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摘要：钢筋混凝土构件的可靠度分析，实际上是该类构件在既有荷载和结构抗力的统计特征已知的情况下，通过具体计算确定该类构件的可靠指标β值，进而了解其失效概率。《港口工程结构可靠度》规定的目标可靠指标是对每种构件进行了可靠度分析，然后将它们归纳为延性破坏和脆性破坏两类构件，分别给出统一的目标可靠指标。结构中各种不同受力构件，其可靠指标是不同的。本文按“概率极限状态设计法”要求对港工钢筋混凝土构件的可靠度进行了计算分析，通过与《港口工程结构可靠度》规定的目标可靠指标的比较，为改进可靠度设计提供参考。
关键词：港口工程；钢筋混凝土；可靠度
引言：《港口工程结构可靠度设计统一标准》（以下简称《港工统标》）明确规定：港口工程结构设计采用以分项系数表达的概率极限状态设计法，因此修订港工混凝土结构设计规范，确定结构材料设计指标也必须遵循这个原则。规范编制组在确定钢筋、混凝土这两种材料强度设计值时，就是根据对钢筋混凝土构件承载力可靠度分析和工程经验校核结果来进行的。
1.轴拉构件可靠度分析选定钢筋强度设计值
钢筋混凝土轴心受拉构件承载力计算与混凝土强度无关，钢筋强度起控制作用，所以由轴拉构件可靠度分析选定钢筋抗拉强度设计值。
1.1抗力统计参数
轴拉构件抗力函数R的随机变量是钢筋强度、钢筋截面面积和抗力计算模式的精确性。钢筋强度的不定性是结构中钢筋实际强度fs·st与钢筋强度设计值的差异，用KM表示：KM=fs·st/fs·d则μKM=μfs·st/fs·d，δKM=δfs·st结构中钢筋强度fs·st主要由试件强度fs·sp、面积因素A和加荷速度V而决定。因此，结构中钢筋强度的平均值μfs·st和变异系数δfs·st可表示为：μfs.st=μfs.spμKAμKV。钢筋截面积的不定性已在钢筋强度中考虑。抗力计算模式不定性，是构件实际抗力值Rs与计算抗力Rc的差异性，用Kp=Rs/Rc表示，参考资料的轴拉构件计算模式不定性取μKp=1.0，δKp=0.04。
轴拉构件抗力R的统计参数κR、δR为：κR=μR/Rd=μkMμKAμKp。
1.2荷载统计参数
港口工程的荷载统计参数根据《港工统标》编制组提供。按照恒载加堆货活载组合情况进行构件可靠度分析。荷载统计参数：恒载μKG=1.02，δKG=0.04，正态分布；码头堆货μKL=0.78，δKL=0.14，极值I型分布。
1.3可靠度分析结果
极限状态方程中三个随机变量是恒载SG、堆货活载SL和构件抗力R。SG、SL的统计参数如上所述。R为对数正态分布，κR、δR亦为已知，并取Rd=1.2SGK+1.4SLK。采用“JC”法计算可靠指标β值，并考虑7种荷载效应比值ρ，ρ=SLK/SGK。从β值的计算结果表明，可靠指标平均值除I级钢之外，都达到《港工统标》对延性破坏构件β≥3.5的要求。规范编制组考虑到港口工程的特点，海水对钢筋的腐蚀作用，在计算中将钢筋强度乘以折减系数0.9，若不考虑折减，可靠指标平均值β都超过规定值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据可靠度分析，Ⅰ级钢筋强度设计值取210N/mm2，即流限强度的88%；Ⅱ级钢筋强度设计值取310N/mm2，为冶标流限强度的91%；Ⅲ级钢筋强度设计值取340N/mm2，为流限强度89%。其它种类钢筋，因无充分统计参数，只是按工程经验校核确定。
2.按工程经验校核确定钢筋强度设计值
