工程结构可靠性设计第一讲

结构可靠性分析

---第一讲授课重点第一讲工程结构可靠性概念；

极限状态；

可靠度研究概况

第二讲我国可靠度相关标准的编制介绍；

数理统计基础回顾

第三～五讲工程结构荷载及其统计分析授课重点第六讲结构抗力的统计分析；

第七～八讲结构可靠度分析实用方法

第九～十讲目标可靠度；

概率可靠度设计的实用表达式绪论一、工程结构

钢、木、砖石、混凝土及钢筋混凝土等建造的工业与民用建筑的承重结构，公路和铁路的桥梁、涵洞、港口工程的码头，水利工程的堤坝、渡槽、水闸，给水排水构筑物的水池、水管等，统称为工程结构。二、工程结构的设计步骤（分两步）

第一步：调查研究，分析对比，在满足预定功能的条件下，进行可行性分析，选择合理的结构总体布置、结构方案和型式；

第二步：根据选定的结构型式，设计结构各构件的截面和可行的施工方案。（主要包括结构或构件截面内力或应力分析，根据截面的内力或应力，选择截面尺寸，确定材料用量等，即：结构计算。绪论三、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可靠性的参数（1）结构可靠性一般理论（2）结构体系可靠性（3）结构动力可靠性（4）结构疲劳可靠性（5）岩土工程可靠性（6）已有工程的可靠性鉴定（7）……五、结构可靠度研究(82～92年期间)（1）对已开展研究的进一步深入（2）结构模糊可靠度的研究（3）随机有限元与动力可靠度（4）结构抗震可靠度（5）基于可靠度的结构优化设计（6）结构施工期和老化期可靠度（7）……五、结构可靠度研究(新热点)绪论六、结构的可靠性和经济性绪论七、结构可靠性和安全性的关系可靠性安全性适用性耐久性（2）在正常使用时具有良好的工作性能。（3）在正常维修和养护下，具有足够的耐久性。（1）能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用。（4）在偶然事件发生时及发生后，能够保持必要的整体稳定性。衡阳大厦倒塌1层为现浇混凝凝土梁柱框架，，预应力混凝土土预制板（局部部现浇板）。用用作营业（但改改为仓库）砌体墙无局部芯芯柱，构造柱无无胡子筋梁体混凝土质量量不良，箍筋不不足最小保护层厚度度不够安全性不足导致致的灾难燃气爆炸炸整体稳定定性的重重要性1980年5月月的一个个上午，，西柏林会会议厅的的马鞍形形壳顶突突然倒塌塌。悬索支承承薄壳屋屋面，壳壳板混凝凝土采用用混凝土土。破坏的起起因是由由于拱与与壳板交交接处裂裂缝开展展，不断断渗水，，终于导导致钢筋筋锈蚀，，悬索断断裂，引引起世界界震惊的的倒塌事事故。维也纳帝帝国桥，系1937年，，由于桥墩墩底部混混凝土浇浇灌不良良，内部部浸水，，经过反反复冻融融，混凝凝土裂缝缝不断扩扩大，而而镶面石石又未产产生异常常，因而而未能及及时发现现，以致致于1976年年8月三跨突然然全部倒倒塌。耐久性问问题的重重要性，，不仅有有损适用用性的下下降，严严重的会会导致重重大安全全事故绪论七、与结结构可靠靠性相关关的概念念结构的可可靠性：：……能能力。结构的可可靠度：：……概概率。关系：可可靠度是是可靠性性的概率率度量。。规定条件件：正常常设计、、正常施施工和正正常使用用极限状态态：也称称为界限限状态。。……规定时间间：即设设计基准准期。并不唯一一！设计基准准期设计基准准期是为为确定可变作用用及与时间间有关的的材料性能能取值而选用的的时间参参数类别设计基准期（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表1.1设设计基基准期年年限分类类现在的结结构是否否比远古古建筑更更可靠？？经典建筑筑，巧夺夺天工－－――赵赵州桥，，某些古古塔赵州桥（（拱，受受压，石石块，优优点的发发挥）；；古塔（（筒中筒筒）大浪淘沙沙，更多多的建筑筑消失了了。不同心理理下对于于可靠性性的要求求是否一一样？彩票中奖奖住房倒塌塌结构设计计方法的的演变1.古代时期期的设计计方法2.容许应力力法3.破损阶段段法4.极限状态态法容许应力力法要求结构构构件在在使用期期内，截截面上任任何一点点的应力力不得超超过某一一容许应应力值。。其表达式为：σ≤[σ]=f/K破损阶段法破损阶断法计算时时，主要考虑材料料的弹塑性性能。。以受弯构件为例，，其一般表达式为为：M≤Mp/K极限状态法ΣniNib≦φ(m,kh,Rhb,mgkgRgb,s,…)式中：ni―过（超）载系数m，mg―结构构件或钢筋的的工作系数K，kg―匀质系数设计表达式为：按发展阶段和精确确程度分为3个水水准：水准Ⅰ－半概率法水准Ⅱ－近似概率法水准Ⅲ－全概率法5.以概率理论为为基础的极限状态态设计法钢筋混凝土结构设设计方法的演变容许应力设计法———单系数法破损阶段设计法———单系数法极限状态设计法———三系数法近似概率设计法———多系数法几种方法优缺点比比较随机过程概率模型半随机过程模式全随机过程模式随机变量概率模型水准I

