、6、74M2Fl22/22.981.4410321、2、3、44M13lP13.330.3610331、2、4、6、8、96M12M23lP1Fl22/23.061.1110通过8个机构间相关系数的计算分析，其中选择定限相关系数0=0.7来作为判别各机构间相关程度的依据，得出8个机构的代表机构为机构1、2、3，用PNET3法计算得刚架的可靠度为PfPf1Pf2Pf3(1.441.110.36)100.00291，以上即为现行结构体系可靠度的近似计算过程。3.1.2结构的功能函数钢筋混凝土排架结构柱受弯矩及轴力的影响，处于压弯状态。对于给定截面14 西安建筑科技大学硕士学位论文尺寸、配筋面积和材料强度的偏心受压构件，可以在不同的Nu和Mu的组合下达到承载能力极限状态，或者说当给定轴力N[17]u时，就有唯一的Mu；反之，亦然。为了分析的简便性，这里假定压弯柱为大偏心受压构件，由混凝土结构基本原理得大偏心受压构件承载力极限方程为：2NNhMufAhys(0as)(3.1)2afb21c式中，Mu为大偏压构件柱截面抗力，N为柱轴力组合值，as′为受压钢筋合力点至受压区边缘的距离，h为柱的截面高度，b为截面宽度，h0为柱截面的有效高度。单个压弯柱的柱顶偏心轴力在下柱截面产生的弯矩不容忽略，本文研究对象为整个机构，因结构本身及柱顶偏心轴力的对称布置，在整个机构的功能函数中，部分柱顶偏心轴力在下柱截面所产生的弯矩相互抵消，与水平荷载在下柱截面所产生的弯矩相比较小，此处予与忽略。在实际结构中，边柱及中柱的荷载效应并不相同，因本文是对结构体系可靠性的影响分析，出于分析的简便性及统一性，假定顶部杆件为刚性杆，机构发生侧移时，同一机构中各柱截面变形相同，未考虑同一机构各柱截面的变形差异。本文中机构的功能函数根据结构力学的虚功原理求得，如下所示：ZKMKMKM...KMM(3.2)P1u1P2u2P3u3PNuN2NNhMiifAh(a)(3.3)uiyis0s2afb21ci式中Mui同式（3.1），KPi为截面抗力不定性系数，M为机构荷载作用效应。3.2抗力因素变化对压弯构件可靠度的影响分析压弯构件是组成钢筋混凝土排架结构的基本构件，分析不同位置截面抗力影响因素变化对压弯构件可靠性的影响，有助于分析不同位置截面抗力影响因素变化对钢筋混凝土排架结构体系可靠性的影响。本节主要分析了上柱及下柱截面混凝土及钢筋强度、配筋面积及截面尺寸的变化对排架结构压弯柱可靠性的影响。假定柱为大偏心受压构件，单个压弯柱的柱顶偏心轴力在下柱截面所产生的弯矩不容忽略，本文研究对象为整个机构，此处仅考虑水平荷载所产生的下柱截面弯矩。15 西安建筑科技大学硕士学位论文3.2.1压弯柱的基本信息及功能函数1.压弯柱的截面信息压弯柱下柱截面尺寸为400mm×1200mm，配筋面积为A2S=AS′=2089mm；上柱截面尺寸为400mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级为HRB400；柱顶作用的竖向恒荷载标准值为320kN，活荷载标准值为50kN，顶部水平力标准值为30kN，各变量及其统计参数参考文献[20][24]，如下表3.2所示。表3.2随机变量的统计参数基本变量物理意义平均值变异系数分布类型KP计算模式不定性系数1.000.05正态分布f2c混凝土抗压强度26.1N/mm0.17正态分布f2y钢筋抗拉强度408.5N/mm0.0713正态分布NGk恒荷载339200N0.07正态分布NQk活荷载34450N0.288极值Ⅰ型分布Tk顶部水平力30210N0.193极值Ⅰ型分布2.压弯柱下柱的功能函数：ZKMTH(3.4)Pu2NNhMufAhys(0as)(3.5)2afb21cN1.2N1.4N(3.6)GkQk式中Mu同式（3.1），T为顶部水平力设计值，H为柱的高度，上柱功能函数与下柱类似，不再单列。3.2.2材料强度变化对压弯柱可靠度的影响当混凝土抗压强度及钢筋强度在一定范围内变化时，这里采用验算点法（参考文献[23]）计算其强度变化对柱截面承载力可靠度的影响。因为混凝土抗压强度及钢筋强度均服从正态分布，其强度均值及标准差的取值可根据数理统计中正态分布的“3”法则P3X399.74%确定[18,21]。为了更合理地分析强度均值及标准差变化程度相同时对柱截面承载力可靠度的影响（参考文献[22]），取混凝土抗压强度及钢筋强度均值下限值为u。在混凝土抗压强度及钢筋强度分别变化时，假定均值大小变化时，标准差大小不变；标准差大小变化16 西安建筑科技大学硕士学位论文时，均值大小不变[18]。材料强度的变化对结构基本参数的分布规律不产生影响而只会影响它的大小[31,33]。这里分别就混凝土抗压强度及钢筋强度变化对压弯柱截面承载力可靠度的影响进行计算分析，其结果如下表3.3和表3.4所示。本表3.3所列的抗力影响因素变化都是向对结构可靠度影响不利的方向（下同）。表3.3混凝土抗压强度对柱可靠指标的影响上柱截面均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.112—03.112—σ3.0830.93%σ3.1090.096%下柱截面均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.743—03.743—σ3.7370.16%σ3.743影响较小表3.4钢筋强度对柱可靠指标的影响上柱截面均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.112—03.112—0.5σ3.0422.25%0.5σ3.0751.19%σ2.9714.53%σ3.0222.90%下柱截面均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.743—03.743—0.5σ3.6332.94%0.5σ3.6322.97%σ3.5205.96%σ3.4737.21%由上表3.3及表3.4可知：(1)上柱截面混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，钢筋强度均值及标准差对压弯柱可靠指标的影响较大，混凝土强度均值及标准差对压弯柱可靠指标的影响较小，下柱截面亦同。因此应注意钢筋强度均值及其离散性对压弯柱可靠指标的影响。(2)上柱及下柱截面混凝土强度均值变化程度相同时，对上柱截面可靠指标的17 西安建筑科技大学硕士学位论文影响大于下柱截面；上柱及下柱截面钢筋强度均值及标准差变化程度相同时，对下柱截面可靠指标的影响大于上柱截面，因此应特别注意上柱截面混凝土强度及下柱截面钢筋强度的变化。3.2.3截面高度变化对压弯柱可靠度的影响为了解截面高度变化对压弯柱上柱及下柱截面承载力可靠度的影响，以便为分析不同位置截面高度变化对结构体系可靠度的影响提供参考，下面就上柱及下柱截面高度变化对其截面承载力可靠度的影响进行对比分析，其具体取值及计算结果如下表3.5所示。表3.5截面高度对柱可靠指标的影响上柱截面截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率H1=60003.112——H2=5001002.34524.65%H3=4002001.30958.37%下柱截面截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率H1=120003.743——H2=11001003.4049.06%H3=10002003.03019.05%由上表3.5可知，上柱及下柱截面高度变化程度相同时，对上柱截面承载力可靠度的影响较下柱截面大，因此应特别注意上柱截面高度的变化。3.2.4配筋面积变化对压弯柱可靠度的影响为了解截面配筋面积变化对上柱及下柱截面承载力可靠度的影响，以便为分析不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响提供参考，下面就上柱及下柱截面配筋面积变化对其截面承载力可靠度的影响进行对比分析，其具体取值及计算结果如下表3.6所示。18 西安建筑科技大学硕士学位论文表3.6配筋面积对柱可靠指标的影响上柱截面配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率AS1=60303.112——AS2=5031002.78410.54%AS3=4032002.41722.33%下柱截面配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率AS1=208903.743——AS2=19891003.6033.74%AS3=18892003.4587.61%由上表3.6可知，上柱及下柱截面配筋面积变化程度相同时，对上柱截面承载力可靠度的影响较下柱截面大，因此应特别注意上柱截面配筋面积的变化。3.3抗力因素变化对单层排架结构可靠度的影响分析单层排架结构不同截面的抗力及荷载效应不同，不同截面的抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响不同。为全面了解单层排架结构不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响，本节用验算点法（参考文献[23]）计算分析了上柱及下柱机构中不同位置截面材料强度、配筋面积及截面高度变化对其所在机构可靠度的影响，从而对排架结构体系可靠性有了更直观的认识。为了分析不同位置截面抗力影响因素变化对所在机构可靠指标的影响随结构跨数变化的规律，当结构跨数变化时，假定不同跨结构下柱机构的荷载作用效应与下柱机构的截面总刚度成比例，上柱机构亦同。3.3.1结构截面信息及功能函数1.各跨排架结构的截面信息及参数分布单层不等跨排架下柱截面尺寸相同均为400mm×800mm，配筋面积相同均为A2S=AS′=2089mm，混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级为HRB400；每跨跨度为20m；边柱截面承载力破坏形成的铰称为外铰，中柱截面承载力破坏形成的铰称为内铰。19 西安建筑科技大学硕士学位论文(1)单跨排架截面信息截面3、4尺寸为400mm×400mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；1、2截面承载力破坏形成下柱机构，3、4截面承载力破坏形成上柱机构；EI11为上柱机构截面总刚度，EI12为下柱机构截面总刚度；各变量及其统计参数参考文献[20][24]，如下表3.7所示（下同），单跨排架计算简图如下图3.2所示。图3.2单跨排架计算简图（单位mm）(2)两跨排架截面信息截面4、5、6尺寸为400mm×400mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；1、2、3截面承载力破坏形成下柱机构，4、5、6截面承载力破坏形成上柱机构；EI21为上柱机构截面总刚度，EI22为下柱机构截面总刚度，两跨排架计算简图如下图3.3所示。图3.3两跨排架计算简图（单位mm）三跨及四跨排架计算简图由上图3.3延伸得到，边柱、中柱轴力同两跨结构。20 西安建筑科技大学硕士学位论文表3.7随机变量的统计参数基本变量物理意义平均值变异系数分布类型KPi计算模式不定性系数1.000.05正态分布fc混凝土抗压强度26.1N/mm20.17正态分布f2y钢筋抗拉强度408.5N/mm0.0713正态分布NGk1恒荷载339200N0.07正态分布NGk2恒荷载689000N0.07正态分布NQk1活荷载34450N0.288极值Ⅰ型分布NQk2活荷载68900N0.288极值Ⅰ型分布Tk顶部水平风荷载30210N0.193极值Ⅰ型分布qk1左柱均布风荷载1.29N/mm0.193极值Ⅰ型分布qk2右柱均布风荷载0.81N/mm0.193极值Ⅰ型分布2.各跨排架结构的功能函数(1)由虚功原理得单跨排架上柱及下柱机构功能函数：上柱机构ZKMKMM(3.7)P3u3P4u4122MTHqH/2qH/2(3.8)111121下柱机构ZKMKMM(3.9)P1u1P2u222MTHqH/2qH/2(3.10)12式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），Ni为柱顶轴力组合值。H为柱的高度，H1为上柱高度，功能函数同式（3.2）及（3.3）。(2)由虚功原理得两跨排架上柱及下柱机构功能函数：上柱机构I21ZkMkMkMM(3.11)P4u4P5u5P6u61I1122MTHqH/2qH/2(3.12)111121下柱机构I22ZKMKMKMM(3.13)P1u1P2u2P3u3I1222MTHqH/2qH/2(3.14)1221 西安建筑科技大学硕士学位论文式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），Ni为柱顶轴力组合值。