《结构可靠性分析》第1章 绪论

第一章绪论

工程结构1.1引言工程结构的设计步骤结构设计计算的两个方面2/3/20231东南大学一、工程结构的定义

工业与民用建筑

公路、铁路水利工程2/3/20232东南大学二、工程结构的设计步骤选择合理的结构方案和型式根据选定的结构型式设计结构或构件的截面2/3/20233东南大学三、结构设计计算的两个方面如何使结构的力学分析日趋完善如何合理地选择影响结构安全的参数2/3/20234东南大学图1.1结构可靠性设计

2/3/20235东南大学1.2工程结构可靠性概念

工程结构的功能

结构的可靠性

设计使用年限

设计基准期2/3/20236东南大学在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用一、工程结构的功能在正常使用时具有良好的工作性能

在正常维护下具有足够的耐久性能在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性2/3/20237东南大学结构可靠性：结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。二、结构的可靠性2/3/20238东南大学类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构表1.1设计使用年限分类三、设计使用年限2/3/20239东南大学四、设计基准期设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数

《建筑结构可靠度设计统一标准》规定：设计基准期为50年

2/3/202310东南大学1.3极限状态和极限状态方程

极限状态的定义和分类承载能力极限状态正常使用极限状态偶然状况的处理极限状态方程2/3/202311东南大学一、极限状态的定义和分类整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规范所要求的某一项功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定承载能力极限状态正常使用极限状态2/3/202312东南大学二、承载能力极限状态整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡结构构件或连接因为超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因为过度变形而不适于继续承载结构转变为机动体系结构或结构构件丧失稳定（如压屈）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）2/3/202313东南大学三、正常使用极限状态影响正常使用或外观的变形影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）影响正常使用的振动变形影响正常使用的其他特定状态

2/3/202314东南大学四、偶然状况的处理采用下列原则之一按承载能力极限状态进行设计：

允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。

按作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力2/3/202315东南大学五、极限状态方程极限状态方程是当结构处于极限状态时各有关基本变量的关系式。它可用下式表示：Z＝g（X1,X2,…,XN）=0（1-1）式中：Xi（i=1,2,…,n）为基本变量Z＝g（·）称为结构的“功能函数”或“功效函数”

2/3/202316东南大学一个只有两个基本变量的线性问题，对于承载能力极限状态，若令R为结构抗力，S为作用综合效应，则极限状态方程（1-1）可写为：

Z＝g（R,S）=R-S＝0（1-2）若：Z＝R-S>0，结构处于可靠状态；若：Z＝R-S＝0，结构处于极限状态；若：Z＝R-S<0，结构处于失效状态。例1.2/3/202317东南大学1.4结构可靠度发展和研究概况

结构设计方法的演变结构可靠度研究概况2/3/202318东南大学一、结构设计方法的演变

古代时期的设计方法

容许应力法

破损阶段法极限状态法2/3/202319东南大学2.容许应力法要求结构构件在使用期内，截面上任何一点的应力不得超过某一容许应力值。其表达式为：

σ≤[σ]=f/K式中：f为结构的材料性能，K为安全系数。2/3/202320东南大学3.破损阶段法破损阶断法计算时，主要考虑材料的弹塑性性能。

以受弯构件为例，其一般表达式为

M≤Mp/K式中：Mp——截面破损时的抵抗弯矩K——构件强度总安全系数M—标准荷载作用下的截面弯矩。2/3/202321东南大学4.极限状态法ΣniNib≦φ(m，kh，Rhb，mgkgRgb，s，…)式中：ni――

过（超）载系数Nib――标准荷载产生的内力m，mg――

结构构件或钢筋的工作系数K，kg――匀质系数Rhb,Rgb――混凝土及钢筋的标准强度S――截面几何特征当时的极限状态法一般设计表达式为：2/3/202322东南大学以概率理论为基础的极限状态设计法按发展阶段和精确程度分为3个水准：

水准Ⅰ－半概率法水准Ⅱ－近似概率法水准Ⅲ－全概率法2/3/202323东南大学二、结构可靠度研究概况

1983年完成了《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）的编制工作。1997年开始修订《建筑结