工程经验校核是以原规范（JTJ220-87）的构件材料用量为基础，按照原规范与规范修订稿的轴拉构件承载力相等和用钢量维持历史水平的原则进行核算。轴拉构件承载力设计表达式：原规范KN1=AgRg修订稿γsN2=Asfy，fy=fyk/γg取N1=N2，得γg=Kfyk/γsRg式中：fy，fyk─修订稿中钢筋强度设计值及标准值，标准值沿用原规范的规定，取fyk=Rgb；γg─修订稿中钢筋材料分项系数；γs─荷载系数。取荷载效应比值ρ=2.5，作为原规范与规范修订稿的估算情况，则荷载系数γs=（1.2SGk+1.4SLK）/（SG+SL）=1.343；K─原规范中强度设计安全系数。例如：校核热轧I级钢筋强度设计值，按原规范的强度安全系数K=1.55，已知γs=1.343，Rg=Rgb=fyk=240N/mm2，代入γg的关系式得：γg=1.154，钢筋强度计算值fy=240/1.154=208N/mm2。根据校核结果与轴拉构件可靠度分析选定的强度设计值非常接近。因此确定热轧I级钢筋抗拉强度设计值fy为210N/mm2，相应的材料分项系数γg=1.15。规范修订稿中钢筋强度设计值的确定是考虑了可靠度分析的结果，并取两种校核计算值的平均值。钢筋的强度标准值仍沿用原规范的规定，并与（GBJ10-89）规范〔6〕钢筋强度标准值的取值原则一致：即对有明显物理流限的热轧钢筋，采用国家标准规定的屈服点；对无明显物理流限的钢筋，则采用国家标准规定的极限抗拉强度，但应指出，在构件承载力设计时，本规范取用0.8σb（σb为国家标准规定的极限抗拉强度）作为设计上取用的条件屈服点。受压钢筋的强度设计值仍沿用原规范的规定，以钢筋的应变εs′=0.002作为取值条件，按f′y=ε′sEs和f′y≤fy两个条件确定。
3.混凝土强度等级和强度标准值
3.1混凝土强度等级
规范修订稿，将原规范中混凝土标号的名称改为混凝土强度等级，并对试件标准尺寸及强度等级确定原则作了修改。修改后混凝土强度可定义为：按照标准方法制作和养护边长为150mm的混凝土试块，在28d龄期，用标准试验方法测得具有95%保证率的抗压强度。
3.2混凝土强度统计参数
规范修订稿中，混凝土强度的统计参数是根据《港工统标》编制组的数据，经过换算而求得。根据国内试验统计分析，150mm立方体试块混凝土强度μfc·cu与棱柱体试件混凝土强度μfc·pri的差异约为μfc·pri=0.76μfc·cu结构中混凝土的强度与标准条件下棱柱体试件混凝土强度有差别（由于材料的离散性、养护条件、受荷速度和过程等因素的影响），反映二者的差别，用K0表示，K0=fc·st/fc·pri《港工统标》编制组通过试验及统计分析得到K0的均值和变异系数。
可靠度分析结果
轴压构件可靠度分析的方法以及采用的荷载，统计参数同轴心受拉构件。由可靠度分析选定混凝土强度设计值，混凝土强度等级取C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C60，以及钢筋取Ⅱ级钢来进行分析计算。从计算结果表明；无论那一种混凝土强度等级、荷载效应比值及配筋量，可靠指标β值均超过《港工统标》对脆性破坏构件β=4.0的要求；配筋量的变化对β值的影响很小；与港工现行规范校核的β值相比基本持平。
结论
简而言之，根据钢筋混凝土构件承载力可靠度分析和工程经验校核的方法，确定钢筋和混凝土的强度设计值及其分项系数，为制订港口工程混凝土结构设计规范提供依据
参考文献
[1]《港口工程结构可靠度设计统一标准》编制组.港口工程结构可靠度[M].北京：人民交通出版社，2017.
[2]JTJ215-98，港口工程荷载规范[S].
[3]张静月，夏琪，王小平.港口工程混凝土结构可靠度分析及材料设计指标的确定[J].水运工程，2018，（4）：51～57.
论文作者:顾缬琴
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/16
标签：强度论文; 钢筋论文; 构件论文; 可靠论文; 混凝土论文; 荷载论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;