H为柱的高度，H1为上柱高度，功能函数同式（3.2）及（3.3）。三跨、四跨排架结构的上柱及下柱机构功能函数与两跨类似，不再单列。3.3.2材料强度变化对结构可靠度的影响混凝土及钢筋是组成结构构件的重要材料，随着结构使用时间的增长，构件的材料强度不断下降，对结构体系可靠度造成不同程度的影响。为了明确不同位置截面材料强度变化对结构体系可靠度的影响，这里分别就不同位置截面混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对单层排架结构体系可靠度的影响进行对比分析，以明确不同位置截面材料强度的重要程度，为更好地评价结构体系可靠性提供依据。在分析材料强度变化对结构可靠指标的影响时，混凝土抗压强度及钢筋强度均服从正态分布，其强度均值及标准差的取值可根据数理统计中正态分布的“3”法则P3X399.74%确定[18,21]。为更合理地分析强度均值及标准差变化程度相同时对柱可靠度的影响（参考文献[22]），取混凝土抗压强度及钢筋强度均值下限值为u。在混凝土抗压强度及钢筋强度分别变化时，假定均值大小变化时，标准差大小不变；标准差大小变化时，均值大小不变[18]。材料强度的变化对结构基本参数的分布规律不产生影响而只会影响它的大小[30,33]。1.单铰材料强度变化对结构可靠度的影响这里就两跨排架结构下柱机构内外铰混凝土及钢筋强度变化对下柱机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表3.8及表3.9，其中所列的抗力影响因素变化都是向对结构可靠度影响不利的方向，表中σ分别代指混凝土及钢筋强度的标准差（下同）。表3.8混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响两跨排架结构下柱机构外铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758——03.758——σ3.7550.08%σ3.758影响较小两跨排架结构下柱机构内铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758——03.758——σ3.7450.35%σ3.757影响较小22 西安建筑科技大学硕士学位论文表3.9钢筋强度对结构可靠指标的影响两跨排架结构下柱机构外铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758——03.758——0.5σ3.7240.90%0.5σ3.7470.30%σ3.6901.81%σ3.7320.70%两跨排架结构下柱机构内铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758——03.758——0.5σ3.7240.90%0.5σ3.7470.30%σ3.6901.81%σ3.7320.70%由上表3.8和表3.9可知：(1)下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，钢筋强度均值对下柱机构可靠指标的影响较大；钢筋强度标准差对下柱机构可靠指标的影响也较大但其影响程度小于钢筋强度均值；混凝土强度均值及标准差变化对下柱机构可靠指标的影响相对较小。上柱机构内外铰混凝土强度均值及标准差变化对上柱机构可靠指标的影响列于表3.10中；(2)下柱机构内外铰混凝土强度均值变化程度相同时，内铰较外铰对下柱机构可靠指标的影响大；下柱机构中内外铰配筋面积相同，内外铰钢筋强度均值或标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当。上柱机构内外铰钢筋强度均值及标准差变化对上柱机构可靠指标的影响列于表3.11中；三跨、四跨排架下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对下柱机构可靠指标的影响与两跨排架类似，不再单列。这里就上柱及下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对单层排架上柱及下柱机构可靠指标的影响进行对比分析，其计算结果列于下表3.10及表3.11中，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同）。表3.10混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响单跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰3.677σ0.68%σ影响较小下柱外铰3.490σ0.11%σ影响较小23 西安建筑科技大学硕士学位论文两跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.159σ0.36%σ影响较小下柱外铰3.758σ0.08%σ影响较小上柱内铰4.159σ1.54%0.5σ影响较小下柱内铰3.758σ0.35%σ影响较小三跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.387σ0.25%σ影响较小下柱外铰3.887σ0.051%σ影响较小上柱内铰4.387σ1.03%0.5σ影响较小下柱内铰3.887σ0.23%σ影响较小四跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.520σ0.18%σ影响较小下柱外铰3.964σ0.05%σ影响较小上柱内铰4.520σ0.75%0.5σ影响较小下柱内铰3.964σ0.2%σ影响较小表3.11钢筋强度对结构可靠指标的影响单跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰3.677σ1.90%σ0.73%下柱外铰3.490σ3.12%σ1.72%两跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.159σ1.01%σ0.26%下柱外铰3.758σ1.81%σ0.69%上柱内铰4.159σ1.01%σ0.26%下柱内铰3.758σ1.80%σ0.69%24 西安建筑科技大学硕士学位论文三跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.387σ0.68%σ0.14%下柱外铰3.887σ1.26%σ0.36%上柱内铰4.387σ0.68%σ0.14%下柱内铰3.887σ1.26%σ0.36%四跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰4.520σ0.51%σ0.066%下柱外铰3.964σ0.98%σ0.23%上柱内铰4.520σ0.51%σ0.066%下柱内铰3.964σ0.98%σ0.23%由上表3.10和表3.11可知：(1)上柱机构内铰混凝土强度标准差变化程度较大时，对上柱机构可靠指标的影响较大，这里取混凝土强度标准差变化程度为0.5σ，所以应特别注意上柱机构内铰混凝土强度标准差的变化程度；(2)上柱及下柱机构内外铰混凝土强度均值变化程度相同时，上柱机构外铰较下柱机构外铰对其所在机构可靠指标的影响大；上柱机构内铰较下柱机构内铰对其所在机构可靠指标的影响大；上柱及下柱机构内铰较其对应的外铰对所在机构可靠指标的影响大，所以应注意上柱机构内外铰及下柱机构内铰混凝土强度均值大小的变化。前述影响情况与混凝土强度均值及标准差变化对压弯柱上柱及下柱可靠指标的影响类同；(3)上柱及下柱机构内外铰钢筋强度均值或标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响较对上柱机构可靠指标的影响大；下柱机构中内外铰配筋面积相同，内外铰钢筋强度均值或标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当，上柱机构亦同，因此较上柱机构内外铰，更应注意下柱机构内外铰钢筋强度均值及标准差的变化。前述影响情况与钢筋强度均值及标准差变化对压弯柱上柱及下柱可靠指标的影响类同；(4)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构可靠指标均逐渐增大，上柱及下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，对所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少结构混凝土、25 西安建筑科技大学硕士学位论文钢筋强度均值及标准差的变化。综上可知，当结构跨数较少时，上柱机构内外铰及下柱机构内铰较结构其它单铰就混凝土强度均值变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感；下柱机构内外铰较结构其它单铰就钢筋强度均值及标准差变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。2.整体机构材料强度变化对结构可靠度的影响为了明确上柱及下柱机构中所有截面材料强度变化对结构体系可靠度的影响，这里就两跨排架结构上柱及下柱机构中所有截面混凝土及钢筋强度变化对所在机构可靠指标的影响分析如下，其计算结果见表3.12和表3.13，表中σ分别代指混凝土及钢筋强度的标准差（下同）。表3.12混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响两跨排架结构上柱机构均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率04.159——04.159——σ4.0652.26%0.5σ4.1500.216%两跨排架结构下柱机构均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758——03.758——σ3.6592.63%σ3.757影响较小表3.13钢筋强度对结构可靠指标的影响两跨排架结构上柱机构均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率04.159004.15900.5σ4.0961.51%0.5σ4.1450.34%σ4.0333.03%σ4.1270.77%两跨排架结构下柱机构均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.758003.75800.5σ3.6552.74%0.5σ3.7260.852%σ3.5505.53%σ3.6802.08%由上表3.12和表3.13可知，下柱机构混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，钢筋强度均值对下柱机构可靠指标的影响较大；钢筋强度标26 西安建筑科技大学硕士学位论文准差对下柱机构可靠指标的影响也较大但其影响程度小于钢筋强度均值；混凝土强度均值及标准差对下柱机构可靠指标的影响相对较小；上柱机构混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，混凝土及钢筋强度均值对上柱机构可靠指标的影响较大，混凝土及钢筋强度标准差对上柱机构可靠指标的影响相对较小。三跨、四跨排架上柱及下柱机构混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对所在机构可靠指标的影响与两跨类似，不再单列。这里就上柱及下柱机构混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对不同跨结构上柱及下柱机构可靠指标的影响进行对比分析，其计算结果列于下表3.14及表3.15中。