CN102419264A - 集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法，通过考虑集装箱使用年限的缺陷对集装箱房抗力分项系数及材料强度设计值的影响，从而设计出安全可靠的集装箱房。

Description

集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法

技术领域

本发明涉及一种集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法，尤其涉及一种在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法。

背景技术

作为集装箱使用前：在生产，加工，运输，装拆等过程中，结构不可避免会有初始缺陷的影响，表面可能会有裂纹，气泡，结疤，夹杂等。使用10年后的集装箱：在深改造，运输，开洞，装拆，海上风浪等等各种过程中，会出现波纹板凸凹，折叠，破洞，裂纹，表面粗糙，结疤，会有明显的一些腐蚀。

集装箱的使用年限一般定为10年左右，不需要大修，但是要用作集装箱房，国内的建筑物，按照二等情况定为使用50年，需要小修，必须注意耐久性的防护和适当加固措施，需要进行表面的清理，在表面涂刷防火，防水，防腐等等的涂料。因为各个构件的厚度都有所减小，势必会降低各个构件或整体的抵抗荷载能力。现有技术中，在构建集装箱房时，通常未考虑集装箱使用10年的缺陷影响，因此，集装箱房的抗力分项系数的确定直接关系集装箱房的材料强度设计值，现有技术在确定集装箱房的抗力分项系数时，未考虑集装箱使用年限对集装箱房抗力分项系数的影响，同时，也就未考虑到对材料强度设计值的影响，这将严重影响集装箱房的安全。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法，克服现有技术未考虑集装箱使用年限的缺陷对集装箱房抗力分项系数及材料强度设计值的影响，严重影响集装箱房的安全的技术问题。

本发明的技术方案是：构建一种集装箱房的抗力分项系数确定方法，包括如下步骤：

确定集装箱房的钢结构材料：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R；

确定集装箱房的抗力分项系数：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据公式

确定集装箱房的抗力分项系数；其中：γ′_R表示抗力分项系数；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数；β表示安全指标值。

本发明的进一步技术方案是：所述集装箱房的钢结构材料为Q345钢，则取平均的抗力统计参数δ_R＝0.131。

本发明的进一步技术方案是：考虑抗力随时间变化时，

其中，其中：γ_R表示抗力分项系数；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数，β表示安全指标值。

本发明的进一步技术方案是：当抗力标准值为正态分布时，取α₂＝2时，结构抗力标准值的保证率为97.73％。

本发明的技术方案是：构建一种集装箱房的材料强度设计值确定方法，包括如下步骤：

确定集装箱房的钢结构材料：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R；

确定集装箱房的材料强度设计值：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据材料强度设计值公式：

确定集装箱房的材料强度设计值；

其中：其中：γ′_R表示抗力分项系数；f_标准准值表示材料强度，Q345材料取345N/mm²；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为材料抗力统计参数；β表示安全指标值。

本发明的技术效果是：提供一种集装箱房的抗力分项系数确定方法及材料强度设计值确定方法，通过考虑集装箱使用年限的缺陷对集装箱房抗力分项系数及材料强度设计值的影响，从而设计出安全可靠的集装箱房。

附图说明

图1为本发明为本发明集装箱的可靠状态

图2为本发明确定抗力分项系数的流程图。

图3为本发明确定材料强度设计值的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。

如图1所示，集装箱房可靠性是保证结构在预定使用期限内满足设计预期的各种功能要求，有安全性、适用性、耐久性。结构能否完成各项功能的可靠性可以用极限状态来衡量，结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态

已有规范标准：按照国家可靠度标准进行取值，比如二级建筑50年的延性破坏下安全指标值就是3.2，一级建筑延性破坏下100年的安全指标值就是3.7；而对于Q345钢结构的抗力分项系数一般取为1.11，这些抗力分项系数和材料分项系数也都是标准固定的。以上这些标准固定的取值，是不能变化的，是根据统计平均得出的，是从整体角度出发的，如下表。

表1：用50年的安全等级规定

本发明中，集装箱大部分都是用于10年，然后根据本要求制成集装箱改造房，但是可能由于起初集装箱制作质量问题，在使用期间人为、外荷载破坏等问题，有些集装箱只用了1年，2年，3年，一直到10年，这个10年内都可能会被淘汰，需要研究这个时间段。集装箱改造房要用于永久性建筑，要求使用50年，对于集装箱房可靠度的相关计算中，本发明需要考虑集装箱在构建集装箱房时已经使用年限的问题。

