桥梁结构可靠度校准及极限状态设计总结课件

第六章

桥梁结构可靠度校准及极限状态设计第六章

桥梁结构可靠度校准及极限状态设计第六章桥梁结构可靠度校准及极限状态设计6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范主要内容6.3

全概率直接可靠度设计法第六章桥梁结构可靠度校准及极限状态设计6.2极限状态设计(6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范6.1基于可靠度理论的结构设计规范…16.1.1规范的作用

桥梁结构的建造过程包括：设计，构件制造，运输，建造，验收，使用，维修，撤除。

设计规范的作用是保证建造结构满足社会可接收的安全水平。

它是设计，建造，承包和投资人沟通交流的依据。投资人设计人承包人建造人规范6.1基于可靠度理论的结构设计规范…16.1.1规6.1基于可靠度理论的结构设计规范…26.1.2基于可靠度理论的设计规范GeneralPrinciplesonReliabilityforStructures(ISO2394:1998)1.国际标准2.中国规范建筑结构可靠度设计统一标准(GB50153—92)6.1基于可靠度理论的结构设计规范…26.1.2基6.1基于可靠度理论的结构设计规范…31.建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068—2001)2.公路结构可靠度设计统一标准(GB/T50283—1999)3.铁路结构可靠度设计统一标准(GB50216—94)4.水工结构可靠度设计统一标准(GB50119—94)5.港口结构可靠度设计统一标准(GB50158—92)6.1基于可靠度理论的结构设计规范…31.建筑结构可靠6.1.3规范的设计水平

水平Ⅰ:基于经验的确定性设计规范

水平Ⅱ:近似概率极限状态设计法（荷载抗力系数设计法）

水平Ⅲ:全概率直接可靠度设计方法

水平Ⅳ:全寿命设计方法。6.1.3规范的设计水平水平Ⅰ:基于经验的确定6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.2.1结构设计的目标式中,和目标可靠指标。,,分别是目标安全概率,目标失效概率，……………(1)……………(2)……………(3)

第三个公式是工程中常用的公式。6.2.1结构设计的目标式中,和目标可靠指标。,6.2.2目标可靠指标结构可靠———

最佳平衡点

———

经济确定[]考虑的因素：

①公众心理→=2.5-4.0。

结构很安全510-5结构安全510-4结构较安全510-3公众心里50年基准期失效率工程结构在设计基准期内公众能接受的失效概率6.2.2目标可靠指标结构可靠———最佳平衡点——6.2极限状态设计法法…3④社会经济承受力--经济越发达，[]越高。②结构重要性③结构破坏性质--脆性结构的[]应高于延性结构的[]

延性破坏--结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆。

脆性破坏--结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆。次要的房屋不严重三级一般的房屋严重二级重要的房屋很严重一级建筑物类型破坏后果安全等级建筑结构安全等级划分6.2极限状态设计法法…3④社会经济承受力--经济越发达，承认传统设计结构所具有可靠度的合理性，通过计算得出传统设计结构的可靠度水平，以该可靠度水平作为参考目标可靠水平，考虑使用经验和经济因素等确定目标可靠水平。校准法确定目标可靠指标的计算步骤（单一系数确定性设计法）

（1）明确设计表达式，由此确定简单荷载组合情况功能函数，明确各荷载、抗力的统计参数（均值系数和变异系数），活荷载效应与恒荷载效应比。校准法承认传统设计结构所具有可靠度的合理性，通过计算得出传统设（3）根据荷载、抗力标准值和其统计参数，确定其相应的荷载效应和抗力的均值和标准值。（4）根据功能函数和荷载效应和抗力的均值和标准值，采用验算点法确定结构可靠指标。

（2）假定活荷载效应标准值，由荷载效应比确定恒荷载效应标准值，由设计表达式确定抗力标准值。（5）对不同荷载效应比的结构可靠指标求均值，得到最终的结果。（3）根据荷载、抗力标准值和其统计参数，确定

已知一钢筋混凝土轴心受压构件在恒荷载FG

和活荷载FL作用下，其对应荷载效应分别为SG和SL。该构件按结构规范设计，假定活荷载与恒荷载效应比为，试标定该构件所具有的可靠指标。已知荷载和抗力的统计参数分别为:服从对数正态分布服从正态分布服从极值I型分布

例6.1

规范关于钢筋混凝土轴心受压构件的安全系数为已知一钢筋混凝土轴心受压构件在恒荷载FG解：

(1)确定结构极限状态对应的功能函数(2)假定活荷载标准值，并确定恒荷载和抗力标准值解：(1)确定结构极限状态对应的功能函数(2)假定(4)用JC法计算构件的可靠指标(3)确定个随机变量的的均值和标准差作业

