地下结构可靠度与耐久性基本概念及举例

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity《隧道与地下结构可靠度》课程第二讲结构可靠度的基本概念龚伦副教授主要内容一、结构可靠性与可靠度定义二、极限状态和极限状态方程三、承载能力和正常使用极限状态四、设计基准期五、结构失效概率定义六、结构可靠指标定义七、可靠指标与安全系数八、可靠指标与分项系数九、概率极限状态设计的基本条件基本概念数学期望(均值)方差数学期望与方差的运算标准差相关系数变异系数可靠指标与可靠度可靠指标与安全系数极限方程与功能函数基本概念1数学期望(均值)μ(x)离散型连续型基本固概念2方锣差ν(x稠)离教散巨型连邪续睛型基垃本沉概双念3标准硬差σ(x骗)协加方拨差C命o当v浊(苹x)基迷本秩概驱念4相关姻系数ρ基本扎概念5变异少系数δ可靠乎指标β可湿靠毁度P受s失效侄度P睡fs辈o泉u属t赌h兄w女e初s居t豆j劈燕I地a低o味t商o主n摊g私w肉n旱I讲v女e颈r为s颤I真t方y一赔、进结华构溪可鉴靠牛性敲与驼可税靠乔度沸定压义西南题交通搂大学So易ut处hw瘦es云tJ腐i亲a挥o件t醒o陆n逼gU扇n做i晋v该e孩r岗s生i虹t花y工程亮结构说的性能味指标有3个：1）安榜全游性妹：结终构肢承厨受筝正亮常造施往工钳和权正察常白使位用押时廉可翁能甲出骄现承的贤各予种腊“逮作锋用碰”零的知能艳力帽，半和腥在货偶扔然钓事谨件侮（屋如查冲旅击洲、介爆筹炸届等杏）乓发蛮生捡时讯和要发元生栽后握仍岩能服保壳持愉必通要热的酿稳趣定肉性公的都能逃力励。2）适今用秋性户：结游构幕在疲正劈燕常趋使江用槽条倦件墓下畜能午满若足滤预橡定肺使蒙用之要渔求浸的敏能溪力巴；3）耐善久碎性态：结构化在正编常维碰护条房诚件下全，不属致因半材料搁性能澡随时离间退勺化而击出现弦不可桐接受德的失把效概词率的传能力缺。结构浇可靠念性：领结构岸在规丘定的湿时间较内，桑在规裁定的塔条件脉下，犹完成泉预定晶功能识的能传力。一般强来说牌，结额构应炎满足淹下列遇各项抽功能矛要求蔽：1、可控靠性劝定义能帆承喘受得在磨正妥常虾施砌工标和炉正疫常合使锯用嘱期绍间筛可仇能片出园现酒的税各况种匙作品用潜（购荷慈载剑）窃；在赶正政常围使乘用据时山，率结疼构感及率其垦组录成熔部兄件灭具眠有巨良街好先的匹工卖作合性搭能梢；在屋正杨常锯维悉护忆下炕具火有核足头够质的五耐越久块性语；在发沈生规奇定的狭偶然怨事件旺情况委下，兼结构岩能保滨持必拖要的苍整体敬稳定责性。结构怀可靠磁度：仔结构胃在规填定的距时间孔内，距在规腊定的坚条件他下，着完成抵预定秀功能煮的概召率(Z≥0没)，记球为Ps。不箭能完啄成预格定功这能的搭概率转，即盟失效坚概率车，记发为Pf。2、可和靠度直定义规定糠的时即间：指允分既析箩结圣构线可仙靠仆度植考绞虑店各祝项箩基置本闹变班量掌与恼时傻间盾所竞取色用眯的腿时救间男参洒数取，茄称完为如设服计充基举准禾期删；规撕定隶的组条本件栗：指刻结颈构粘设什计倘时煤所摧确拣定揭的零正脉常敌设扰计僵、贩正兆常火施周工喇和裳正虾常英使疲用塞的闭条梳件重；预定绕功能覆：是指着上述皂的四傻项功侦能，剥完成挠各项腔功能缺的标虑志用格“极梁限状寸态”轰来衡惭量。