既有结构已服役荷载对可靠度评估结果的验证影响

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1、既有结构已服役荷载对可靠度评估结果的验证影响第24卷第3期2007年6月计算力学ChineseJournalofComputationalMechanicsVoI.24,No.3June2007文章编号：1007—4708(2007)03—0323—05既有结构已服役荷载对可靠度评估结果的验证影响索清辉，钱永，伍建强,段敬民(西南交通大学土木工程学院，成都610031)摘要:服役荷载的验证作用影响既有结构的抗力分布,进而影响结构可靠度评估结果•文章利用的时变可靠度理论，给出了一个时变可靠指标简化计算公式，分析了服役荷载的验证作用，同时考虑了抗力衰减，结构已服役时间以及恒荷载效应与

2、可变荷载效应比值等因素影响.关键词:验证荷载;己服役荷载;抗力分布;时变可靠度中图分类号:U441文献标识码:A1引言既有结构可靠性评估不同于结构设计:首先，既有结构可靠性评估针对已经存在的事物，结构设计针对未存在事物;其次，既有结构的抗力在已服役期内成功承受了服役荷载的验证，因而评估时所采用的抗力分布模型不同于结构设计时所采用的抗力分布模型;再次,评估和结构设计所采用的荷载都是未发生的，但是设计所采用的荷载是基于设计基准期的，评估所采用的荷载是基于结构的后继服役期的•本文主要分析既有结构已服役荷载对结构可靠度评估结果的影响，同时考虑抗力衰减，结构己服役时间以及恒荷载效应与可变荷

3、载效应比值等因素的影响.2验证信息对服役结构抗力分布的影响既有结构已服役一段时间，经受了服役荷载的验证，同时在检测过程中收集了一些结构的信息，因而既有结构抗力分布函数可以基于两个方面进行更新II］：⑴根据现场收集的资料(例如:材料强度,构件尺寸等)，利用Bayesian原理对抗力分布进行更新;(2)基于验证荷载对抗力分布进行更新•验证荷载乂可以分为验证荷载实验和结构己收稿R期:2005—02-15;修改稿收到R期:2005-05—15.基金项目:教育部优秀青年教师教学科研奖励计划(A0110719950102)资助项冃・作者简介:索清辉(1975-),男，博士生；钱永久(1963

4、—)，男，博丄，教授，博士生导师；伍建强(1979〜)，男，博士生；段敬民(1966-),男,博士生，副教授.服役荷载验证作用两部分.验证荷载实验是由Fujino和Lind在文献1-2-1中提出的,指施加预先确定荷载大小的实验，在实验的过程中，结构存在破坏的风险，若实验成功，结构的抗力就大于验证荷载.结构在验证实验前抗力R的分布函数为F(),实验屮采用的荷载为S,若结构成功的经过荷载验证，其抗力分布函数为(),则有()—P(R<lR>；sr)(l)由条件概率公式，得到更新后的结构抗力分布是一个分段函数[]:C二鑫一fO,X<Slc^SrlFS[―R(r)—/由上式

5、可以看出，经过荷载验证实验，由于验证荷载对结构抗力分布起了截尾的作用，使结构失效概率变小.若既有结构己经服役一段时间T,则成功经受了在已服役期T内的荷载，已服役荷载对结构抗力分布同样起到了验证荷载实验的作用•已服役荷载可以作为具有随机性的验证荷载，文献[3・1给出了在当前时刻T更新的结构抗力概率密度函数/⑴：()一⑶⑹厂R(r)式中八⑴为承受服役荷载前的结构抗力概率密度函数,F(Q为T内已服役荷载的分布函数.通过更新后的结构抗力分布函数,可以计算结构的失效概率.但结构的抗力在经验证后的服役期内是计算力学第24卷随时间变化的，式2和式3给出的更新分布没有反映这一吋变性，不能直接用于

6、既有结构的可靠性评估.3服役荷载对既有结构失效概率影响的分析在制定设计规范时，常将抗力和荷载效应随机过程模型在设计基准期内转化成随机变量来表示，通过随机变量的分布函数确定拟建结构的可靠度•结构的抗力和荷载效应在服役期内是变化的，在进行可靠性评估时应该用随机过程来描述•若时变抗力用R(£)，荷载效应用S(£)表示，结构的功能函数变为Z-R(£)-S(£)⑷结构的失效概率与时间的变化有关，在时段(0,T)内失效概率P,(T)为P,(T)—1-P[R(£)>S(£),te(0,T)](5)对于既有结构考虑已经服役一段时间T这个条件,那么在后继服役期内的失效概率P(1T)为PI(1

7、=1—P[J?(f)>；S(D],te(T,T+)l(f)>S(f),te(O,]=P[J?(f)>S(f),te(丁，丁+)nJ?(f)>S(f),te(0,]卜[)iiP[尺⑵>S(z),te(o,T+R)]卜]丽万r1一P[R⑴<S(f),tw(0,丁+)]]_二—雨而町一Pt(i)l—IJ?(D<S(f),丘(0,1…根据式(6),服役荷载的验证作用就变为求解时变失效概率的问题.卢(1T)一[1一P,(1T)],矿()为标准正态分布