0lb[工学]第8章工程结靠度计算方法

1、中国矿业大学徐海学院中国矿业大学徐海学院建建筑筑与与安安全全工工程程系系主讲：主讲： 郑玉莹郑玉莹徐海学院徐海学院 第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系第八章第八章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法第一节第一节 可靠度的基本概念可靠度的基本概念第二节第二节 结构可靠度分析的实用方法结构可靠度分析的实用方法 一、中心点法一、中心点法 二、验算点法二、验算点法第三节第三节 结构体系的可靠度结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结

2、构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系一、结构的功能要求一、结构的功能要求 结构在规定的结构在规定的设计使用年限设计使用年限内应满足下列功能要求：内应满足下列功能要求：1 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用2 2、在正常使用时具有良好的工作性能、在正常使用时具有良好的工作性能3 3、在正常维护下具有、在正常维护下具有足够的耐久性足够的耐久性4 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性整体稳定性 1 1项、项、4 4项项 结构安全性的要

3、求结构安全性的要求 2 2项项 结构适用性的要求结构适用性的要求 3 3项项 结构耐久性的要求结构耐久性的要求 结构在结构在规定的时间规定的时间（设计使用年限）内，在（设计使用年限）内，在规定的条件下规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力完成预定功能的能力 结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久性结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久性8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 设计使用年限设计使用年限(d

4、esign working life)(design working life) 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的使用的时期按其预期目的使用的时期 即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限，如达不到这和正常维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因一环节上出现了非正常情况，应查找原因8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计

5、算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系gb500682001gb500682001规定：结构设计使用年限分类规定：结构设计使用年限分类类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）示示 例例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程

6、系系设计基准期设计基准期(design reference period)(design reference period)- -为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数规范所采用的设计基准期为规范所采用的设计基准期为5050年年 设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限足够的耐久性足够的耐久性- -指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。

7、从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下结构能从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。够正常使用到规定的设计使用年限。整体稳定性整体稳定性- -指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌部的损坏而不致发生连续倒塌8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系极限状态方程极限状态方程 基本变量基本变量: : 作用效应作用效应s s、结构抗力、结构抗力r -

8、 r - 随机变量随机变量 结构的功能函数结构的功能函数 z=gz=g( (r,sr,s)=)=r-sr-s 极限状态方程极限状态方程 z=gz=g( (r,s)=r-sr,s)=r-s= = 0 0 srz=r-s= 0z0可靠区可靠区 z00具有相当大的概率具有相当大的概率 或或 z z0 0 具有相当小的概率具有相当小的概率 结构完成预定功能的概率结构完成预定功能的概率p p s s= =p p ( (z z 0) 0) -可靠概可靠概率率 结构不能完成预定功能的概率结构不能完成预定功能的概率p p f f= =p p ( (z z0 ) 0 ) -失效概率失效概率 p p s s +

9、+p p f f =1 =1 p p f f =1- =1- p p s s 采用失效概率采用失效概率p p f f来度量结构的可靠度来度量结构的可靠度8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系四、结构可靠指标四、结构可靠指标 1z ( )zfz(0)fpp zz(0)spp zzo2z 8.1可靠度的基本概念zzz1可靠指标第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 与与p pf

10、f的数值关系的数值关系l可靠指标同样唯一反映结构可靠度，但不需知道可靠指标同样唯一反映结构可靠度，但不需知道各变量的确切分布函数，只需知道其统计参数就各变量的确切分布函数，只需知道其统计参数就可获得可靠性度量。可获得可靠性度量。 2.73.23.74.2pf3.5 10-36.9 10-41.1 10-41.3 10-5可靠指标可靠指标 与失效概率运算值与失效概率运算值p pf f的关系的关系8.1可靠度的基本概念第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系u 中心点法中心点法 只适用于基本变量为正态