表3.14混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响单跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构3.677σ1.33%0.5σ0.054%下柱机构3.490σ0.26%σ影响较小两跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.159σ2.26%0.5σ0.216%下柱机构3.758σ0.48%σ影响较小三跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.387σ2.53%0.5σ0.182%下柱机构3.887σ0.60%σ影响较小四跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.520σ2.65%0.5σ0.155%下柱机构3.964σ0.66%σ影响较小表3.15钢筋强度对结构可靠指标的影响单跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构3.677σ3.81%σ1.44%下柱机构3.490σ6.30%σ3.50%27 西安建筑科技大学硕士学位论文两跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.159σ3.03%σ0.77%下柱机构3.758σ5.53%σ2.08%三跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.387σ2.74%σ0.52%下柱机构3.887σ5.20%σ1.47%四跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构4.520σ2.59%σ0.40%下柱机构3.964σ5.02%σ1.14%由上表3.14和表3.15可知：(1)当混凝土强度标准差变化程度较大时，对上柱机构可靠指标的影响较大，这里取混凝土强度标准差变化程度为0.5σ，所以应特别注意上柱机构混凝土强度标准差的变化程度；(2)上柱及下柱机构混凝土强度均值变化程度相同时，对上柱机构可靠指标的影响较下柱机构大；上柱及下柱机构钢筋强度均值及标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响较上柱机构大。前述影响情况与混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对压弯柱上柱及下柱可靠指标的影响类同；(3)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构的可靠指标均逐渐增大，上柱、下柱机构混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少结构混凝土、钢筋强度均值及标准差的变化。综上可知，当结构跨数较少时，上柱机构较下柱机构就混凝土强度均值变化对其可靠指标的影响更为敏感；下柱机构较上柱机构就钢筋强度均值及标准差变化对其可靠指标的影响更为敏感。3.3.3截面高度变化对结构可靠度的影响截面高度是影响钢筋混凝土排架柱刚度的重要因素，截面高度的变化将直接影响排架柱所受荷载效应的大小，同时对柱截面抗力也将产生一定的影响。排架结构不同位置截面高度变化对结构体系可靠度的影响不同，研究不同位置截面高28 西安建筑科技大学硕士学位论文度变化对结构体系可靠度的影响可以为更全面地分析结构体系可靠度提供参考。这里就两跨排架结构上柱及下柱机构中不同位置截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表3.16，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同），表中所述截面高度指变化后截面高度（下同）。表3.16截面高度对结构可靠指标的影响两跨排架结构下柱机构截面位置截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率下柱外铰H1=80003.758——下柱外铰H2=750503.6762.18%下柱外铰H3=7001003.5934.40%下柱外铰H4=6501503.5076.68%两跨排架结构下柱机构截面位置截面高度变化程度可靠指标β变化率下柱内铰H1=80003.758——下柱内铰H2=750503.6582.66%下柱内铰H3=7001003.5565.38%下柱内铰H4=6501503.4518.17%两跨排架结构上柱机构截面位置截面高度变化程度可靠指标β变化率上柱外铰H1=40004.159——上柱外铰H2=350503.9894.09%上柱外铰H3=3001003.8118.37%上柱外铰H4=2501503.62512.84%两跨排架结构上柱机构截面位置截面高度变化程度可靠指标β变化率上柱内铰H1=40004.159——上柱内铰H2=350503.9046.13%上柱内铰H3=3001003.63212.67%上柱内铰H4=2501503.33919.72%由上表3.16可知，上柱及下柱机构内外铰截面高度发生相同程度变化时，对上柱机构可靠指标的影响较对下柱机构可靠指标的影响大；上柱机构内铰较外铰29 西安建筑科技大学硕士学位论文对上柱机构可靠指标的影响大，下柱机构亦同。因此较结构其它单铰，更应注意上柱机构内铰截面高度的变化。三跨及四跨排架结构不同位置截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响与两跨结构类似，不再单列。下面就不同跨结构上柱及下柱机构内外铰截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，其结果列于下表3.17中（表中所述截面高度指变化后截面高度）。表3.17截面高度对结构可靠指标的影响单跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰3.6772501502.73725.56%下柱外铰3.4906501503.08511.60%两跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰4.1592501503.62512.84%下柱外铰3.7586501503.5076.68%上柱内铰4.1592501503.33919.72%下柱内铰3.7586501503.4518.17%三跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰4.3872501504.0118.57%下柱外铰3.8876501503.7054.68%上柱内铰4.3872501503.81613.02%下柱内铰3.8876501503.6655.71%四跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰4.5202501504.2306.42%下柱外铰3.9646501503.8213.61%上柱内铰4.5202501504.0829.70%下柱内铰3.9646501503.7894.41%由上表3.17可知：(1)上柱及下柱机构内外铰截面高度变化程度相同时，对上柱机构可靠指标的30 西安建筑科技大学硕士学位论文影响较对下柱机构可靠指标的影响大，同时上柱机构内铰较外铰对上柱机构可靠指标的影响大，下柱机构亦同。因此较下柱机构，更应注意上柱机构内外铰截面高度的变化。前述影响情况与截面高度变化对压弯柱上柱及下柱可靠指标的影响情况类同；(2)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构的可靠指标均逐渐增大，上柱及下柱机构内外铰截面高度变化程度相同时，对其所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少结构截面高度的变化。综上可知，当结构跨数较少时，上柱机构内外铰较结构其它单铰就截面高度的变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。3.3.4配筋面积变化对结构可靠度的影响不同配筋面积对截面抗力的影响较大，在结构的质量完成过程中，因外界或人为因素的影响，配筋面积容易发生变化，排架结构不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响不同，研究不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响可以为更全面地分析结构体系可靠度提供参考。这里就两跨排架结构上柱及下柱机构不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表3.18，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同），表中所列配筋面积指变化后配筋面积。表3.18配筋面积对结构可靠指标的影响两跨排架结构下柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率下柱外铰AS1=208903.7580下柱外铰AS2=19891003.7131.20%下柱外铰AS3=18892003.6682.40%下柱外铰AS4=17893003.6223.62%两跨排架结构下柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率下柱内铰AS1=208903.7580下柱内铰AS2=19891003.7131.20%下柱内铰AS3=18892003.6682.40%下柱内铰AS4=17893003.6223.62%31 西安建筑科技大学硕士学位论文两跨排架结构上柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰AS1=60304.1590上柱外铰AS2=5031004.0632.31%上柱外铰AS3=4032003.9644.69%上柱外铰AS4=3033003.8637.12%两跨排架结构上柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱内铰AS1=60304.1590上柱内铰AS2=5031004.0632.31%上柱内铰AS3=4032003.9644.69%上柱内铰AS4=3033003.8637.12%由上表3.18可知：上柱及下柱机构不同位置截面配筋面积发生相同程度变化时，对上柱机构可靠指标的影响较对下柱机构可靠指标的影响大。下柱机构内外铰配筋面积相同，配筋面积发生相同程度变化时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当，上柱机构亦同，因此较结构其它单铰，更应注意上柱机构内外铰截面配筋面积的变化。三跨及四跨排架结构不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响与两跨排架结构类似，不再单列。下面就不同跨排架结构上柱及下柱机构不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响计算分析如下，其结果列于下表3.19中（表中所列配筋面积指变化后配筋面积）。表3.19配筋面积对结构可靠指标的影响单跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰3.6773033003.17213.73%下柱外铰3.49017893003.2736.22%两跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰4.1593033003.8637.12%下柱外铰3.75817893003.6223.62%上柱内铰4.1593033003.8637.12%32 西安建筑科技大学硕士学位论文下柱内铰3.75817893003.6223.62%三跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰4.3873033004.1774.79%下柱外铰3.88717893003.7882.55%上柱内铰4.3873033004.1774.79%下柱内铰3.88717893003.7882.55%四跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰4.5203033004.3573.61%下柱外铰3.96417893003.8852.00%上柱内铰4.5203033004.3573.61%下柱内铰3.96417893003.8852.00%由上表3.19可知：(1)上柱及下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，因上柱机构内外铰配筋面积相同，对上柱机构可靠指标的影响近乎相当，下柱机构亦同；上柱及下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，对上柱机构可靠指标的影响较对下柱机构可靠指标的影响大。因此较下柱机构，更应注意上柱机构内外铰配筋面积的变化。前述影响情况与配筋面积变化对压弯柱上柱及下柱可靠指标的影响类同；(2)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构可靠指标均逐渐增大，上柱及下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，对所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少结构配筋面积的变化。