既有钢结构鉴定评估研究现状（四）
第二，节点缺陷。既有钢结构节点在结构施工阶段和服役期间，由于施工误差、施工质量、环境作用以及遭受外力作用等，不可避免地存在缺陷及损伤。节点缺陷及损伤会降低节点的刚度，《考虑节点损伤的钢框架结构分析模型》基于断裂力学基本原理，通过对存在焊缝裂纹的刚性梁柱栓焊节点的分析，推导了裂纹有效长度和有效深度的计算公式，获得了存在损伤的刚性连接节点的M θ关系，计算结果表明，有节点损伤对结构内力分析影响显著。栓焊节点除可能焊缝裂纹外，还可能存在未焊透、夹渣和气孔等，这些因素对刚性节点受力性能的影响尚需研究。另外，广泛应用的端板节点也可能存在缺陷或／及损伤，如螺栓滑动、螺杆变形、高强螺栓松动等，如何建立这些缺陷损伤与节点刚度之间的关系尚需研究。
第三，结构整体缺陷。节点整体缺陷包括建筑结构不均匀沉降、节点几何位置误差、构件几何位置误差和建筑结构整体倾斜等。《地基不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响》应用有限元软件ANSYS研究了基础不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响，该文献将结构的柱脚和支座均简化为固定端，通过在不同支座处施加给定位移模拟的方法分析地基基础不均匀沉降的影响。对支座施加强迫位移模拟其对上部结构影响方法并不合理，因为该方法未考虑地基基础的抗拉性能和抗压性能的不一致，计算分析模型中应具体考虑两者的不同。节点几何位置误差、构件几何位置误差和建筑结构的整体倾斜等缺陷，可采用有限元法按照实际检测数据建模并分析计算。
2.数理统计理论在既有结构鉴定中的应用研究
实际既有钢结构检测时，通常采用抽样检测的方法来推断既有钢结构构件、节点及结构的状态。抽样检测得到的数据是不完备的，而且抽样检测数据只能准确描述已测构件或节点，未测构件或节点理论上就存在着主观不确定性，即未测构件或节点的特征参数具有随机性。解决上述既有钢结构检测数据中不确定性的有效方法就是数理统计理论。
在数理统计领域存在两大学派，一个是经典学派，一个是贝叶斯学派。经典学派认为，未知参数仅仅是一个未知参数，所有信息来自样本。而贝叶斯学派认为，在抽取样本之前，对未知参数已经有了一定的认识，这些认识构成先验信息，可以充分利用。ISO2394—1998基于上述两种方法分别给出了恒荷载作用标准值、材料强度标准值以及抗力标准值计算公式和计算参数取值。我国规范《民用建筑可靠性鉴定标准》和《工程结构可靠性设计统一标准》也借鉴参考国外规范给出了相关计算公式，其中《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292—1999）采用经典统计推断方法，给出的公式较为单一，仅仅给出标准差未知这种情形下的统计推断公式；《工程结构可靠性设计统一标准》 GB50153—2008 采用上述两种方法给出了计算公式和计算参数，但存在将两种方法混淆的情形，如该规范附录D3.2给出的公式是基于经典统计推断方法，但给出的参数却是基于贝叶斯统计方法获得的。除荷载作用参数、抗力参数需应用数理统计理论外，既有结构缺陷参数也需应用数理统计理论，如构件几何缺陷、构件锈蚀厚度、节点整体几何位置偏差等，但这些统计推断方法，现有规范均未给出。总之，我国规范关于数理统计理论在既有结构检测评定中的应用方面尚不完善。
数理统计理论除用于既有结构检测数据统计推断外，还可用于指导建立随机不确定性模型。既有钢结构由于检测数据的不完备性，未测构件及节点存在主观不确定性，此时采用确定性模型显然是不合理的，而采用不确定性模型描述更为恰当。建立既有钢结构不定性模型的最好方法是蒙特卡罗随机有限元法，蒙特卡罗随机有限元法的主要思路是首先根据特征参数服从的分布形成试验样本，将得到的试验样本引入到结构有限元模型中，通过对产生的一系列不同参数的有限元模型分别进行计算，得到一系列相应的计算数据，通过对数据进行统计分析，得到相应的计算参数。目前采用蒙特卡罗随机有限元法建立不确定性模型，通常只考虑一种缺陷损伤的随机性，尚需研究考虑多种随机缺陷损伤不确定性的计算模型。