11、分布、功能函数为线性的情况只适用于基本变量为正态分布、功能函数为线性的情况一、中心点法一、中心点法1 1、结构功能函数为线性函数、结构功能函数为线性函数iniixaaz10 根据概率论中心极限定理，当根据概率论中心极限定理，当n n，z z 近似服从正态分近似服从正态分布布 = = z z / / z z p p f f =1- =1- ( ( ) ) ixniizaa10 21)(ixniia u 验算点法（验算点法（jcssjcss建议）建议） 能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程 8.2结构可靠度分析的实用方法（自学.了解）第第8章章 工程

12、结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 = z / z p f =1- ( )iixnxiniixxxxxggz1,.,21nxxxzg,.,21nixiziixxg122 2、功能函数为非线性函数情况、功能函数为非线性函数情况nxxxgz,.,21 将将z z在各变量的均值点处展开成在各变量的均值点处展开成泰勒级数泰勒级数，并取线性项，并取线性项8.2结构可靠度分析的实用方法（自学.了解）第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安

13、全全工工程程系系二、验算点法二、验算点法（以两个正态基本变量（以两个正态基本变量r r、s s情况为例）情况为例） 多个正态基本变量情况多个正态基本变量情况 自学自学 多个非正态基本变量情况多个非正态基本变量情况自学自学8.2结构可靠度分析的实用方法（自学.了解）第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 结构构件结构构件( (包括连接）的可靠度包括连接）的可靠度 结构体系可靠度结构体系可靠度? ?一、基本概念一、基本概念1 1、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同）、结构构件的失效性质（根

14、据其材料和受力性质不同） 脆性构件脆性构件 - -一旦失效立即完全丧失功能的构件一旦失效立即完全丧失功能的构件 延性构件延性构件- -失效后仍能维持原有功能的构件失效后仍能维持原有功能的构件 构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同2 2、结构体系的失效模型、结构体系的失效模型 组成结构的方式（静定、超静定）组成结构的方式（静定、超静定） 构件失效性质（脆性、延性）构件失效性质（脆性、延性） 串联模型、并联模型、串串联模型、并联模型、串- -并联模型并联模型8.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结

15、构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系（1 1）串联模型）串联模型 若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统统 串联模型串联模型 所有静定结构的失效分析所有静定结构的失效分析 串联模型串联模型 由脆性构件做成的超静定结构的失效分析由脆性构件做成的超静定结构的失效分析 串联模型串联模型pppss桁架杆件桁架杆件8.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 若构件中有一个或一个以上的构件

16、失效，剩余的构若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能排架柱排架柱 所有超静定结构的失效分析所有超静定结构的失效分析 并联模型并联模型（2 2）并联模型）并联模型8.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系(3)(3)串串并联模型并联模型在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，则这类结构系统不限于一种，则这类结构系统 串串

17、- -并联模型并联模型刚架刚架截面塑性铰元件截面塑性铰元件152341115552444332124513452348.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系nifiniifpxpp11111finifiniinifppxppmax, 1min, 1min, 1)1 (11nififfinippp1max, 1111 1、串联系统、串联系统元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立元件（元件（n n个）工作状态完全相关个）工作状态完全相关一般串联系统失效概率一般

18、串联系统失效概率p pf f 对于静定结构，结构体系的可靠度总对于静定结构，结构体系的可靠度总构件的可靠度构件的可靠度8.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系2 2、并联系统、并联系统 元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立nifiniifpxpp11finiinifpxpp, 1, 1minminfinifnifippp, 11min 元件（元件（n n个）工作状态完全相关个）工作状态完全相关 一般并联系统失效概率一般并联系统失效概率p pf f8.3结构体系的可靠度第第8章章 工程结构可靠度计算方法工程结构可靠度计算方法荷载与结构设计方法荷载与结构设计方法-郑玉莹郑玉莹建建筑筑与与安安全全工工程程系系 对超静定结构对超静定结构 当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于（等于（ ）构件的可靠度）构件的可靠度 当结构的失效形态不唯一时，结构每一失效形态对应的当结构