技术领域
[0001] 本
发明涉及一种构件承载力分析方法，特别是一种砌体抗压承载力分项系数的分析方法，属于
土木工程承载力分析技术领域。
背景技术
[0002] 可靠度理论或方法是：以统计数据和工程经验为
基础，运用统计学和概率理论的方法，以解决结构设计不确定性因素为主的理论或方法。结构可靠度理论最显著的特点是设立了校准系数的目标。可靠指标β或失效概率pf是其设立的目标。国际上，ISO 2394关于结构和构件方面至少有下列的分项系数：
[0003] (1)γn—考虑结构重要性的因数，约相当于我国的结构重要性系数γ0；
[0004] (2)γm—材料性能分项系数；
[0005] (3)γM—考虑材料、模型和几何量不定性概括的分项系数；
[0006] (4)γRd—模型不定性分项系数。
[0007] 在国内，现行《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068在结构和构件方面也有下列分项系数：
[0008] (1)γ0—结构重要性系数；
[0009] (2)γf—材料性能分项系数；
[0010] (3)γR—结构抗力分项系数。
[0011] 现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068均倡导采用基于可靠指标调整构件承载力分项系数的评定方法。可靠度分项系数的方法为：以各类不确定因素为基准，分别校准确定符合相应要求的分项系数，总体上满足可靠指标β要求的方法。
[0012] 由于上述标准和一些可靠度理论的专著均没有设置结构、构件承载能力分项系数的理论、规则或说明，还需要对如何校准确定这类分项系数进行相应的研究。
[0013] 同时具备下列条件的砌体结构构件，可采用现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153倡导的基于可靠指标调整构件承载力分项系数的评定方法：
[0014] (1)可靠指标对应的随机变量可近似用正态分布予以描述；
[0015] (2)该类构件具备批量的构件承载力试验数据。
[0016] 本
专利提供基于可靠指标调整构件承载力分项系数的砌体抗压承载力分项系数的分析方法，该方法以《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068规定的房屋建筑结构构件的可靠指标β作为校准的总目标。该标准规定的β值见下表1。
[0017] 表1房屋建筑结构构件的可靠指标β
[0018]
[0019] 注:表中括号内的数据是与可靠指标β对应的失效概率pf。
发明内容
[0020] 为了克服
现有技术的上述问题，本发明提出了一种砌体抗压承载力分项系数的分析方法，用以解决构件承载力分项系数校核准确性问题。
[0021] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0022] 砌体抗压承载力分项系数的分析方法，所述分析方法基于可靠指标调整构件承载力分项系数，包括如下步骤：
[0023] 第一步：确定作用效应的可靠指标βS
[0024] 作用效应的综合系数γF和作用效应的当量变异系数δS与作用效应的可靠指标βS之间的关系按下式计算:
[0025] γF＝1+βSδS (1)
[0026] 式中：γF—作用效应的综合系数；
[0027] δS—作用效应的当量变异系数；
[0028] 作用的综合系数γF按下式计算：
[0029] γF＝∑(γFiζFi) (2)
[0030] 式中：γFi—第i类荷载的分项系数；
[0031] ζFi—第i类荷载占总荷载的比例，∑ζFi＝1.0；
[0032] 第二步：根据可靠指标β和作用效应的可靠指标βS确定砌体抗压承载力的可靠指标βR，具体方法如下：
[0033] 当可靠指标β对应的随机变量用正态分布描述时，砌体抗压承载力的可靠指标βR可根据下式计算:
[0034]
[0035] 式中：β—可靠指标；
[0036] βS—作用效应的可靠指标；
[0037] 第三步：确定砌体抗压承载力的变异系数δR，具体方法如下：
[0038] (1)砌体构件抗压承载力变异系数δR通过对同类构件批量承载力试验数据分析确定
[0039] 构件批量承载力试验数据的分析采用下列比值的方式：
[0040] ξi＝Rtest,i/Rmod,i (4)
[0041] 式中：ξi—第i个砌体构件抗压承载力试验值与计算值的比值；
[0042] Rtest,i—该批构件中第i个构件的抗压承载力试验值；
[0043] Rmod,i—该批构件中第i个构件的承载力模型计算值；
[0044] 计算模型的材料强度和几何量应分别取对应构件的实际值，并且应对计算模型的参数进行调整，以减小材料强度、几何参数和承载力模型不定性因素的影响；
[0045] 对模型中参数的调整应使试验值与模型计算值比值的平均值ξm趋近于1.0，该比值的平均值可按下式计算：
[0046] ξm＝∑ξi/n (5)
[0047] 式中：ξm—分析样本的平均值；
[0048] n—样本的容量；
[0049] 构件承载力的变异系数应按下式计算：
[0050] δR＝Sξ/ξm (6)
[0051] 式中：δR—该批砌体构件抗压承载力的变异系数；
[0052] Sξ—样本的标准差，取各种ξm趋近于1.0中Sξ的最小值；