3.既有结构构件重要性判定研究
构件重要性是指构件在结构整体体系中的重要程度。构件重要性概念已应用于结构抗倒塌设计、在建结构监测以及既有结构检测鉴定与加固工程之中。实际工程结构检测鉴定中，由于检测对象的构件通常数量众多，对所有构件进行检测鉴定工作量巨大且不实际，现行检测鉴定规范通常将构件分为一般构件和重要构件，并分别采用抽检方法来减少检测工作量。在构件安全性评定中，检测鉴定规范也将构件分为一般构件和重要构件分别进行评定。目前，国内外对构件重要性判定的研究较多，并取得了一定的研究成果。构件重要性判定方法众多，其分类原则也有多种。按照研究及应用领域可划分为检测鉴定领域中的构件重要性判定方法、抗倒塌研究领域的构件重要性判定方法；按照计算方法的定量定性关系可分为主观定性分析法、客观定量计算法；按照是否考虑荷载作用影响也可分为不考虑荷载作用的判定方法和考虑荷载作用的判定方法。
不同构件重要性分析判定方法的主要特点如下：
一是主观定性分析法。包括经验判定法和层次分析法两种。实际工程结构检测鉴定中，通常采用经验判定法来划分构件重要性等级。所谓经验判定法是指通过结构工程经验和概念分析确定构件的重要性，但经验判定法带有主观性和不确定性，构件重要性划分结果往往因人而异，为了规避个人风险，重要构件比例往往过于保守。为减少经验判定法的主观性和不确定性，数学中的层次分析法被引入到构件重要性判定中，层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法，该方法使传统的经验分析法操作更加规范，张誉、季征宇、顾祥林和郑华彬采用层次分析法 AHP法 给出了构件的相对重要性关系。层次分析法中部分指标仍依赖于专家经验，无法避免主观性的缺陷，该方法适合于常规结构，对大型复杂结构，由于传力路径的复杂，该方法的有效性受到限制。（待续）
□罗永峰 罗立胜
第三，结构整体缺陷。节点整体缺陷包括建筑结构不均匀沉降、节点几何位置误差、构件几何位置误差和建筑结构整体倾斜等。《地基不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响》应用有限元软件ANSYS研究了基础不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响，该文献将结构的柱脚和支座均简化为固定端，通过在不同支座处施加给定位移模拟的方法分析地基基础不均匀沉降的影响。对支座施加强迫位移模拟其对上部结构影响方法并不合理，因为该方法未考虑地基基础的抗拉性能和抗压性能的不一致，计算分析模型中应具体考虑两者的不同。节点几何位置误差、构件几何位置误差和建筑结构的整体倾斜等缺陷，可采用有限元法按照实际检测数据建模并分析计算。
2.数理统计理论在既有结构鉴定中的应用研究
实际既有钢结构检测时，通常采用抽样检测的方法来推断既有钢结构构件、节点及结构的状态。抽样检测得到的数据是不完备的，而且抽样检测数据只能准确描述已测构件或节点，未测构件或节点理论上就存在着主观不确定性，即未测构件或节点的特征参数具有随机性。解决上述既有钢结构检测数据中不确定性的有效方法就是数理统计理论。