综上可知，当结构跨数较少时，上柱机构内外铰较结构其它单铰就配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。3.4小结根据本章内容分析，总结出以下结论：(1)对于单层多跨排架结构，不同位置截面混凝土强度均值变化程度相同时，上柱机构内外铰较下柱机构内外铰对其所在机构可靠指标的影响大；上柱机构内铰较外铰对所在机构可靠指标的影响大，下柱机构亦同；(2)对于单层多跨排架结构，不同位置截面钢筋强度均值及标准差变化程度相33 西安建筑科技大学硕士学位论文同时，下柱机构内外铰较上柱机构内外铰对其所在机构可靠指标的影响大；(3)对于单层多跨排架结构，不同位置截面高度变化程度相同时，上柱机构内外铰较下柱机构内外铰对其所在机构可靠指标的影响大；上柱机构内铰较外铰对其所在机构可靠指标的影响大，下柱机构亦同；(4)对于单层多跨排架结构，不同位置截面配筋面积变化程度相同时，上柱机构内外铰较下柱机构内外铰对其机构可靠指标的影响大。34 西安建筑科技大学硕士学位论文4抗力因素变化对高低跨排架结构可靠度的影响分析因不同的生产工艺要求，高低跨排架结构在工业厂房结构中较为常见，其结构构造及受力性能较单层厂房要复杂一些，为全面了解高低跨排架结构不同位置截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响，本节用验算点法计算分析了上柱机构、下柱机构及高跨机构不同截面材料强度、配筋面积及截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响，从而对高低跨排架结构体系可靠性有了更直观的认识。为了分析不同位置截面抗力影响因素变化对其所在机构可靠指标的影响随结构跨数变化的规律，当结构跨数变化时，假定不同跨结构下柱机构荷载作用效应与下柱机构截面总刚度成比例，上柱机构亦同。4.1结构截面信息及功能函数4.1.1高低跨排架结构的截面信息1.高低跨排架结构的截面信息不同跨高低跨排架下柱截面尺寸相同均为600mm×800mm，配筋面积相同均为A2S=AS′=2661mm；混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级为HRB400；每跨跨度为20m；边柱截面承载力破坏形成的铰称为外铰，中柱截面承载力破坏形成的铰称为内铰。(1)两跨高低跨排架截面信息截面6、7尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面6、7距上铰顶高度为3m；1、2、3截面承载力破坏形成下柱机构，6、7截面承载力破坏形成高跨机构；下柱机构截面总刚度为EI22，各变量及其统计参数参考文献[20][24]，如下表4.1所示（下同），其计算简图见下图4.1。35 西安建筑科技大学硕士学位论文图4.1两跨高低跨排架计算简图（单位mm）(2)三跨高低跨排架截面信息截面5、8、9、10尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面6、7尺寸为600mm×800mm，配筋面积为A2S=AS′=2661mm；上柱机构截面5、6、7、8距上柱顶高度为3m，截面9、10距上铰顶高度为3m；1、2、3、4截面承载力破坏形成下柱机构，5、6、7、8截面承载力破坏形成上柱机构，9、10截面承载力破坏形成高跨机构；上柱机构截面总刚度为EI31，下柱机构截面总刚度为EI，其计算简图见下图4.2。32图4.2三跨高低跨排架计算简图(3)四跨高低跨排架截面信息截面6、7、10、11、12尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面8、9尺寸为600mm×800mm，配筋面积为A2S=AS′=2661mm；上柱机构截面6、7、8、9、10距上柱顶高度为3m，截面11、12距上铰顶高度为3m；1、2、3、4、5截面承载力破坏形成下柱机构，6、7、8、9、10截面承载力破坏形成上柱机构，11、12截面承载力破坏形成高跨机构；上柱机构截面总刚度为EI41，下柱机构截面总刚度为EI42，计算简图见下图4.3。36 西安建筑科技大学硕士学位论文图4.3四跨高低跨排架计算简图表4.1随机变量的统计参数基本变量物理意义平均值变异系数分布类型KPi计算模式不定性系数1.000.05正态分布f2c混凝土抗压强度26.1N/mm0.17正态分布f2y钢筋抗拉强度408.5N/mm0.0713正态分布NGk1恒荷载339200N0.07正态分布NGk2恒荷载689000N0.07正态分布NQk1活荷载34450N0.288极值Ⅰ型分布NQk2活荷载68900N0.288极值Ⅰ型分布Tk1低跨顶部风荷载30210N0.193极值Ⅰ型分布Tk2高跨顶部风荷载35245N0.193极值Ⅰ型分布qk1左侧均布风荷载1.29N/mm0.193极值Ⅰ型分布qk2右侧均布风荷载0.81N/mm0.193极值Ⅰ型分布4.1.2高低跨排架结构的功能函数(1)由虚功原理得三跨高低跨排架结构的功能函数：上柱机构ZkMkMkMkMM(4.1)p5u5p6u6p7u7p8u812M2THTH(H)(qqH)/2(qqHH)(H/2)(4.2)11423412412343下柱机构ZKMKMKMKMM(4.3)P1u1P2u2P3u3P4u42M2THTH(qqH)/2(qqHH)(H/2)(4.4)112212112313式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），T1、T2为顶部风荷载设计值，Ni为柱顶轴力组合值，M为截面荷载作用效应，H1为低跨高度，H2为高跨高度，H337 西安建筑科技大学硕士学位论文为低跨顶到高跨顶的高度，H4为低跨上柱高度，（下同），功能函数同式（3.2）及（3.3）。(2)由虚功原理得四跨高低跨排架结构的功能函数：上柱机构I41ZKMKMKMKMKMM(4.5)P6u6P7u7P8u8p9u9p10u101I312M2THTH(H)(qqH)/2(qqHH)(H/2)(4.6)11423412412343下柱机构I42ZKMKMKMKMKMM(4.7)P1u1P2u2P3u3P4u4P5u5I322M2THTH(qqH)/2(qqHH)(H/2)(4.8)112212112313两跨高低跨排架下柱机构功能函数与上述下柱机构类似，不再单列。4.2抗力因素变化对结构可靠度的影响4.2.1材料强度变化对结构可靠度的影响高低跨排架结构作为工业厂房中应用最广泛的结构形式之一，其构造及受力较单层多跨排架结构要复杂，在其服役过程中受外部环境及振动荷载等影响，其构件材料强度不断下降，对结构体系可靠度造成不同程度的影响。为了明确不同位置截面材料强度变化对结构体系可靠度的影响，这里分别就混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对高低跨排架结构体系可靠度的影响进行对比分析，从而明确不同位置截面材料因素的重要程度，为更好地评价高低跨排架结构体系的可靠性提供依据。在分析材料强度变化对结构可靠指标的影响时，混凝土抗压强度及钢筋强度均服从正态分布，其强度均值及标准差的取值可根据数理统计中正态分布的“3”法则P3X399.74%确定[18,21]。为更合理地分析强度均值及标准差变化程度相同时对柱可靠度的影响（参考文献[22]），取混凝土抗压强度及钢筋强度均值下限值为u。在混凝土抗压强度及钢筋强度分别变化时，假定均值大小变化时，标准差大小不变；标准差大小变化时，均值大小不变[18]。材料强度的变化对结构基本参数的分布规律不产生影响而只会影响它的大小[30,33]。1.单铰材料强度变化对结构可靠度的影响这里就两跨高低跨排架结构下柱机构内外铰混凝土及钢筋强度变化对下柱机38 西安建筑科技大学硕士学位论文构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表4.2及表4.3，其中所列的抗力影响因素变化都是向对结构可靠度影响不利的方向，表中σ分别代指混凝土及钢筋强度的标准差（下同）。表4.2混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响两跨高低跨排架结构下柱机构外铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.066—03.066—σ3.0640.07%σ3.066影响较小两跨高低跨排架结构下柱机构内铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.066—03.066—σ3.0600.19%σ3.066影响较小表4.3钢筋强度对结构可靠指标的影响两跨高低跨排架结构下柱机构外铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.066—03.066—0.5σ3.0301.17%0.5σ3.0570.30%σ2.9952.32%σ3.0430.75%两跨高低跨排架结构下柱机构内铰均值变化程度可靠指标β变化率标准差变化程度可靠指标β变化率03.066—03.066—0.5σ3.0311.14%0.5σ3.0570.29%σ2.9952.32%σ3.0430.75%由上表4.2和表4.3可知：(1)下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，钢筋强度均值对下柱机构可靠指标的影响较大；钢筋强度标准差对下柱机构可靠指标的影响也较大但其影响程度小于钢筋强度均值；混凝土强度均值及标准差对下柱机构可靠指标的影响相对较小。上柱机构内外铰混凝土强度均值及标准差变化对上柱机构可靠指标的影响列于表4.4中；(2)下柱机构内外铰混凝土强度均值变化程度相同时，内铰较外铰对所在机构可靠指标的影响大；下柱机构中内外铰配筋面积相同，内外铰钢筋强度均值或标39 西安建筑科技大学硕士学位论文准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当。上柱机构内外铰钢筋强度均值及标准差变化对上柱机构可靠指标的影响列于表4.5中。三跨、四跨高低跨排架下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对其下柱机构可靠指标的影响与两跨高低跨排架类似，不再单列。这里就上柱及下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差变化对高低跨排架上柱及下柱机构可靠指标的影响进行对比分析，其计算结果列于下表4.4及表4.5中，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同）。表4.4混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响高跨机构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率外铰4.954σ0.20%σ影响较小两跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率下柱外铰3.066σ0.05%σ影响较小下柱内铰3.066σ0.20%σ影响较小三跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰6.484σ0.03%σ影响较小下柱外铰3.179σ0.03%σ影响较小上柱内铰6.484σ0.14%σ影响较小下柱内铰3.179σ0.16%σ影响较小四跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰6.460σ0.03%σ影响较小下柱外铰3.246σ0.03%σ影响较小上柱内铰（截面7）6.460σ0.14%σ0.015%上柱内铰（截面8,9）6.460σ0.14%σ0.015%下柱内铰3.246σ0.12%σ影响较小40 西安建筑科技大学硕士学位论文表4.5钢筋强度对结构可靠指标的影响高跨机构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率高跨外铰4.954σ1.47%σ0.79%两跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率下柱外铰3.066σ2.32%σ0.75%下柱内铰3.066σ2.32%σ0.75%三跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰6.484σ0.23%σ0.03%下柱外铰3.179σ1.64%σ0.38%上柱内铰6.484σ1.42%σ1.26%下柱内铰3.179σ1.64%σ0.38%四跨高低跨排架结构截面位置β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱外铰6.460σ0.22%σ0.03%下柱外铰3.246σ1.26%σ0.25%上柱内铰（截面7）6.460σ0.22%σ0.03%上柱内铰（截面8,9）6.460σ1.25%σ0.98%下柱内铰3.246σ1.26%σ0.25%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表4.4和表4.5可知：(1)不同位置截面混凝土强度均值变化程度相同时，上柱及下柱机构内铰对其所在机构可靠指标的影响均较大且较对应的本机构外铰大，因此应注意上柱及下柱机构内铰混凝土强度均值大小的变化；(2)下柱机构内外铰配筋面积相同，当内外铰钢筋强度均值或标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当。