[0053] (2)当缺少试验数据时，构件抗压承载力的变异系数δR取0.17；
[0054] 第四步：按式(7)确定砌体抗压承载力的分项系数：
[0055]
[0056] 式中：γR—砌体抗压承载力的分项系数；
[0057] βR—砌体抗压承载力的可靠指标，由第二步可靠指标β和作用效应的可靠指标βS分解得到；
[0058] δR—砌体抗压承载力的变异系数，由第三步对同类构件批量承载力试验数据得到。
[0059] 进一步地，第一步中，综合考虑恒载和活荷载因素，作用效应的当量变异系数δS在0.20～0.30之间。
[0060] 进一步地，第一步中，
混凝土构件的自重荷载占总荷载的2/3，可变荷载占总荷载的1/3，恒荷载分项系数为1.3，活荷载分项系数为1.5，代入式(2)中得到γF＝1.37。
[0061] 进一步地，第一步中，作用效应的可靠指标βS为2.05，其对应于自重荷载的超越概率为2％，对应于可变荷载50年基准期的超越概率为2％。
[0062] 进一步地，第二步中，对于安全等级二级的脆性破坏β＝3.7；将βS＝2.05，β＝3.7代入式(3)，得到βR≥3.08。
[0063] 对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
[0064] 本发明基于可靠指标对构件承载力分项系数进行了调整，有效的对砌体抗压承载力分项系数进行了校准，更加符合构件承载力实际情况。
[0065] 当需要评定的砌体结构构件抗压承载能力具备批量的构件承载力试验数据，其变异系数为已知时，使用构件承载力分项系数表示的可靠度设计方法更能综合考虑影响砌体抗压承载能力各个因素(材料强度、几何参数、模型等)的不确定性，相比于用材料性能分项系数表述的可靠度设计方法更能反映砌体抗压承载力的实际情况，为砌体结构抗压承载能力的评定提供一种新的思路。
具体实施方式
[0066] 下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0067] 本发明的砌体抗压承载力分项系数的分析方法，该分析方法基于可靠指标调整构件承载力分项系数，包括如下步骤：
[0068] 第一步：确定作用效应的可靠指标βS。
[0069] 作用效应的综合系数γF和作用效应的当量变异系数δS与作用效应的可靠指标βS之间的关系按下式计算:
[0070] γF＝1+βSδS (1)
[0071] 式中：γF—作用效应的综合系数；
[0072] δS—作用效应的当量变异系数。
[0073] 作用的综合系数γF按下式计算：
[0074] γF＝∑(γFiζFi) (2)
[0075] 式中：γFi—第i类荷载的分项系数；
[0076] ζFi—第i类荷载占总荷载的比例，∑ζFi＝1.0。
[0077] 根据统计分析，混凝土构件的自重荷载可近似为占总荷载的2/3，可变荷载占总荷载的1/3，根据现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068的规定，恒荷载分项系数为1.3，活荷载分项系数为1.5，代入(2)中得到γF＝1.37。综合考虑恒载和活荷载等因素，作用效应的当量变异系数δS大致在0.20～0.30之间。
[0078] 综合考虑上述因素，宜将作用效应的可靠指标βS定为2.05，其与现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068的规定相协调，该情况对应于自重荷载的超越概率为2％，对应于可变荷载50年基准期的超越概率为2％。
[0079] 第二步：根据可靠指标β和作用效应的可靠指标βS确定砌体抗压承载力的可靠指标βR。
[0080] 具体方法如下：
[0081] 当可靠指标β对应的随机变量可近似用正态分布描述时，砌体抗压承载力的可靠指标βR可根据下式近似计算:
[0082]
[0083] 式中：β—可靠指标，例如对于安全等级二级的脆性破坏β＝3.7；
[0084] βS—作用效应的可靠指标，推荐取βS＝2.05。
[0085] 注：该方法与欧洲规范EN1990和国际标准1802394建议的方法类似。
[0086] 将βS＝2.05，β＝3.7代入式1，得到βR≥3.08。建议砌体抗压承载力的可靠指标βR不小于3.0。
[0087] 第三步：确定砌体抗压承载力的变异系数δR，具体方法如下：
[0088] (1)砌体构件抗压承载力变异系数δR应通过对同类构件批量承载力试验数据分析确定。
[0089] 构件批量承载力试验数据的分析宜采用下列比值的方式：
[0090] ξi＝Rtest,i/Rmod,i (4)
[0091] 式中：ξi—第i个砌体构件抗压承载力试验值与计算值的比值；
[0092] Rtest,i—该批构件中第i个构件的抗压承载力试验值；
[0093] Rmod,i—该批构件中第i个构件的承载力模型计算值。计算模型的材料强度和几何量应分别取对应构件的实际值，并且应计算模型的参数进行调整，以减小材料强度、几何参数和承载力模型不定性因素的影响。
[0094] 对模型中参数的调整应使试验值与模型计算值比值的平均值ξm趋近于1.0，该比值的平均值可按下式计算：
[0095] ξm＝∑ξi/n (5)
[0096] 式中：ξm—分析样本的平均值；
[0097] n—样本的容量。
[0098] 构件承载力的变异系数应按下式计算：
[0099] δR＝Sξ/ξm (6)