对于例6.1，荷载效应比为时，试标定结构的可靠指标。(4)用JC法计算构件的可靠指标(3)确定个随机变量的的结构构件承载力极限状态的可靠指标[]（GB50068-2001）

中国建筑结构构件目标可靠度水平结构构件承载力极限状态的可靠指标[]（GB50068-20式中,为荷载效应均值；为结构抗力均值；为中心安全系数。6.2.3单一系数设计表达式基于随机变量均值单一系数设计表达式:R和

S服从正态分布情况R和

S服从对数正态分布情况式中,为荷载效应均值；为结构抗力均值；为中心安全系数。6.式中,是荷载效应的标准值；是结构抗力的标准值；是特征安全系数。基于随机变量标准值的单一系数设计表达式式中,是荷载效应的标准值；是结构抗力的标准值；是特征安全系数6.2荷载抗力系数设计法…12荷载效应均值、标准值和乘系数值的关系,荷载效应荷载均值荷载标准值荷载乘系数值p6.2荷载抗力系数设计法…12荷载效应均值、标准值和乘系结构抗力均值、标准值和乘系数值,抗力抗力均值抗力标准值乘系数抗力值p结构抗力均值、标准值和乘系数值,抗力抗力均值抗力标准值乘系6.2.4多系数设计表达式(荷载抗力系数法)特征抗力乘系数值总特征荷载效应乘系数值式中：构件荷载效应的特征值（标准值），

是荷载分项系数，是构件抗力的特征值（标准值），是抗力分项系数。荷载抗力系数法的表达式：6.2.4多系数设计表达式(荷载抗力系数法)特征抗力乘荷载抗力系数法的确定荷载抗力系数法的确定

6.2.5荷载抗力系数设计法规范设计表达式式中：

—

结构重要性系数；

—恒荷载分项系数；,—分别为第1个和i个可变荷载分项系数；—恒荷载效应标准值；—主导可变荷载效应标准值；6.2.5荷载抗力系数设计法规范设计表达式式中：——第i个可变荷载效应标准值；

—第i个可变荷载的组合系数；—结构构件的抗力函数；

—构件抗力分项系数；

—结构材料性能的特征值；

—构件几何参数的特征值。

在实际工程中，常应用第二个公式，因为恒荷载一般都是主要荷载。—第i个可变荷载效应标准值；—第i个可变荷6.2荷载抗力系数设计法…186.2.6荷载抗力系数的标定方法（3）对于各种构件在不同的荷载效应比值下，按所选定的各分项系数进行结构设计，所具有的可靠指标与目标可靠指标最为接近。1、荷载抗力系数的标定（1）同一作用对于各种构件受力类型具有相同的荷载分项系数，各个作用有各自的分项系数。（2）对于不同类型的构件有各自的抗力分项系数，对于同一种构件在任何荷载作用下，其抗力系数不变。标定原则：6.2荷载抗力系数设计法…186.2.6荷载抗力系6.2荷载抗力系数设计法…19（1）明确分析对象，已知荷载和抗力的统计参数与概率模型、荷载效应比、目标可靠指标和规范设计表达式。标定的步骤：（3）根据简单荷载工况和规范设计表达式可确定简单荷载工况下的极限状态设计表达式和极限状态方程。（2）根据分析工程结构的荷载特点，确定其荷载工况，并确定简单荷载组合工况。6.2荷载抗力系数设计法…19（1）明确分析对象，已知荷6.2荷载抗力系数设计法…20（4）采用优化的方法确定荷载分项系数。恒荷载有利情况，荷载分项系数.恒荷载不利情况，荷载分项系数.6.2荷载抗力系数设计法…20（4）采用优化的方法确定荷6.2荷载抗力系数设计法…21（5）采用最小二乘法确定抗力分项系数（6）按确定的荷载抗力系数计算设计表达式所具有的可靠度水平，检验是否满足精度要求。6.2荷载抗力系数设计法…21（5）采用最小二乘法确定抗标定的流程：开始

最小二乘法确定抗力系数否是

输出结果

目标可靠指标下抗力标准值

功能函数

多组荷载系数

最小二乘法确定抗力系数

确定简单荷载组合工况

设计表达式输入已知条件：随机变量的概率参数和分布类型，极限状态方程

给定荷载系数下抗力标准值

优化法确定荷载分项系数标定的流程：开始最小二乘法确定抗力系数否是输出结果目标验算点法求抗力的计算流程开始否

在处对非正态随机变量等效正态化计算敏感性系数是输入已知条件：可靠指标,随机变量的概率参数和分布类型,功能函数计算验算点:

