本发明涉及一种承载力不确定性分析方法，具体的说是一种基于统计实验数据的混凝土构件承载力变异系数分析方法，属于结构可靠度分析技术领域。
背景技术：
材料强度的离散性确实是造成构件承载力差异的因素之一，当其处于绝对主导地位时，可以成为校准材料分项系数的主要因素，特别是当缺少构件承载力的试验研究数据时。当几何参数偏差的因素已经在构件承载力的设计公式中予以考虑时，该因素同样也可以不作为构件承载力的不确定性因素，《混凝土结构设计规范》和《工程结构可靠性设计统一标准》gb50153似有这类规定。该因素一般用αk表示。可能是因为实际执行时存在着困难，这一做法并未在混凝土结构的设计中实际使用。
模型不定性主要是指由构件承载力的实际力学关系rreal与规范采用的构件承载力设计公式中的基本公式rmod之间差异造成偏差。此处用σmod或δmod表示这种偏差。
通常，规范的基本公式rmod在描述构件承载力时都要明显的低于构件的实际力学关系rreal。这里所说的基本公式，显然不含明确表示出的分项系数和安全系数，也不考虑使用材料强度的标准值，但包括隐含在公式中的一些折减系数和刻意降低取值的一些参数。规范采取这种措施显然是合适的，原因是试验条件与结构构件的实际情况会存在不一致之处。
但是在校准分项系数时把人为降低rmod造成的δmod也计入不确定性因素之中，虽然偏于保守，但似乎不太合理。这样分析得到的不确定性数值是模型偏差δmod与真正的构件承载力不确定性因素变异系数δun的混合体。
当缺乏构件承载力的试验数据时，这样的分析似乎是可以的。例如有侧移框架柱抗力模型的分析属于此类情况。有侧移框架柱在地震中典型的破坏发生在柱的两端，在这个部位，弯矩最大、轴向力和剪力也相对较大。但是《混凝土结构设计规范》似缺乏针对这种情况的设计公式。调查分析表明，这类构件的试验数据极少。
当具有足够多的试验数据，在计算不确定性因素δun时，应该尽量减小模型不定性δmod的影响。
承载力的不确定性因素(可以用承载力的不确定性变异系数δun暂时表示)是指原因不确定或知道原因但不能在承载力模型中定量考虑的因素。这种不确定因素是客观存在的，反映当前结构的研究对混凝土构件承载力影响因素认识的程度。例如，采用相同材料制成的相同尺寸的构件，在相同的条件下进行承载力的检验，检验结果肯定是不同的。这就是本课题提出的构件承载力的不确定性因素的雏形。当不同强度材料制成的不同尺寸的同类构件，用同一模型描述其承载力时，模型计算的承载力与构件实际的承载力肯定存在差异。这种差异就构成了本课题所称的承载力的不确定性因素。
同类构件承载力的不确定性因素，可以通过对一定数量构件的试验数据进行精心的分析做出估计。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于统计实验数据的混凝土构件承载力变异系数分析方法，用以解决混凝土构件承载力的不确定性分析问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
基于统计实验数据的混凝土构件承载力变异系数分析方法，包括如下步骤：
步骤(1)：物理模型的建立与形成，包括如下步骤
步骤(1.1)：规范构件承载力设计公式n(x)
采用《混凝土结构设计规范》(gb50010-2010)中的各混凝土构件承载力公式；
步骤(1.2)：设置基本公式nmod(x)
所述的基本公式是：将上述承载力公式中的分项系数或安全系数均设为1.0，设置钢筋混凝土构件稳定系数为1.0，将材料强度标准值转换成相应的实际值，但保留隐含在基本公式中的各种折减系数和降低了的参数原型；
步骤(1.3)：设置物理模型nphy
基于实验数据，对步骤(1.2)中的基本公式进行修正，结合实际破坏类型，通过调节混凝土及钢筋强度调整系数，使得承载力实测值与新建物理模型计算值比值的均值mξ,n从大于1.0的方向尽量趋近于1.0，方差sξn取得较小值，将nmod(x)转化成物理模型nphy。
步骤(2)：确定承载力的不确定性变异系数δun,n
采用构件承载力物理模型nphy对批量构件承载力的试验结果ntest进行分析，用ntest和nphy比值ξ的样本均值mξ,n衡量两者之间的符合程度；其中，nphy中各系数的调整目标使mξ从大于1.0的方向尽量趋近于1.0，sξn取得较小值。
试验结果与物理模型值的比值用下式计算：
ξi＝ntest,i/nphy,i
每组样本数据的样本均值采用下式计算：
n——样本的容量；
样本标准差用下式计算：
构件承载力不确定性的变异系数用下式计算：