1）招在奥结葬构皇可抄靠里性城分排析凭或尖设烫计唤所肢涉之及夸的各纵种猪参半数中勒，佩选齐择占那待些馋必带须莲按商随咏机亚变做量码处蜜理罪的基本螺变量，话确币定灯它广们隐的概果率孟分湖布（包帖括分腿布类混型和生统计丽参数川；2）根狮据设辨计要陵求满欺足的各项田功能，确蜻定由泄基本蠢变量卡或其秩它确烦定性幸变量兼构成俘的功能翼函数，得冒到相午应的极限粒状态绢方程，进档而计阶算结笨构的可捞靠矛概费率悬或他失塔效狸概烛率；3）对途各种不同洋结构，相矛应于循不同贿的极封限状宪态，最规定允许樱的失典效概亩率或筛可靠焰概率，执以咸此皇作斑为铃考衫察驶结凤构可耐靠寄与闷否的卸终抢极棍目虫标活或谣设和计扫的帝出驱发瘦点选。3、解岁决的电问题s枪o讽u过t封h抹w芳e委s殿t以j智I丙a州o烧t吸o帝n域g夹w怖n搜I说v蛮e旺r齐s过I垫t魔y二其、幸极判限忍状善态向和两极箭限桂状蝇态参方莲程西南琴交通钥大学S腐o千u德t使h愚w英e爱s像tJi迁ao吨to截ngUn礼iv需er胡si系ty我奔国《工冰程喷结编构餐可鸟靠鞋度研设赢计铁统笨一馒标钳准》将极限荣状态傻划分：1）拣承乐载怎能拖力云极唉限崭状铁态从；2）妈正治常错使苗用邪状忠态捞极疯限平状触态末；3）裁条诸件戴极确限夜状册态割（辱连盾续阅倒蚕塌激极遮限境状府态摊）盘。1、极任限状摩态定袋义结错构所功者能模的极错限财状聋态：整馋个结吐构或乖结构溪的一乎部分缸超过兔某一企特定庆状态键就不乖能满溉足设母计规条定的耐某一仔功能蓄要求匀，此生特定捞状态祝称为歇该功苦能的骑极限翠状态岂。如：音将作陆用方坝面的耐基本兔变量纸组合敢成综并合作伏用效怒应S，膜抗垮力锣方住面竭的肠基醒本诸变耳量宁组然合穿成污综融合冈抗馋力R，则扬结构姑功能率函数Z=R-S。2、刷极更限券状选态颜方严程结顿构宏功晨能塞函尸数醋：长在距进披行毫结社构覆可益靠搜度绿分柜析队和召设山计秤时誓，舒应善针株对意所侮要骗求舞的恒结屡构繁各犁种山功懂能馋，嫩把梳这样些醋有饮关肾因女素将作仙为假“织基沸本拍变纯量珍”X1，X2，…，Xn描述节结构丙功能罚的函回数Z姜=石G怪(X1，X2，…，Xn)。Z困=厦R愿-拜S>0，表铅明结弃构处挑于可支靠状掉态；Z勺=气R觉-绘S度=增0，僻表怒明爷结语构肾处绘于粒极泄限斗状鬼态；Z=山R-办S<进0，茅表再明屡结杠构滤处今于恢失鸭效围或拜破升坏。极却限锅状符态敬方唇程久为驳：s嘴o蝇u换t摸h谨w鸦e食s希t意j厉I巷a植o洗t降o桌n幻玉g盐w碧n鞋I源v奶e冲r阶s严I孩t岛y三、般承载塘能力伞和正仇常使玩用极恒限状不态西孝南乱交指通蛛大母学S宗o生u袜t佛h象w直e才s释tJi击ao息to录ngUn聚iv度er叹si栽ty1、烂承肾载砍能吨力亭极孔限金状虾态承洗载削能摔力想极碍限争状帖态贴：悟结穗构麻或写结鸡构昨的烫构仪件脊达温到躲最防大窗承耽载般能耀力不或验出弱现荣不惨适砌于据继凯续邀承形载壁的逗变殃形称的么极么限莲状订态膨。该状剥态直拆接关棋系到沉结构竭的安炎全与警否，粪任何姐工程姥结构夺均需关做承护载能谈力极泡限状昆态的锁设计芦。且厕要求啊其出朱现的橡失效件概率愈相当俱低。结构童承载德能力滨极限刮状态闪设计界可采毁用下并列分魂项系假数的漏表达津式：1、承线载能扁力极灶限状抹态当斑结神构怪或耽结唯构偶构轧件单出富现种下高列敌状镜态垦之扫一拌时哈，警应殊认型为黑超睡过巩了蛮承消载狠能璃力胶极哲限沙状瘦态冶：整个超结构苍或构遥件的差一部拔分作喂为刚朴体失铅去平积衡（盐如倾菜覆、仍滑移饿等）登；结构委构件讯或联椅结部跌因材础料强收度不睡够而列破坏将（包蝇括疲剑劳破窜坏）酒，或扣因过贪度变帖形而身不适谜于继寇续承威载；结构盼转变龙为机免动体碧系；结柜构铜或护结茅构查构宝件装丧敲失盏稳魂定茫（渔如艘压恋屈卧等撇）蔽。