假定随机变量初始取值:,输出结果验算点法求抗力的计算流程开始否在处对非正态随机6.2荷载抗力系数设计法…22基本思想就是采用荷载组合系数来保证多可变荷载作用时的可靠指标与单可变荷载作用时的可靠指标具有一致性。0.6风荷载为主要可变荷载的荷载工况0.7其它可变荷载工况2、荷载组合系数的标定6.2荷载抗力系数设计法…22基本思想就6.2荷载抗力系数设计法…23为了区别不同结构的安全等级提出，可通过结构重要性系数实现对不同安全等级结构目标可靠指标的调整。1.1重要结构0.9次要结构1.0一般结构2、结构重要性系数的标定6.2荷载抗力系数设计法…23为了区别不同6.3全概率直接可靠度设计法6.3全概率直接可靠度设计法定义：直接基于结构可靠度分析理论的设计方法。

应用对象：重大工程结构。简单示例已知结构构件的极限状态方程，以及荷载效应S和抗力R的统计参数，求抗力的标准值。S服从正态分布R服从正态分布统计参数统计参数定义：直接基于结构可靠度分析理论的设计方法。应用对象：重大桥梁结构可靠度校准及极限状态设计总结课件第六章

桥梁结构可靠度校准及极限状态设计第六章

桥梁结构可靠度校准及极限状态设计第六章桥梁结构可靠度校准及极限状态设计6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范主要内容6.3

全概率直接可靠度设计法第六章桥梁结构可靠度校准及极限状态设计6.2极限状态设计(6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范6.1基于可靠度理论的桥梁设计规范6.1基于可靠度理论的结构设计规范…16.1.1规范的作用

桥梁结构的建造过程包括：设计，构件制造，运输，建造，验收，使用，维修，撤除。

设计规范的作用是保证建造结构满足社会可接收的安全水平。

它是设计，建造，承包和投资人沟通交流的依据。投资人设计人承包人建造人规范6.1基于可靠度理论的结构设计规范…16.1.1规6.1基于可靠度理论的结构设计规范…26.1.2基于可靠度理论的设计规范GeneralPrinciplesonReliabilityforStructures(ISO2394:1998)1.国际标准2.中国规范建筑结构可靠度设计统一标准(GB50153—92)6.1基于可靠度理论的结构设计规范…26.1.2基6.1基于可靠度理论的结构设计规范…31.建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068—2001)2.公路结构可靠度设计统一标准(GB/T50283—1999)3.铁路结构可靠度设计统一标准(GB50216—94)4.水工结构可靠度设计统一标准(GB50119—94)5.港口结构可靠度设计统一标准(GB50158—92)6.1基于可靠度理论的结构设计规范…31.建筑结构可靠6.1.3规范的设计水平

水平Ⅰ:基于经验的确定性设计规范

水平Ⅱ:近似概率极限状态设计法（荷载抗力系数设计法）

水平Ⅲ:全概率直接可靠度设计方法

水平Ⅳ:全寿命设计方法。6.1.3规范的设计水平水平Ⅰ:基于经验的确定6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.2极限状态设计(荷载抗力系数设计法)6.2.1结构设计的目标式中,和目标可靠指标。,,分别是目标安全概率,目标失效概率，……………(1)……………(2)……………(3)

第三个公式是工程中常用的公式。6.2.1结构设计的目标式中,和目标可靠指标。,6.2.2目标可靠指标结构可靠———

最佳平衡点

———

经济确定[]考虑的因素：

①公众心理→=2.5-4.0。

结构很安全510-5结构安全510-4结构较安全510-3公众心里50年基准期失效率工程结构在设计基准期内公众能接受的失效概率6.2.2目标可靠指标结构可靠———最佳平衡点——6.2极限状态设计法法…3④社会经济承受力--经济越发达，[]越高。②结构重要性③结构破坏性质--脆性结构的[]应高于延性结构的[]

延性破坏--结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆。

脆性破坏--结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆。次要的房屋不严重三级一般的房屋严重二级重要的房屋很严重一级建筑物类型破坏后果安全等级建筑结构安全等级划分6.2极限状态设计法法…3④社会经济承受力--经济越发达，承认传统设计结构所具有可靠度的合理性，通过计算得出传统设计结构的可靠度水平，以该可靠度水平作为参考目标可靠水平，考虑使用经验和经济因素等确定目标可靠水平。校准法确定目标可靠指标的计算步骤（单一系数确定性设计法）

（1）明确设计表达式，由此确定简单荷载组合情况功能函数，明确各荷载、抗力的统计参数（均值系数和变异系数），活荷载效应与恒荷载效应比。校准法承认传统设计结构所具有可靠度的合理性，通过计算得出传统设（3）根据荷载、抗力标准值和其统计参数，确定其相应的荷载效应和抗力的均值和标准值。（4）根据功能函数和荷载效应和抗力的均值和标准值，采用验算点法确定结构可靠指标。