δun,n＝sξ,n/mξ,n。
进一步地，所述步骤(1.1)中的各混凝土构件承载力公式包括：简支构件抗弯承载力公式、受弯构件抗剪承载力公式、轴压混凝土构件承载力公式、小偏压柱承载力公式、大偏压柱承载力公式或受拉构件承载力公式。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
采用本发明的方法能够有效减小承载力的不确定性变异系数中模型不定性因素，能够弥补单纯采用材料性能分项系数的不足。具有很好的应用和规范指导作用。
附图说明
图1为ξi的分布直方图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1：轴压构件承载力变异系数分析方法
本发明的基于统计实验数据的混凝土构件承载力变异系数分析方法，包括如下步骤：
步骤(1)：物理模型的建立与形成，包括如下步骤
步骤(1.1)：规范构件承载力设计公式n(x)
《混凝土结构设计规范》(gb50010-2010)：
式中：n——轴向压力设计值；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值；
f′y——纵向钢筋抗压强度设计值；
a——构件截面面积；
a′s——全部纵向普通钢筋的截面面积；
步骤(1.2)：设置基本公式nmod(x)
所述的基本公式是：将分项系数或安全系数均设为1.0，设置钢筋混凝土构件稳定系数为1.0，将材料强度标准值转换成相应的实际值，但保留隐含在基本公式中的各种折减系数和降低了的参数原型。
nmod(x)的表述形式见式:
式中：nmod——轴向承载力基本值；
fcu——混凝土立方体抗压强度值；
f′ys——纵向钢筋抗压强度值；
a——构件截面面积；
a′s——全部纵向普通钢筋的截面面积；
步骤(1.3)：设置物理模型nphy
基于实验数据，对基本公式(2.1-2)进行修正，公式中直接采用混凝土构件的立方体抗压强度实测值，结合实际破坏类型，通过调节混凝土及钢筋强度调整系数，使得轴压承载力实测值与新建物理模型计算值比值的均值mξ,n从大于1.0的方向尽量趋近于1.0，方差sξn取得较小值。将nmod(x)转化成(2.1-3)物理模型nphy：
式中：nphy——轴向承载力校准值；
fcu——混凝土立方体抗压强度实测值；
λ0——混凝土抗压强度调整系数；
f′ys——纵向钢筋抗压强度实测值；
λ1——钢筋抗压强度调整系数；
a——构件截面面积；
a′s——全部纵向普通钢筋的截面面积。
统计分析表明：当λ0＝0.65,λ1＝0.90、λ0＝0.70,λ1＝0.90、λ0＝0.75,λ1＝0.90、λ0＝0.80,λ1＝0.90、λ0＝0.80,λ1＝1.00时达到修正目的，mξ取最小值为1.013。
步骤(2)：确定承载力的不确定性变异系数δun,n
采用构件承载力物理模型nphy对批量构件承载力的试验结果ntest进行分析，用ntest和nphy比值ξ的样本均值mξn衡量两者之间的符合程度。nphy中各系数的调整目标使mξ从大于1.0的方向尽量趋近于1.0，sξn取得较小值。
下面以hrbf500钢筋混凝土柱轴压试验数据为例详细说明：
钢筋混凝土轴心受压柱，宽b＝200mm，高h＝200mm，柱高l＝1400mm，实测混凝土立方体强度35.6mpa,实测钢筋强度294.5mpa，实测钢筋面积为1356.0mm2试验测得的该构件的承载能力为ntest＝1510.0kn。根据式(2.1-1)计算结果如下：
根据式(2.1-3)，经过反复试算，取λ0＝0.65，λ1＝0.90计算结果如下：
ntest＝1510.0kn
样本试验值与物理模型值的比值用式(2.2-1)计算：
ξi＝ntest,i/nphy,i
(2.2-1)
得ξi＝ntest,i/nphy,i＝1510.0/1498.56＝1.0076
由上述例子进行每组样本数据进行样本均值用式(2.2-2)计算：
n——样本的容量；
得mξn＝1.013；
样本标准差用式(2.2-3)计算：
得sξ,n＝0.1028
构件承载力不确定性的变异系数用式(2.2-4)计算：
δun,n＝sξ,n/mξ,n(2.2-4)
得δun,n＝sξ,n/mξ,n＝0.1028/1.0131＝0.1015
作出mξ,n的分布直方图如附图1所示。
统计指标如下表2.2-1。
表2.2-1
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。