不同位置截面钢筋强度均值变化程度相同时，下柱机构内外铰对下柱机构可靠指标的影响较大，同时应注意上柱机构内铰、高跨机构外铰钢筋强度均值的变化；钢筋强度标准差变化程度相同时，上柱机构内铰对上柱机构可靠指标的影响较大，同时应注意高跨机构外铰钢筋强41 西安建筑科技大学硕士学位论文度标准差大小的变化；(3)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差分别在其标准差σ内变化时，对所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨高低跨排架结构，更应注意跨数较少高低跨排架结构内外铰混凝土、钢筋强度均值及标准差的变化。综上可知，当结构跨数较少时，上柱及下柱机构内铰较结构其它单铰就混凝土强度均值变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感；下柱机构内外铰、上柱机构内铰及高跨机构外铰较结构其它单铰就钢筋强度均值变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感；上柱机构内铰较结构其它单铰就钢筋强度标准差变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。2.整体机构材料强度变化对结构可靠度的影响为了明确上柱及下柱机构中所有截面材料强度变化对结构体系可靠度的影响，这里就高低跨排架上柱及下柱机构中所有截面混凝土及钢筋强度变化对所在机构可靠指标的影响计算分析如下，其结果见下表4.6和表4.7。表4.6混凝土抗压强度对结构可靠指标的影响高跨机构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率高跨机构4.954σ0.42%σ影响较小两跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率下柱机构3.066σ0.33%σ影响较小三跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构6.484σ0.34%σ0.015%下柱机构3.179σ0.38%σ影响较小四跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构6.460σ0.43%σ0.031%下柱机构3.246σ0.43%σ影响较小42 西安建筑科技大学硕士学位论文表4.7钢筋强度对结构可靠指标的影响高跨机构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率高跨机构4.954σ2.97%σ1.60%两跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率下柱机构3.066σ7.14%σ2.28%三跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构6.484σ3.35%σ2.61%下柱机构3.179σ6.70%σ1.60%四跨高低跨排架结构机构类别β均值变化程度β变化率标准差变化程度β变化率上柱机构6.460σ3.61%σ2.03%下柱机构3.246σ6.44%σ1.23%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表4.6和表4.7可知：(1)上柱机构、下柱机构及高跨机构混凝土强度均值变化程度相同时，对不同机构可靠指标的影响近乎相当；(2)不同机构钢筋强度均值变化程度相同时，对上柱机构可靠指标的影响程度与高跨机构相当，均小于对下柱机构可靠指标的影响，所以应注意下柱机构钢筋强度均值大小的变化；不同机构钢筋强度标准差变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响程度与高跨机构相当，均小于对上柱机构可靠指标的影响，因此应注意上柱机构钢筋强度的离散性。4.2.2截面高度变化对结构可靠度的影响高低跨排架结构因其受力及构造特点，不同位置截面高度有较大差异，截面高度是影响钢筋混凝土排架柱刚度的重要因素，截面高度的变化将影响高低跨排架不同柱截面所受荷载效应的大小。不同位置截面高度变化对高低跨排架结构体系可靠度的影响不同，研究不同位置截面高度变化对结构体系可靠度的影响可以明确不同位置截面高度变化对结构体系可靠度的影响程度，为更全面地评价结构43 西安建筑科技大学硕士学位论文体系可靠性提供依据。这里就三跨高低跨排架结构上柱及下柱机构不同位置截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表4.8，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同），表中截面高度指变化后截面高度。表4.8截面高度对结构可靠指标的影响三跨高低跨排架结构下柱机构截面位置截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率下柱外铰H1=80003.1790下柱外铰H2=750503.1201.86%下柱外铰H3=7001003.0583.81%下柱外铰H4=6501502.9965.76%三跨高低跨排架结构下柱机构截面位置截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率下柱内铰H1=80003.1790下柱内铰H2=750503.1092.20%下柱内铰H3=7001003.0374.47%下柱内铰H4=6501502.9636.80%三跨高低跨排架结构上柱机构截面位置截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰H1=60006.4840上柱外铰H2=550506.4450.60%上柱外铰H3=5001006.4061.20%上柱外铰H4=4501506.3671.80%三跨高低跨排架结构上柱机构截面位置截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱内铰H1=80006.4840上柱内铰H2=750506.3621.88%上柱内铰H3=7001006.2383.80%上柱内铰H4=6501506.1105.77%由上表4.8可知，上柱及下柱机构内外铰截面高度发生相同程度变化时，对下柱机构可靠指标的影响较对上柱机构可靠指标的影响大，同时下柱机构内铰较外44 西安建筑科技大学硕士学位论文铰对下柱机构可靠指标的影响大。因此较结构其它单铰，更应注意下柱机构内铰截面高度的变化。两跨及四跨高低跨排架不同位置截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响与三跨高低跨排架类似，不再单列。下面就不同跨高低跨排架上柱及下柱机构内外铰截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果列于下表4.9中（表中截面高度指变化后截面高度）。表4.9截面高度对结构可靠指标的影响高跨机构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率高跨外铰4.9544501504.38011.59%两跨高低跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率下柱外铰3.0666501502.8138.25%下柱内铰3.0666501502.7669.78%三跨高低跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰6.4844501506.3671.80%下柱外铰3.1796501502.9965.76%上柱内铰6.4846501506.1105.77%下柱内铰3.1796501502.9636.80%四跨高低跨排架结构截面位置可靠指标截面高度（mm）变化程度（mm）可靠指标β变化率上柱外铰6.4604501506.3571.60%下柱外铰3.2466501503.1034.41%上柱内铰（截面7）6.4604501506.3062.38%上柱内铰（截面8,9）6.4606501506.1315.10%下柱内铰3.2466501503.0775.21%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表4.9可知：(1)结构不同位置截面高度变化程度相同时，对高跨机构可靠指标的影响较大；上柱及下柱机构内外铰截面高度变化程度相同时，下柱机构内铰较外铰对下柱机45 西安建筑科技大学硕士学位论文构可靠指标的影响大，上柱机构亦同；下柱机构外铰较上柱机构外铰对其所在机构可靠指标的影响大，因此应注意高跨机构外铰、下柱机构内外铰截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响，同时应注意上柱机构内铰截面高度的变化。(2)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构内外铰截面高度变化程度相同时，对其所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少结构截面高度的变化。综上可知，当结构跨数较少时，高跨机构外铰、下柱机构内外铰及上柱机构内铰较结构其它单铰就截面高度变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。4.2.3配筋面积变化对结构可靠度的影响因高低跨排架结构的构造较复杂，不同截面配筋面积差距较大，在其质量完成过程中，受外界或人为因素的影响，配筋面积容易发生变化，高低跨排架结构不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响不同，研究不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响可以明确不同位置截面配筋面积变化对结构体系可靠度的影响程度，为更全面地评价结构体系可靠性提供依据。这里就三跨高低跨排架上柱及下柱机构不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果见下表4.10，表中“上柱内铰”指上柱机构内铰（下同），表中所列配筋面积指变化后配筋面积。表4.10配筋面积对结构可靠指标的影响三跨高低跨排架结构上柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰AS1=60306.4840上柱外铰AS2=5031006.4480.56%上柱外铰AS3=4032006.4121.11%上柱外铰AS4=3033006.3761.67%三跨高低跨排架结构上柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱内铰AS1=266106.4840上柱内铰AS2=25611006.4380.71%上柱内铰AS3=24612006.3911.43%上柱内铰AS4=23613006.3442.16%46 西安建筑科技大学硕士学位论文三跨高低跨排架结构下柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率下柱外铰AS1=266103.1790下柱外铰AS2=25611003.1520.85%下柱外铰AS3=24612003.1251.70%下柱外铰AS4=23613003.0982.55%三跨高低跨排架结构下柱机构截面位置配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率下柱内铰AS1=266103.1790下柱内铰AS2=25611003.1520.85%下柱内铰AS3=24612003.1251.70%下柱内铰AS4=23613003.0982.55%由上表4.10可知，上柱及下柱机构不同位置截面配筋面积发生相同程度变化时，对下柱机构可靠指标的影响较对上柱机构可靠指标的影响大。