（2）假定活荷载效应标准值，由荷载效应比确定恒荷载效应标准值，由设计表达式确定抗力标准值。（5）对不同荷载效应比的结构可靠指标求均值，得到最终的结果。（3）根据荷载、抗力标准值和其统计参数，确定

已知一钢筋混凝土轴心受压构件在恒荷载FG

和活荷载FL作用下，其对应荷载效应分别为SG和SL。该构件按结构规范设计，假定活荷载与恒荷载效应比为，试标定该构件所具有的可靠指标。已知荷载和抗力的统计参数分别为:服从对数正态分布服从正态分布服从极值I型分布

例6.1

规范关于钢筋混凝土轴心受压构件的安全系数为已知一钢筋混凝土轴心受压构件在恒荷载FG解：

(1)确定结构极限状态对应的功能函数(2)假定活荷载标准值，并确定恒荷载和抗力标准值解：(1)确定结构极限状态对应的功能函数(2)假定(4)用JC法计算构件的可靠指标(3)确定个随机变量的的均值和标准差作业

对于例6.1，荷载效应比为时，试标定结构的可靠指标。(4)用JC法计算构件的可靠指标(3)确定个随机变量的的结构构件承载力极限状态的可靠指标[]（GB50068-2001）

中国建筑结构构件目标可靠度水平结构构件承载力极限状态的可靠指标[]（GB50068-20式中,为荷载效应均值；为结构抗力均值；为中心安全系数。6.2.3单一系数设计表达式基于随机变量均值单一系数设计表达式:R和

S服从正态分布情况R和

S服从对数正态分布情况式中,为荷载效应均值；为结构抗力均值；为中心安全系数。6.式中,是荷载效应的标准值；是结构抗力的标准值；是特征安全系数。基于随机变量标准值的单一系数设计表达式式中,是荷载效应的标准值；是结构抗力的标准值；是特征安全系数6.2荷载抗力系数设计法…12荷载效应均值、标准值和乘系数值的关系,荷载效应荷载均值荷载标准值荷载乘系数值p6.2荷载抗力系数设计法…12荷载效应均值、标准值和乘系结构抗力均值、标准值和乘系数值,抗力抗力均值抗力标准值乘系数抗力值p结构抗力均值、标准值和乘系数值,抗力抗力均值抗力标准值乘系6.2.4多系数设计表达式(荷载抗力系数法)特征抗力乘系数值总特征荷载效应乘系数值式中：构件荷载效应的特征值（标准值），

是荷载分项系数，是构件抗力的特征值（标准值），是抗力分项系数。荷载抗力系数法的表达式：6.2.4多系数设计表达式(荷载抗力系数法)特征抗力乘荷载抗力系数法的确定荷载抗力系数法的确定

6.2.5荷载抗力系数设计法规范设计表达式式中：

—

结构重要性系数；

—恒荷载分项系数；,—分别为第1个和i个可变荷载分项系数；—恒荷载效应标准值；—主导可变荷载效应标准值；6.2.5荷载抗力系数设计法规范设计表达式式中：——第i个可变荷载效应标准值；

—第i个可变荷载的组合系数；—结构构件的抗力函数；

—构件抗力分项系数；

—结构材料性能的特征值；

—构件几何参数的特征值。

在实际工程中，常应用第二个公式，因为恒荷载一般都是主要荷载。—第i个可变荷载效应标准值；—第i个可变荷6.2荷载抗力系数设计法…186.2.6荷载抗力系数的标定方法（3）对于各种构件在不同的荷载效应比值下，按所选定的各分项系数进行结构设计，所具有的可靠指标与目标可靠指标最为接近。1、荷载抗力系数的标定（1）同一作用对于各种构件受力类型具有相同的荷载分项系数，各个作用有各自的分项系数。（2）对于不同类型的构件有各自的抗力分项系数，对于同一种构件在任何荷载作用下，其抗力系数不变。标定原则：6.2荷载抗力系数设计法…186.2.6荷载抗力系6.2荷载抗力系数设计法…19（1）明确分析对象，已知荷载和抗力的统计参数与概率模型、荷载效应比、目标可靠指标和规范设计表达式。标定的步骤：（3）根据简单荷载工况和规范设计表达式可确定简单荷载工况下的极限状态设计表达式和极限状态方程。（2）根据分析工程结构的荷载特点，确定其荷载工况，并确定简单荷载组合工况。6.2荷载抗力系数设计法…19（1）明确分析对象，已知荷6.2荷载抗力系数设计法…20（4）采用优化的方法确定荷载分项系数。恒荷载有利情况，荷载分项系数.恒荷载不利情况，荷载分项系数.6.2荷载抗力系数设计