如图2所示，本发明的具体实施方式是：构建一种集装箱房的抗力分项系数确定方法，包括如下步骤：

步骤100：确定集装箱房的钢结构材料，即：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。由于集装箱房的抗力分项系数与集装箱房的钢结构材料，因此，首先需要确定集装箱房的钢结构材料，然后获得集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。我国集装箱通常采用Q345钢结构，因此，本发明以Q345钢结构来确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。δ_R：属于材料抗力统计参数，对于Q345钢，见表2。

表2：Q345钢结构构件抗力的统计参数δ_R

本发明中，取平均值，δ_R＝0.131。

步骤200：确定集装箱房的抗力分项系数，即：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据公式

确定集装箱房的抗力分项系数；其中：γ′_R表示抗力分项系数；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数；β表示安全指标值。

具体过程如下：如果按照过往假定抗力不随时间而变化的情况下，则50年和60年等的抗力分项系数取值都没有变化。但是对结构实际情况的角度来说，有时对于一些结构性荷载可能会突然增大或随机的连续增大，那么从结构的尺寸和耐久性的设计就不够用了，同时抗力必然随着年限的增长而降低。因此本研究将根据抗力随时间变化的情况下，对集装箱改造房进行抗力分项系数的计算。

抗力不随时间而变化时，抗力R，k_R，δ_R都没有变化；当抗力随时间而变化时，根据国内外已有相关的形式：

根据可靠性原则和对于钢结构延性破坏安全等级为二级的情况下，结构已经先使用t₀年，再将继续使用T_C年，那么在结构所有使用期结束的时候，安全指标值应该等于结构基准期的安全指标值，一般我国基准期T_S都设为50年，不能对基准期年限进行改动：

[β(t₀+T_C)]＝[β(T_S)]＝β(50)            (1-2)

由可靠度的一次二阶矩总公式： $\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\μ}}_R-{\mathrm{\μ}}_S}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}---(1-3)$

由公式(1-3)展开得：

${\mathrm{\μ}}_R-{\mathrm{\μ}}_S=\mathrm{\β}\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}=\frac{{\mathrm{\β\σ}}_R^2}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}+\frac{{\mathrm{\β\σ}}_S^2}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}---(1-4)$

其中 ${\mathrm{\α}}_S=\frac{{\mathrm{\σ}}_S}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}$ 和 ${\mathrm{\α}}_R=\frac{{\mathrm{\σ}}_R}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}$ (1-5)

由公式(1-4)和(1-5)，再引入不等式号，得：

μ_S+α_Sβσ_S≤μ_R-α_Rβσ_R              (1-6)

S_K＝μ_S+α₁σ_S和R_K＝μ_R+α₂σ_R          (1-7)

引入变异系数 ${\mathrm{\δ}}_S=\frac{{\mathrm{\σ}}_S}{{\mathrm{\μ}}_S}$ 和 ${\mathrm{\δ}}_R=\frac{{\mathrm{\σ}}_R}{{\mathrm{\μ}}_R}$ (1-8)

S_K＝μ_S+α₁σ_S＝μ_S(1+α₁δ_S)和R_K＝μ_R+α₂σ_R＝μ_R(₁+α₂δ_R)    (1-9)

其中S_K和R_K分别为荷载效应和结构抗力的标准值。

公式(1-6)和(1-8)，(1-9)联合得：

$\frac{1+{\mathrm{\α}}_S\mathrm{\β}{\mathrm{\δ}}_S}{1+{\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\δ}}_S}\×S_K\≤\frac{1-{\mathrm{\α}}_R\mathrm{\β}{\mathrm{\δ}}_R}{1-{\mathrm{\α}}_2{\mathrm{\δ}}_R}\×R_K---(1-10)$

其中令 ${\mathrm{\γ}}_S=\frac{1+{\mathrm{\α}}_S{\mathrm{\β\δ}}_S}{1+{\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\δ}}_S},$ ${\mathrm{\γ}}_R=\frac{1-{\mathrm{\α}}_2{\mathrm{\δ}}_R}{1-{\mathrm{\α}}_R\mathrm{\β}{\mathrm{\δ}}_R}$

得出抗力分项系数采用公式： ${\mathrm{\γ}}_R=\frac{1-{\mathrm{\α}}_2{\mathrm{\δ}}_R}{1-{\mathrm{\α}}_R\mathrm{\β}{\mathrm{\δ}}_R}---(1-11)$