下柱机构内外铰配筋面积相同，配筋面积发生相同程度变化时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当，因此较结构其它单铰，更应注意下柱机构内外铰配筋面积的变化。两跨及四跨高低跨排架不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响与三跨高低跨排架类似，不再单列。下面就不同跨高低跨排架上柱机构、下柱机构及高跨机构不同位置截面配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响进行计算分析，其结果列于下表4.11中（表中所列配筋面积指变化后配筋面积）。表4.11配筋面积对结构可靠指标的影响高跨机构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率高跨外铰4.9543033004.43010.58%两跨高低跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度可靠指标β变化率下柱外铰3.06623613002.9543.65%下柱内铰3.06623613002.9543.65%三跨高低跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱内铰6.4843033006.3761.67%47 西安建筑科技大学硕士学位论文下柱外铰3.17923613003.0982.55%上柱内铰6.48423613006.3442.16%下柱内铰3.17923613003.0982.55%四跨高低跨排架结构截面位置可靠指标配筋面积（mm2）变化程度（mm2）可靠指标β变化率上柱外铰6.4603033006.3651.47%下柱外铰3.24623613003.1821.97%上柱内铰（截面7）6.4603033006.3651.47%上柱内铰（截面8,9）6.46023613006.3361.92%下柱内铰3.24623613003.1821.97%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表4.11可知：(1)结构各截面配筋面积变化程度相同时，对高跨机构可靠指标的影响较大；下柱机构内外铰配筋面积相同，当下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，对下柱机构可靠指标的影响近乎相当且较大。当上柱及下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，上柱机构内铰较外铰对其可靠指标的影响大，下柱机构外铰较上柱机构外铰对其所在机构可靠指标的影响大，因此应注意下柱机构内外铰配筋面积变化对下柱机构可靠指标的影响，同时应注意上柱机构内铰配筋面积的变化；(2)随着结构跨数的增多，上柱及下柱机构内外铰配筋面积变化程度相同时，对其所在机构可靠指标的影响逐渐减小，所以较多跨结构，更应注意跨数较少高低跨结构配筋面积的变化。综上可知，当结构跨数较少时，高跨机构外铰、下柱机构内外铰及上柱机构内铰较结构其它单铰就配筋面积变化对其所在机构可靠指标的影响更为敏感。4.3小结根据本章内容分析，总结出以下结论：(1)对于高低跨排架结构，不同位置截面混凝土强度均值变化程度相同时，上柱及下柱机构内铰较外铰对其所在机构可靠指标的影响大；(2)对于高低跨排架结构，不同位置截面钢筋强度均值变化程度相同时，下柱机构内外铰较上柱机构内外铰对其所在机构可靠指标的影响大；不同位置截面钢筋强度标准差变化程度相同时，上柱机构内铰对上柱机构可靠指标的影响大，同48 西安建筑科技大学硕士学位论文时应注意高跨机构钢筋强度的离散性；(3)对于高低跨排架结构，不同位置截面高度变化程度相同时，对高跨机构可靠指标的影响较大；下柱机构内外铰对下柱机构可靠指标的影响较大，同时应注意上柱机构内铰截面高度的变化；(4)对于高低跨排架结构，不同位置截面配筋面积变化程度相同时，对高跨机构可靠指标的影响较大；下柱机构内外铰对下柱机构可靠指标的影响较大，同时应注意上柱机构内铰配筋面积的变化。49 西安建筑科技大学硕士学位论文50 西安建筑科技大学硕士学位论文5构件承载力变化对排架结构可靠度的影响分析当前我国既有结构可靠性评定的主要依据为《民用建筑可靠性鉴定标准》[8]（GB50292-1999)与《工业建筑可靠性鉴定标准》[9]（GB50144-2008）等，两者的评定思想与方法基本相同，都是从构件、子单元、鉴定单元三个层次来进行评定，具有简单明了、层次分明、易于操作等优点，其中对于结构构件安全性的评定方法已经应用较为成熟[15]。但同时结构体系可靠性的评定方法仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响，评定方式较为笼统，不能较完整地反映整个结构的可靠性状况。本章就不同位置截面承载力变化对单层不等跨及高低跨排架结构可靠度的影响进行对比分析，从而明确不同位置截面承载力变化对结构体系可靠度的影响程度，为我们更合理地评定结构体系可靠性提供借鉴，为结构加固提供更具体的依据。其中关于排架结构体系可靠度的计算原理及功能函数建立的基本方法同第三章。5.1单铰承载力变化对单层排架结构可靠度的影响分析目前单层排架结构的可靠性评定从构件、子单元、鉴定单元三个层次来进行，其仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠度的影响，为了明确不同位置截面承载力变化对结构体系可靠性的影响程度，本节对单层不等跨排架结构上柱机构、下柱机构及高跨机构不同位置截面承载力变化对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，为更全面地评价结构体系可靠度提供依据。为分析不同位置截面承载力变化对其所在机构可靠指标的影响随结构跨数变化的规律，当结构跨数变化时，假定不同跨结构下柱机构荷载作用效应与下柱机构的截面总刚度成比例，上柱机构亦同。5.1.1结构截面信息及功能函数1.各跨排架结构的截面信息及参数分布单层不等跨排架下柱截面尺寸相同均为400mm×800mm，配筋面积相同均为A2S=AS′=2089mm，混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级为HRB400；每跨跨度为20m；边柱截面承载力破坏形成的铰称为外铰，中柱截面承载力破坏形成的铰称为内铰。51 西安建筑科技大学硕士学位论文(1)单跨排架截面信息截面3、4尺寸为400mm×400mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm，距上柱顶高度为3m；1、2截面承载力破坏形成下柱机构；3、4截面承载力破坏形成上柱机构；EI11为上柱机构截面总刚度，EI12为下柱机构截面总刚度，各变量及其统计参数参考文献[20][24]，如下表5.1所示（下同），单跨排架计算简图见下图5.1。图5.1单跨排架计算简图（单位mm）(2)两跨排架截面信息截面4、5、6尺寸为400mm×400mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm，距上柱顶高度为3m；1、2、3截面承载力破坏形成下柱机构，4、5、6截面承载力破坏形成上柱机构；EI21为上柱机构截面总刚度，EI22为下柱机构截面总刚度，两跨排架计算简图如下图5.2所示。图5.2两跨排架计算简图三跨及四跨排架计算简图由上图5.2延伸得到，边柱及中柱轴力同两跨结构。52 西安建筑科技大学硕士学位论文表5.1随机变量的统计参数基本变量物理意义平均值变异系数分布类型Kpi计算模式不定性系数1.000.05正态分布fc混凝土抗压强度26.1N/mm20.17正态分布fy钢筋抗拉强度408.5N/mm20.0713正态分布NGk1恒荷载339200N0.07正态分布NGk2恒荷载689000N0.07正态分布NQk1活荷载34450N0.288极值Ⅰ型分布NQk2活荷载68900N0.288极值Ⅰ型分布Tk顶部集中风荷载30210N0.193极值Ⅰ型分布qk1左侧均布风荷载1.29N/m0.193极值Ⅰ型分布qk2右侧均布风荷载0.81N/m0.193极值Ⅰ型分布2.各跨排架结构的功能函数(1)由虚功原理得单跨排架上柱及下柱机构功能函数：上柱机构ZKMKMM(5.1)P3u3P4u4122MTHqH/2qH/2(5.2)111121下柱机构ZKMKMM(5.3)P1u1P2u222MTHqH/2qH/2(5.4)12式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），Ni为柱顶轴力组合值。H为柱的高度，H1为上柱高度，功能函数同式（3.2）及（3.3）。(2)由虚功原理得两跨排架上柱及下柱机构功能函数：上柱机构I21ZkMkMkMM(5.5)P4u4P5u5P6u61I1122MTHqH/2qH/2(5.6)111121下柱机构I22ZKMKMKMM(5.7)P1u1P2u2P3u3I1222MTHqH/2qH/2(5.8)1253 西安建筑科技大学硕士学位论文式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），Ni为柱顶轴力组合值。H为柱的高度，H1为上柱高度，功能函数同式（3.2）及（3.3）。三跨、四跨排架结构的上柱及下柱机构功能函数与两跨类似，不再单列。5.1.2单铰承载力变化对结构可靠度的影响当前的单层排架结构可靠性评定标准仅考虑了承载力不足构件的数量，并未考虑其具体位置对结构体系可靠度的影响，这里就单层排架结构上柱及下柱机构不同位置截面承载力降低对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，以明确不同位置截面承载力变化对结构体系可靠性的影响程度，为更全面地评价结构体系可靠性提供依据，假定不同截面承载力变化后是变化前的0.9倍，其计算结果见下表5.2，表中β（0.9Mu1）指位于图示位置“1”的截面承载力变为之前的0.9倍时，其所在机构的可靠指标（下同）。表5.2单铰承载力变化对结构可靠指标影响单跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率下柱机构3.4903.2975.53%机构类别可靠指标β（0.9Mu3）β变化率上柱机构3.6773.4835.28%两跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.7583.6373.22%3.6133.86%机构类别可靠指标β（0.9Mu4）β变化率β（0.9Mu5）β变化率上柱机构4.1594.0432.79%4.003.82%三跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.8873.8002.24%3.7822.70%机构类别可靠指标β（0.9Mu5）β变化率β（0.9Mu6）β变化率上柱机构4.3874.3041.90%4.2722.62%四跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.9643.8941.77%3.8812.10%54 西安建筑科技大学硕士学位论文机构类别可靠指标β（0.9Mu6）β变化率β（0.9Mu7）β变化率上柱机构4.5204.4561.42%4.4311.97%由上表5.2可知：(1)上柱及下柱机构内外铰承载力相对原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，内铰对其所在机构可靠指标的影响程度较外铰大，同时随着跨数的增多，下柱机构内铰及外铰对下柱机构可靠指标的影响程度逐渐降低，上柱机构亦同；(2)上柱及下柱机构内外铰承载力相对原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，对下柱机构可靠指标的影响较对上柱机构可靠指标的影响大，下柱机构内外铰对下柱机构可靠指标的影响较大且不同位置单铰对下柱机构可靠指标的影响程度差别较小，综上所述，应特别注意单跨结构单铰及多跨结构下柱机构内铰承载力变化对所在机构可靠指标的影响。5.1.3两铰承载力变化对结构可靠度的影响为了更加明确不同位置截面两铰承载力降低对单层排架结构体系可靠度的影响程度，这里就单层排架结构上柱及下柱机构中不同位置截面两铰承载力降低对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，以明确不同位置截面两铰承载力变化对结构体系可靠度的影响程度，为更全面地评价结构体系可靠性提供依据，假定不同截面承载力变化后是变化前的0.9倍，其计算结果见下表5.3。