－半概率模式水准II－近似概率模式水准III－全概率模式正态分布变量对数正态分布变量当量正态分布变量极限状态函数用随机变量的均值值（一阶矩）来描描述用随机变量的均值值和方差（前二阶阶矩）来描述，称称为“一次二阶矩法””极限状态的定义和和分类整个结构或结构的的一部分超过某一一特定状态，就不不能满足设计规范范所要求的某一项项功能要求，此特特定状态称为该功功能的极限状态。《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极限状态的分类，，各国可能不同。。国际有占主流的分分类方式。我国结构可靠度研研究概况1984年出版了《建筑结构设计统一一标准》（GBJ68-84）83年完成编制工作。。76年开始课题研究，，79年下达任务。1997年开始修订《建筑结构设计统一一标准》，于2001年批准了国家标准准《建筑结构可靠度设设计统一标准》（GB50068-2001）。1992年出版了《工程结构可靠度设设计统一标准》（GB50153－92）1992年出版了《港口工程结构可靠靠度计统一标准》（GB50158－92）1994年出版了《水利水电工程结构构可靠度计统一标标准》（GB50199－94）1994年出版了《铁路工程结构可靠靠度计统一标准》（GB50216－94）1999年出版了《公路工程结构可靠靠度计统一标准》（GB/T50283－99）一、承载能力极限限状态整个结构或结构的的一部分作为刚体体失去平衡结构构件或连接因因为超过材料强度度而破坏（包括疲疲劳破坏），或因因为过度变形而不不适于继续承载结构转变为机动体体系结构或结构构件丧丧失稳定（如压屈屈）地基丧失承载能力力而破坏（如失稳稳等）二、正常使用极限限状态影响正常使用或外外观的变形影响正常使用或耐耐久性能的局部破破坏（包括裂缝））影响正常使用的振振动变形影响正常使用的其其他特定状态极限状态承载能力极限状态态正常使用极限状态态（1）变形（2）裂缝（3）振动（4）其他特定状状态（1）强度破坏；；过度变形（2）失去平衡（3）变为机动（4）丧失稳定超过正常使用极限限状态的后果一般般不如超过承载能能力极限状态的后后果严重，因此允许出现前者的概概率高于出现后者者。安全性适用性、耐久性如何描述结构的工工作状态？用函数表示函数是关于作用效效应和结构抗力的的关系式该函数称为“功能能函数”功能函数S——作用用效应；R——结构构抗力。Z=g(S,R)———功能函函数。极限状态方方程极限状态方方程是当结结构处于极极限状态时时各有关基基本变量的的关系式。。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”一个只有两两个基本变变量的线性性问题，对对于承载能能力极限状状态，若令令R为结构构抗力，S为作用综综合效应，，则极限状态方方程（1-1））可写为：：Z＝g（R,S）=R-S＝＝0（1-2））若：Z＝R-S>0，结构构处于可靠靠状态；若：Z＝R-S＝0，结构处处于极限状状态；若：Z＝R-S<0，结构构处于失效效状态。例1.作用效应S为随机变量结构抗力R为随机变量功能函数Z为随机变量不可能保证证Z永远≥≥0理论上证明了了结构的可靠靠性只能用概概率度量，能能否完成预定定功能是一个个概率问题。。为什么要复习习概率论知识识？结构可靠性问问题之所以产产生，主要是是由于结构基基本变量本身身存在的一系系列的不确定性（或称随机性性）。为了研究和处处理结构的不不确定性，对对结构可靠性性进行分析和和评定，并为为结构设计制制定明确的设设计准则，概概率论提供了了数学依据。概率论基本概概念随机试验、随随机事件的概概念，事件的计算频率和概率的的含义、