在数理统计领域存在两大学派，一个是经典学派，一个是贝叶斯学派。经典学派认为，未知参数仅仅是一个未知参数，所有信息来自样本。而贝叶斯学派认为，在抽取样本之前，对未知参数已经有了一定的认识，这些认识构成先验信息，可以充分利用。ISO2394—1998基于上述两种方法分别给出了恒荷载作用标准值、材料强度标准值以及抗力标准值计算公式和计算参数取值。我国规范《民用建筑可靠性鉴定标准》和《工程结构可靠性设计统一标准》也借鉴参考国外规范给出了相关计算公式，其中《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292—1999）采用经典统计推断方法，给出的公式较为单一，仅仅给出标准差未知这种情形下的统计推断公式；《工程结构可靠性设计统一标准》 GB50153—2008 采用上述两种方法给出了计算公式和计算参数，但存在将两种方法混淆的情形，如该规范附录D3.2给出的公式是基于经典统计推断方法，但给出的参数却是基于贝叶斯统计方法获得的。除荷载作用参数、抗力参数需应用数理统计理论外，既有结构缺陷参数也需应用数理统计理论，如构件几何缺陷、构件锈蚀厚度、节点整体几何位置偏差等，但这些统计推断方法，现有规范均未给出。总之，我国规范关于数理统计理论在既有结构检测评定中的应用方面尚不完善。
数理统计理论除用于既有结构检测数据统计推断外，还可用于指导建立随机不确定性模型。既有钢结构由于检测数据的不完备性，未测构件及节点存在主观不确定性，此时采用确定性模型显然是不合理的，而采用不确定性模型描述更为恰当。建立既有钢结构不定性模型的最好方法是蒙特卡罗随机有限元法，蒙特卡罗随机有限元法的主要思路是首先根据特征参数服从的分布形成试验样本，将得到的试验样本引入到结构有限元模型中，通过对产生的一系列不同参数的有限元模型分别进行计算，得到一系列相应的计算数据，通过对数据进行统计分析，得到相应的计算参数。目前采用蒙特卡罗随机有限元法建立不确定性模型，通常只考虑一种缺陷损伤的随机性，尚需研究考虑多种随机缺陷损伤不确定性的计算模型。
3.既有结构构件重要性判定研究
构件重要性是指构件在结构整体体系中的重要程度。构件重要性概念已应用于结构抗倒塌设计、在建结构监测以及既有结构检测鉴定与加固工程之中。实际工程结构检测鉴定中，由于检测对象的构件通常数量众多，对所有构件进行检测鉴定工作量巨大且不实际，现行检测鉴定规范通常将构件分为一般构件和重要构件，并分别采用抽检方法来减少检测工作量。在构件安全性评定中，检测鉴定规范也将构件分为一般构件和重要构件分别进行评定。目前，国内外对构件重要性判定的研究较多，并取得了一定的研究成果。构件重要性判定方法众多，其分类原则也有多种。按照研究及应用领域可划分为检测鉴定领域中的构件重要性判定方法、抗倒塌研究领域的构件重要性判定方法；按照计算方法的定量定性关系可分为主观定性分析法、客观定量计算法；按照是否考虑荷载作用影响也可分为不考虑荷载作用的判定方法和考虑荷载作用的判定方法。
不同构件重要性分析判定方法的主要特点如下：
一是主观定性分析法。包括经验判定法和层次分析法两种。实际工程结构检测鉴定中，通常采用经验判定法来划分构件重要性等级。所谓经验判定法是指通过结构工程经验和概念分析确定构件的重要性，但经验判定法带有主观性和不确定性，构件重要性划分结果往往因人而异，为了规避个人风险，重要构件比例往往过于保守。为减少经验判定法的主观性和不确定性，数学中的层次分析法被引入到构件重要性判定中，层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法，该方法使传统的经验分析法操作更加规范，张誉、季征宇、顾祥林和郑华彬采用层次分析法 AHP法 给出了构件的相对重要性关系。层次分析法中部分指标仍依赖于专家经验，无法避免主观性的缺陷，该方法适合于常规结构，对大型复杂结构，由于传力路径的复杂，该方法的有效性受到限制。（待续）
□罗永峰 罗立胜
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