表5.3两铰承载力变化对结构可靠指标的影响单跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1/0.9Mu2）β变化率下柱机构3.4903.09411.35%机构类别可靠指标β（0.9Mu3/0.9Mu4）β变化率上柱机构3.6773.27910.82%两跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1机构类别可靠指标β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu3）下柱机构3.7583.4887.18%3.5126.55%β（0.9Mu4β（0.9Mu4机构类别可靠指标β变化率β变化率/0.9Mu5）/0.9Mu6）55 西安建筑科技大学硕士学位论文上柱机构4.1593.8796.73%3.9345.41%三跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1β（0.9Mu2机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu4）/0.9Mu3）下柱机构3.8873.6915.04%3.7094.58%3.6735.51%β（0.9Mu5β（0.9Mu5β（0.9Mu6机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu6）/0.9Mu8）/0.9Mu7）上柱机构4.3874.1884.54%4.2203.81%4.1555.29%四跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1β（0.9Mu2机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu5）/0.9Mu3）下柱机构3.9643.8103.88%3.8243.53%3.7964.24%β（0.9Mu6β（0.9Mu6β（0.9Mu7机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu7）/0.9Mu10）/0.9Mu6）上柱机构4.5204.3653.43%4.3902.88%4.343.98%由上表5.3可知：(1)上柱及下柱机构中同时有两铰承载力相对原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，含内铰数量越多，对所在机构可靠指标的影响越大，同时随着结构跨数的增多，下柱机构对应部位两铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响程度逐渐降低，上柱机构亦同；(2)上柱及下柱机构中同时有两铰承载力相对原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，下柱机构两铰对下柱机构可靠指标的影响较对应的上柱机构两铰对上柱机构可靠指标的影响大；下柱机构两铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响较大且不同位置两铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响差别较小。5.2单铰承载力变化对高低跨排架结构可靠度的影响分析目前单层排架结构的可靠性评定从构件、子单元、鉴定单元三个层次来进行，其具有层次分明，易于理解等特点，但其仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠度的影响，为了明确不同位置截面承载力变化对高低跨排架结构可靠性的影响程度，本节对高低跨排架结构不同位置截面承载力56 西安建筑科技大学硕士学位论文变化对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，为更全面地评价结构体系可靠度提供依据。为分析不同位置截面承载力变化对所在机构可靠指标的影响随结构跨数变化的规律，当结构跨数变化时，假定不同跨结构下柱机构的荷载作用效应与下柱机构的截面总刚度成比例，上柱机构亦同。5.2.1结构截面信息及功能函数1.高低跨排架结构的截面信息及参数分布不同跨高低跨排架下柱截面尺寸相同均为600mm×800mm，配筋面积相同均为A2S=AS′=2661mm，混凝土强度等级均为C30，钢筋强度等级为HRB400；每跨跨度为20m；边柱截面承载力破坏形成的铰称为外铰，中柱截面承载力破坏形成的铰称为内铰。(1)两跨高低跨排架截面信息截面6、7尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面6、7距上铰顶高度为3m；1、2、3截面承载力破坏形成下柱机构；6、7截面承载力破坏形成高跨机构；下柱机构截面总刚度为EI22，各变量及其统计参数参考文献[20][24]，如下表5.4所示（下同），其计算简图见下图5.3。图5.3两跨高低跨排架计算简图(单位mm)(2)三跨高低跨排架截面信息截面5、8、9、10尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面6、7尺寸为600mm×800mm，配筋面积为A2S=AS′=2661mm；上柱机构截面5、6、7、8距铰顶为3m，截面9、10距铰顶距离为3m；每跨跨度为20米；1、2、3、4截面承载力破坏形成下柱机构，5、6、7、8截面承载力破坏形成上柱机构，9、10截面承载力破坏形成高跨机构，上柱机构截面总刚度为EI31，下柱机构截面总57 西安建筑科技大学硕士学位论文刚度为EI32，其计算简图见下图5.4。图5.4三跨高低跨排架计算简图（单位mm）(3)四跨高低跨排架截面信息截面6、7、10、11、12尺寸为600mm×600mm，配筋面积为A2S=AS′=603mm；截面8、9尺寸为600mm×800mm，配筋面积为A2S=AS′=2661mm；上柱机构截面6、7、8、9、10距上柱顶高度为3m，截面11、12距上铰高度顶为3m；1、2、3、4、5截面承载力破坏形成下柱机构；6、7、8、9、10截面承载力破坏形成上柱机构；11、12截面承载力破坏形成高跨机构；上柱机构截面总刚度为EI41，下柱机构截面总刚度为EI42，其计算简图见下图5.5。图5.5四跨高低跨排架计算简图表5.4随机变量的统计参数.基本变量物理意义平均值变异系数分布类型Kpi计算模式不定性系数1.000.05正态分布fc混凝土抗压强度(C30)26.1N/mm20.17正态分布f2y钢筋抗拉强度408.5N/mm0.0713正态分布SGk1恒荷载339200N0.07正态分布SGk2恒荷载689000N0.07正态分布SQk1活荷载34450N0.288极值Ⅰ型分布58 西安建筑科技大学硕士学位论文SQk2活荷载68900N0.288极值Ⅰ型分布Tk1低跨顶部风荷载30210N0.193极值Ⅰ型分布Tk2高跨顶部风荷载35245N0.193极值Ⅰ型分布qk1左侧均布风荷载1.29N/mm0.193极值Ⅰ型分布qk2右侧均布风荷载0.81N/mm0.193极值Ⅰ型分布2.高低跨排架结构的功能函数(1)由虚功原理得三跨高低跨排架结构的功能函数：上柱机构ZkMkMkMkMM(5.9)p5u5p6u6p7u7p8u812M2THTH(H)(qqH)/2(qqHH)(H/2)(5.10)11423412412343下柱机构ZKMKMKMKMM(5.11)P1u1P2u2P3u3P4u42M2THTH(qqH)/2(qqHH)(H/2)(5.12)112212112313式中Mui为大偏压构件截面抗力，同式（3.1），T1、T2为顶部风荷载设计值，Ni为柱顶轴力组合值，M为截面荷载作用效应，H1为低跨高度，H2为高跨高度，H3为低跨顶到高跨顶的高度，H4为低跨上柱高度，（下同），功能函数同式（3.2）及（3.3）。(2)由虚功原理得四跨高低跨排架结构的功能函数：上柱机构I41ZKMKMKMKMKMM(5.13)P6u6P7u7P8u8p9u9p10u101I312M2THTH(H)(qqH)/2(qqHH)(H/2)(5.14)11423412412343下柱机构I42ZKMKMKMKMKMM(5.15)P1u1P2u2P3u3P4u4P5u5I322M2THTH(qqH)/2(qqHH)(H/2)(5.16)112212112313两跨高低跨排架下柱机构功能函数与上述下柱机构类似，不再单列。5.2.2单铰承载力变化对结构可靠度的影响目前的排架结构体系可靠性评定标准仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对排架结构体系可靠度的影响，这里就高低跨排架结构上柱机构、59 西安建筑科技大学硕士学位论文下柱机构及高跨机构不同位置单铰承载力降低对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，以明确不同位置单铰承载力变化对结构体系可靠性的影响程度，为更全面地评价结构体系可靠性提供依据，假定不同截面承载力变化后是变化前的0.9倍，其计算结果见下表5.5，表中β（0.9Mu1）指位于图示位置“1”的截面承载力变为之前的0.9倍时，其所在机构的可靠指标（下同）。表5.5单铰承载力变化对结构可靠指标的影响高跨机构（三跨高低跨排架结构）机构类别可靠指标β（0.9Mu9）β变化率β（0.9Mu10）β变化率高跨机构4.9544.7524.78%4.7524.78%两跨高低跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.0662.9443.98%2.9234.66%三跨高低跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.1793.0912.77%3.0753.27%机构类别可靠指标β（0.9Mu5）β变化率β（0.9Mu6）β变化率上柱机构6.4846.4410.663%6.3042.78%四跨高低跨排架结构机构类别可靠指标β（0.9Mu1）β变化率β（0.9Mu2）β变化率下柱机构3.2463.1762.16%3.1642.53%机构类别可靠指标β（0.9Mu6）β变化率β（0.9Mu7）β变化率β（0.9Mu8）β变化率上柱机构6.4606.4220.588%6.4050.851%6.3022.45%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表5.5可知：(1)上柱及下柱机构内外铰承载力相对原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，内铰对所在机构可靠指标的影响程度较外铰大，同时随着结构跨数的增多，下柱机构内外铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响程度逐渐降低，上柱机构亦同；(2)上柱及下柱机构内外铰承载力相对其原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，对下柱机构可靠指标的影响较对上柱机构可靠指标的影响大，下柱机构内外铰对下柱机构可靠指标影响较大且不同位置单铰对下柱机构可60 西安建筑科技大学硕士学位论文靠指标的影响程度差别较小，上柱机构不同位置单铰对上柱机构可靠指标的影响差别较大，其中位于高跨机构下部的上柱机构内铰对上柱机构可靠指标影响较大，上柱机构外铰对上柱机构可靠指标的影响较小；(3)当高跨机构单铰承载力变为原截面承载力的0.9倍时，对高跨机构可靠指标的影响大于高低跨排架结构上柱、下柱机构内外铰承载力分别变为原截面的0.9倍时对其所在机构可靠指标的影响，所以应特别注意高跨机构单铰承载力的变化。5.2.3两铰承载力变化对结构可靠度的影响为了更加明确不同位置截面两铰承载力降低对高低跨排架结构体系可靠度的影响程度，这里就高低跨排架结构上柱机构、下柱机构及高跨机构中两铰承载力降低对其所在机构可靠指标的影响进行对比分析，以明确不同位置截面两铰承载力变化对结构体系可靠度的影响程度，为更全面地评价结构体系可靠性提供依据，假定不同截面承载力变化后是变化前的0.9倍，其计算结果见下表5.6。