[0100] 式中：δR—该批砌体构件抗压承载力的变异系数；
[0101] Sξ—样本的标准差，应取各种ξm趋近于1.0中Sξ的最小值。
[0102] (2)当缺少试验数据时，构件抗压承载力的变异系数δR可取0.17。
[0103] 本取值源于《砌体结构设计规范》GB J3-88的抗压强度的分析计算平均值与标准值的比较。如果按砌体结构的可靠指标为βR＝3.0和砌筑构件抗压承载力的变异系数δR＝0.17计算，砌筑构件的抗压承载力的分项系数γR约为2.0。据分析，砌体抗压强度的标准值(与计算平均值)的余量和材料强度系数，约相当于安全系数2.3，γR＝2.0略小于2.3；也就是说，δR＝0.17的情况下砌体结构抗压承载能力的可靠指标基本上可以满足β＝3.7的要求。
[0104] 第四步：按式(7)确定砌体抗压承载力的分项系数：
[0105]
[0106] 式中：γR—砌体抗压承载力的分项系数；
[0107] βR—砌体抗压承载力的可靠指标，由第二步可靠指标β和作用效应的可靠指标βS分解得到；
[0108] δR—砌体抗压承载力的变异系数，由第三步对同类构件批量承载力试验数据得到。
[0109] 以下结合具体实例详述本发明所提供的砌体抗压承载力分项系数的分析方法的具体操作过程：
[0110] 以工程：某组10片
烧结普通砖砌体墙，墙厚240mm，计算高度H0＝2.4m，为轴心受压构件，砖强度等级MU15，
砂浆强度等级M5，安全等级二级，砌体墙顶部受均匀分布的线荷载——其中恒荷载为10kN/m，活荷载为5kN/m，作用效应的当量变异系数δS为0.20。对该组10片砌体墙进行材料强度、几何尺寸检测，并进行受压加载试验，材料强度、几何尺寸实测值及承载力试验数据见表2。为例进行说明。
[0111] (1)由于恒荷载占的比例 活荷载占的比例
[0112] (2)因此，作用的综合系数
[0113] (3)既而，作用效应的可靠指标
[0114] (4)本工程可靠指标β对应的随机变量可近似用正态分布描述，砌体抗压承载力的可靠指标βR可根据下式近似计算:
[0115]
[0116] 本工程对应安全等级二级的脆性破坏，β＝3.7，前文计算可知βS＝2.05。
[0117] 将βS＝2.05，β＝3.7代入式1，得到βR≥3.08。
[0118] (5)确定砌体抗压承载力的变异系数δR，具体方法如下：
[0119] 依据现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003附录B，f2≥1MPa时，烧结普通砖砌体轴心抗压强度可根据下式计算：
[0120]
[0121] 其中：ftest——砌体轴心抗压强度；
[0122] f1——砖的强度等级值，本实例中f1＝15MPa；
[0123] f2——砂浆抗压强度实测值；
[0124] 依据现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003式5.1.1，砌体抗压承载力计算公式可按下式计算：
[0125]
[0126] 其中： ——高厚比和轴向力偏心距对受压承载力的影响系数，本例中高厚比为10，偏心距为0，按照现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003查表，[0127] Atest——单位长度(1m)内的墙体截面面积实测值。
[0128] 根据同类构件批量承载力试验数据分析确定砌体构件抗压承载力变异系数δR。
[0129] 构件批量承载力试验数据的分析宜采用下列比值的方式：
[0130] ξi＝Rtest,i/Rmod,i
[0131] 式中：ξi—第i个砌体构件抗压承载力试验值与计算值的比值，计算结果如表2所示；
[0132] Rtest,i—该批构件中第i个构件的抗压承载力试验值，如表2所示；
[0133] Rmod,i—该批构件中第i个构件的承载力模型计算值。计算模型的材料强度和几何量应分别取对应构件的实际值，并且应计算模型的参数进行调整，以减小材料强度、几何参数和承载力模型不定性因素的影响。计算结果如表2所示。
[0134] 根据表2中的计算结果，分析样本的平均值为0.99，接近于1.0，无需对计算模型进行调整。
[0135] 构件承载力的变异系数应按下式计算：
[0136] δR＝Sξ/ξm
[0137] 式中：δR—该批砌体构件抗压承载力的变异系数，经计算为0.09；
[0138] Sξ—样本的标准差，经计算为0.09。
[0139] 表2 10组砌体墙材料强度、几何尺寸实测值及承载力试验数据
[0140]
[0141] (6)确定砌体抗压承载力的分项系数γR，如下所示：
[0142]
[0143] 式中：γR—砌体抗压承载力的分项系数，将βR＝3.08和δR＝0.09代入后得到γR＝1.38；
[0144] βR—砌体抗压承载力的可靠指标，由第(4)步可靠指标β和作用效应的可靠指标βS分解得到βR≥3.08；
[0145] δR—砌体抗压承载力的变异系数，由第(5)步对同类构件批量承载力试验数据得到δR＝0.09。
[0146] 上述
实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本
申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附
权利要求书范围为准。