考虑抗力随时间变化情况下，抗力统计参数相应乘以衰减函数：

在计算集装箱房可靠度中，按照推导公式(1-12)进行计算

其中β：为安全指标值，根据表1，集装箱房钢结构的延性破坏情况，安全指标值β取3.2。

α_R：控制抗力参数，这个的取值来自《国际标准结构可靠性总原则》国际标准，取值如下表3所示，在国际标准中一般取0.8，

表3：标准化的α_R值

Xi	αR
		控制抗力参数	0.8
其它抗力参数	0.4×0.8＝0.32

抗力衰减函数，为取自李田，刘西拉编著的《混凝土结构的耐久性设计》一书。

α₂：当抗力标准值为正态分布时，通常取α₂＝2时，保证率为97.73％。

对于不随时间变化的材料强度标准值可表示：

f_{强度标准值}＝μ_{强度平均值}(1-1.645δ_变异系数)       (1-13)

随时间变化后的公式：

对于集装箱改造房来说，先使用了0～10年，这个衰减函数

的变化非常小，所以进一步简化为：

也就是说可以把随时间进行变化后的强度标准值看作一个随时间线性衰减的一次函数。则在如下中对抗力分项系数进行等效转化计算：

初始材料强度设计值公式：

因为通常都是材料强度标准值不变，所以我们对抗力分项系数再进行计算得：

如图3所示，本发明的具体实施方式是：构建一种集装箱房的材料强度设计值确定方法，包括如下步骤：

步骤300：确定集装箱房的钢结构材料，即：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。由于集装箱房的抗力分项系数与集装箱房的钢结构材料，因此，首先需要确定集装箱房的钢结构材料，然后获得集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。我国集装箱通常采用Q345钢结构，因此，本发明以Q345钢结构来确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R。δ_R：属于抗力统计参数，对于Q345钢，见表2。

表2：Q345钢结构构件抗力的统计参数δ_R

本发明中，取平均值，δ_R＝0.131。

步骤400：确定集装箱房的材料强度设计值，即：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据材料强度设计值公式：

由公式(1-16)，当考虑集装箱使用时间对集装箱房可靠性的影响时，得到：

因为通常都是材料强度标准值不变，所以我们对抗力分项系数再进行计算得：

将公式(1-17)代入，得到

确定集装箱房的材料强度设计值；

其中：其中：γ′_R表示抗力分项系数；f_标准值表示材料强度，Q345材料取345N/mm²；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，(单位为年，最多为76年)；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数；β表示安全指标值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种集装箱房的抗力分项系数确定方法，包括如下步骤：

确定集装箱房的钢结构材料：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R；

确定集装箱房的抗力分项系数：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据公式

确定集装箱房的抗力分项系数；其中：γ′_R表示抗力分项系数；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数；β表示安全指标值。

2.根据权利要求1所述集装箱房的抗力分项系数确定方法，其特征在于，所述集装箱房的钢结构材料为Q345钢，则取平均的抗力统计参数δ_R＝0.131。

3.根据权利要求1所述集装箱房的抗力分项系数确定方法，其特征在于，考虑抗力随时间变化时，

其中，其中：γ_R抗力分项系数；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；

为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数，β表示安全指标值。

4.根据权利要求1所述集装箱房的抗力分项系数确定方法，其特征在于，

当抗力标准值为正态分布时，取α₂＝2时，结构抗力标准值保证率为97.73％。

5.一种应用上述任一权利要求所述集装箱房的材料强度设计值确定方法，包括如下步骤：

确定集装箱房的钢结构材料：根据集装箱房的钢结构材料，确定集装箱房的钢结构构件抗力的统计参数δ_R；

确定集装箱房的材料强度设计值：在材料强度标准值不变，集装箱改造房再使用50年的情况下，根据材料强度设计值公式：

确定集装箱房的材料强度设计值；

其中：其中：γ′_R表示抗力分项系数；f_标准值表示材料强度，Q345材料取345N/mm²；α₂表示使抗力标准值得到保证率，取2时，保证率为97.73％；为抗力衰减函数，为

t表示集装箱在构建集装箱房时的使用年限，t≤76，单位为年；α_R为控制抗力参数，在国际标准中取0.8；δ_R为抗力统计参数；β表示安全指标值。

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