表5.6两铰承载力变化对结构可靠指标的影响高跨机构（三跨高低跨排架）机构类别可靠指标β（0.9Mu9/0.9Mu10）β变化率高跨机构4.9544.5418.34%两跨高低跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1机构类别可靠指标β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu3）下柱机构3.0662.7968.81%2.8188.09%三跨高低跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1β（0.9Mu2机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu4）/0.9Mu3）下柱机构3.1792.9846.13%3.005.63%2.9686.64%β（0.9Mu5β（0.9Mu5β（0.9Mu6机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu6）/0.9Mu8）/0.9Mu7）上柱机构6.4846.2603.45%6.3981.33%6.1205.61%四跨高低跨排架结构β（0.9Mu1β（0.9Mu1β（0.9Mu2机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu2）/0.9Mu5）/0.9Mu3）61 西安建筑科技大学硕士学位论文下柱机构3.2463.0934.71%3.1054.34%3.0805.11%β（0.9Mu6β（0.9Mu6β（0.9Mu6机构类别可靠指标β变化率β变化率β变化率/0.9Mu7）/0.9Mu10）/0.9Mu8）上柱机构6.4606.3671.44%6.3841.186.2633.05%β（0.9Mu7β（0.9Mu8机构类别可靠指标β变化率β变化率/0.9Mu8）/0.9Mu9）上柱机构6.4606.2463.31%6.1404.95%注：不同跨结构高跨机构相同。由上表5.6可知：(1)上柱及下柱机构中同时有两铰承载力相对其原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，含内铰数量越多，对所在机构可靠指标的影响越大；(2)上柱及下柱机构中同时有两铰承载力相对其原截面承载力变化程度相同即为原截面承载力的0.9倍时，下柱机构两铰对下柱机构可靠指标的影响较对应的上柱机构两铰对上柱机构可靠指标的影响要大；下柱机构两铰对下柱机构可靠指标影响较大且不同位置两铰对下柱机构的影响程度差别较小；上柱机构不同位置两铰对上柱机构可靠指标的影响差别较大，其中位于高跨机构下部的上柱机构两铰对上柱机构可靠指标影响较大，上柱机构两外铰对上柱机构可靠指标的影响较小；(3)当高跨机构两铰承载力变为原截面承载力的0.9倍时，对高跨机构可靠指标的影响大于高低跨排架结构上柱、下柱机构两铰承载力分别变为原截面的0.9倍时对其所在机构可靠指标的影响，所以应特别注意高跨机构两铰承载力的变化。5.3小结根据本章内容分析，总结出以下结论：1.对于单层多跨排架，下柱机构不同部位单铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响较大且相当；上柱机构相应部位单铰对上柱机构可靠指标的影响较小且差别较大，内铰影响大些，外铰影响小些；2.对于单层多跨排架，下柱机构中不同部位两铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响较大且相当，上柱机构相应部位两铰对上柱机构可靠指标的影响较小且差别较大，含内铰数量越多，影响越大；3.对于高低跨排架结构，下柱机构不同部位单铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响较大且相当，上柱机构相应部位单铰对上柱机构可靠指标的影响较小且62 西安建筑科技大学硕士学位论文差别较大，内铰影响大些，外铰影响小些。高跨机构单铰承载力变化对高跨机构可靠指标的影响较大，所以应特别注意高跨机构外铰承载力的变化；4.对于高低跨排架结构，下柱机构中不同部位两铰承载力变化对下柱机构可靠指标的影响较大且相当，上柱机构相应部位两铰对上柱机构可靠指标的影响较小且差别较大，含内铰数量越多，影响越大。高跨机构两铰承载力变化对高跨机构可靠指标影响较大，所以应特别注意高跨机构两铰承载力的变化。63 西安建筑科技大学硕士学位论文64 西安建筑科技大学硕士学位论文6结论与展望6.1结论目前钢筋混凝土单层排架结构体系的安全性评定从构件、平面单元、鉴定单元三个层次来进行，其仅考虑了承载力不足构件的数量，而未考虑其具体位置对结构体系可靠性的影响，不能较完整地反映整个结构的可靠性状况。与此同时，结构抗力受诸多因素的影响，如材料强度、截面尺寸等等，对不同抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响并不明了。基于以上两方面，本文对不同截面处抗力影响因素变化及不同位置处截面承载力降低对所在机构可靠指标的影响进行了对比分析，主要得出以下结论：(1)通过对压弯构件材料强度、截面配筋面积及截面高度变化对上柱及下柱截面可靠指标影响的对比分析，可知上柱截面对混凝土强度均值及标准差的变化较为敏感；下柱截面对钢筋强度均值及标准差的变化较为敏感；同时上柱截面对配筋面积及截面高度的变化较为敏感。(2)通过对单层不等跨排架不同截面材料强度、配筋面积及截面高度变化对其所在机构可靠指标影响的对比分析，可知上柱机构截面对混凝土强度均值及标准差的变化较为敏感；下柱机构截面对钢筋强度均值及标准差的变化较为敏感；上柱机构截面对配筋面积及截面高度的变化较为敏感，因此在单层排架结构的可靠性评定中，应更加注重上柱机构截面混凝土强度、配筋面积及截面高度的变化，下柱机构截面钢筋强度的变化。(3)通过对高低跨排架不同截面材料强度、配筋面积及截面高度变化对其所在机构可靠指标影响的对比分析，可知上柱及下柱机构内铰对混凝土强度均值的变化较为敏感；下柱机构内外铰、上柱机构内铰及高跨机构外铰对钢筋强度均值的变化较为敏感；上柱机构内铰及高跨机构单铰对钢筋强度标准差的变化较为敏感；下柱机构内外铰及上柱机构内铰对截面高度及配筋面积的变化较为敏感，为在高低跨排架结构可靠性评定中合理考虑不同截面抗力影响因素变化对结构体系可靠性的影响提供了更具体的依据。(4)通过对单层不等跨排架不同截面单铰及双铰承载力降低对其所在机构可靠指标影响的对比分析，可知下柱机构内外铰及上柱机构内铰对其承载力的变化较为敏感，因此在单层排架结构的可靠性评定中，应更加注重下柱机构内外铰及上65 西安建筑科技大学硕士学位论文柱机构内铰承载力的变化。(5)通过对高低跨排架不同截面单铰及双铰承载力降低对其所在机构可靠指标影响的对比分析，可知上柱、下柱机构内铰及高跨机构外铰对其承载力的变化较为敏感，为在高低跨排架结构的可靠性评定中合理考虑不同位置截面承载力降低对结构体系可靠性的影响提供了参考。本文通过对单层不等跨及高低跨排架结构不同截面处混凝土及钢筋强度、截面高度及配筋面积变化对其所在机构可靠指标影响的对比分析，明确了不同截面处抗力影响因素变化对其所在机构可靠指标的影响程度，从而对不同截面处抗力影响因素变化对结构体系可靠度的影响有了更直观的认识；同时通过对不同截面承载力降低对其所在机构可靠指标影响的对比分析，明确了不同截面承载力降低对结构体系可靠度的影响程度，为我们更合理地评定排架结构体系可靠度提供了参考依据。因高低跨排架结构上柱机构内铰配筋面积及截面高度较大，从而与单层不等跨排架结构相比，应注意下柱机构混凝土强度均值变化及上柱机构钢筋强度均值及标准差变化；同时应注意下柱机构截面配筋面积及截面高度的变化。6.2展望虽然本文针对钢筋混凝土排架结构不同截面抗力影响因素变化及承载力降低对所在机构可靠度的影响做了一些研究，但鉴于抗力影响因素变化及结构体系可靠度问题的复杂性及不确定性，再加上作者能力的局限，本文尚有许多不足之处。所以关于抗力影响因素及承载力降低对钢筋混凝土排架结构可靠度的影响仍需要在以下几方面做进一步研究：(1)在分析材料因素变化对钢筋混凝土排架结构体系可靠度影响时，为了便于分析，假设材料强度均值及标准差的变化程度只影响基本参数的大小，而不改变基本参数的分布规律，这与实际情况存在差别；(2)由于当前结构体系可靠度计算的复杂性，本文从机构的角度出发，分析了不同位置截面抗力影响因素变化及截面承载力降低对所在机构可靠指标的影响；鉴于结构体系破坏时的不确定性，本文仅从几个有代表性的机构出发进行了对比分析，还有很多不全面之处。66 西安建筑科技大学硕士学位论文参考文献[1]姚继涛,马永欣,董振平等.建筑物可靠性鉴定和加固一基本原理和方法[M].北京:科学出版社,2003,6-9.[2]张富春等.建筑物的鉴定、加固与改造[M].北京:中国建筑工业出版社,1992,3-8.[3]张俊芝.服役工程结构可靠性理论及其应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007,24-28.[4]刘金华.基于性能试验的既有结构的可靠性评定[D].西安:西安建筑科技大学,2005.[5]卜良桃,周锡全.工程结构可靠性鉴定与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,2009,3-4.[6]姚继涛.既有结构可靠性理论及应用[M].北京:科学出版社,2008,3-6.[7]薛萍等.建筑结构可靠性的发展与鉴定概述[J].工业建筑,2009,39(9):110-113.[8]GB50292-1999.民用建筑可靠性鉴定标准[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.[9]GB50144-2008.工业建筑可靠性鉴定标准[S].北京中国计划出版社,2007.[10]张欣.现有结构可靠性鉴定评述[J].四川建筑,2005,25(4):68-69.[11]顾祥林等.既有建筑结构体系可靠性评估实用方法[J].结构工程师,2007,23(4):12-17.[12]GB50153-2008.工程结构可靠性设计统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2008..[13]孙凯.既有建筑结构可靠性评定软件开发与应用研究[D].上海:同济大学,2007.[14]王东晶.既有结构体系安全性的综合评定方法[D].西安:西安建筑科技大学,2011.[15]郑华彬.基于隶属度和层次分析法研究结构可靠性鉴定[J].广西大学学报,2010,35(4):582-587.[16]吴世伟.结构可靠度分析[M].北京:人民交通出版社,2008,225-231.[17]沈蒲生,梁兴文.混凝土结构设计原理(2版)[M].北京:高等教育出版社,2005,41-45.[18]程超男.施工误差对钢筋混凝土框架结构可靠度的影响[D].湖南:湖南大学,2011.[19]黄维.已有建筑可靠性鉴定及加固技术研究[D].成都:西南交通大学,2007.[20]沈在康.混凝土结构设计新规范应用讲评[M].北京:中国建筑工业出版社,1993,24-28.[21]盛骤,谢式千等.概率论与数理统计[M].北京:高等教育出版社,2001,225-250.[22]钢筋混凝土预制构件工程质量检验评定标准编制组钢筋混凝土预制构件的质量检验[J].建筑技术通讯,1976,6(6):1-12.[23]贡金鑫,赵国藩.工程结构可靠性设计原理[M].北京:机械工业出版社,2012,86-96.[24]李继华等.建筑结构概率极限状态设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1990,34-39.[25]YaoJ.T.P.SafetyandReliabilityofExistingStrucyures.Condon:PinmanAdvancePublishingProgram,1985.67 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西安建筑科技大学硕士学位论文致谢本论文是在恩师姚继涛教授的悉心指导下完成的。从论文的选题，理论分析到最终成稿，无不凝结着导师的心血和汗水。在研究生三年里，姚老师的哲学思维及处事态度让我学会了平和，让我领略了大家风范，许多事情我们做的并不好，但姚老师并没有对我们发过火，每次都特别耐心，那种眼神与态度似父辈，似亲人。在三年的学习过程中，姚老师对细节的把握及思维的高度，让我领略了博导的风采，深刻感受到姚老师的学识厚度，深感自己的渺小，深感大音希声，大象希形。导师宽厚待人，对待学术问题一丝不苟的态度，深深地影响着我，在潜移默化中改变着我的思想与行为，让我受益匪浅。学生在论文完成之际，对导师长期以来的教导表示最为诚挚地感谢，同时在我的求学生涯中，遇到导师让我倍感荣幸。感谢建大提供了优秀的平台给了我进步的机会。感谢研究生期间给我上过课的所有老师，正是你们丰富了我的知识、拓展了我的视野。感谢同门程凯凯、张义九、刘明章、朱璇等人。感谢我的父母，一直默默地奉献，为我求学创造了诸多条件，我得以走到今天。感谢各位参与评阅本论文的老师，你们辛苦了！鉴于作者水平有限，论文中难免有错误及不妥之处，敬请老师批评指正。69'