2、正宁常使桂用极群限状鼠态正燃常盖使刑用当极园限矿状召态凭：赞结解构尾或默结械构厉构偿件素达喉到采正添常全使厦用诊或厅耐铺久笑性饮的铃某咳项剩规惊定闪限佳值蹈，夫因进涉娃及赶结耕构蓬的时工掌作饼条防件禾和清耐源久权程遥度蚊，疾需宁要稻做槐正茂常胁使掠用犁极纽奉限逆状潜态麻设胸计绞。结菠构萝正按常洁使椅用盛极曲限爽状疮态膏设刊计个可劫采丙用秒下衫列绝极夜限凉约狗束恶设性计掉表必达誉式家：当葬结趟构领或显结貌构亿构扮件赛出杀现对下雀列晌状职态召之聪一躲时岛，慨应冲认域为财超想过篇了止正猜常再使光用棉极疏限担状箭态束：结胡构歌正衰常迷使沉用器或晒外策观剂的急变栋形桂；结爆构嚼正养常丈使昏用梳或偶耐曲久霞性削能遭的疲局谷部职损掠坏虚（买包太括班裂燥缝尘）毅；结纲构作正匹常闹使精用腰的虎振疑动枝；结筝构膜正哪常煌使离用迁的幻玉其隔他蜡特城定胀状趋态剃。2、旺正衰常价使葵用饼极苏限帐状激态s左o妇u栋t览h场w拳e堪s邀t曾j拜I卵a胡o君t京o早n命g锡w迁n哥I渣v鼓e掠r侍s茧I汽t决y四、库设计损基准蜂期西南红交通彼大学S中o洒u择t帅h膛w巴e棵s臣tJ并i草a球o舍t厕o生n紫gU蹈n支i党v绕e吧r饰s酒i逝t返y设计洲基准雹期：毅工程贼结构敬预期养的从岩建成冻到破序坏所桃经历遥的时练间，繁单位萌为年贸。使撑用叨寿程命脆：谷工许程投结略构敲的威实耐际粒使恨用拜时午间予。剩余师寿命偏：建栽筑物浇使用聋一段苦时间朱后，命经检效查、生鉴定蜘，允追许继艳续使薯用期叶限。工程周结构务的使留用寿烟命是拜已经锤使用够的时米间与拐剩余炉寿命稻之和忧。1、定雷义规范等对春不同纳结构醋做了换相应呜的设娇计基境准期币要求诊，如50年、1茅0赤0年等将。设晨计浸基觉准伐期治是罪结跑构掀可航靠共度春分历析拌的温一名个却参作考纽奉时号间细坐闭标怀，范可舍参咐考泽结努构小的男使悠用欧寿誓命覆的蓝要奏求难适娘当梅选虹定。但属不能泻将设叹计基乏准期附简单惨地理叉解为虎结构将的使意用寿界命，突两者舞是有寻联系拦的，绑然而绕不全猜等同雨。当固结毫构春的着使概用近年紧限蝴超攀过窄设宵计早基拌准异期害时习，涂表萝明号它做的概失晃效猴概楚率另可嚷能颂会喜增脆大牌，叮不扔一咱定阳能她保航证慈其圾目刺标存可芬靠头指党标渡，内但茎不泊等疯于衔结臣构金丧镜失库所睁要榨求弹的辟功捏能流或碎报席废馋。2、设适计基翅准期思确定s劈燕o侧u扮t植h淡w跨e老s杀t冲j羊I味a御o艘t寨o肃n或g岂w士n顷I拥v够e感r将s扶I鬼t掉y五烧、托结疗构块失眠效送概号率拨定春义西池南狡交机通邻大姜学S送o核u赚t悼h箱w巨e养s秤tJi捉ao叫to漂ngUn各iv捧er赛si困ty结秃构愁或栏结渔构版构溜件醋完追成霞预胳定砌功捷能激（Z≥尘0）蛙的惹概辫率渐称系为厌可雀靠勇概马率液，可亦误称迫可壶靠土度驳（Ps）却；此不恨能漆完驾成片预猛定艘功男能承（Z你<粱0）的罢概率并，称社为失尤效概焰率（Pf）。功咽能胳函仙数演仅返与你作校用融效序应S（由亡结构舞上的蓄作用缎而引您起的窄各种弓内力趋、变振形等烦）和故结构杂抗力赞（结导构抵搬抗破牛坏或酬变形骂等的逢能力叶，如蛾极限划内力捷、极麻限强泰度、绕刚度螺以及枣抗滑备力、驰抗倾廊覆力雕矩等贫）两赢个基黎本变果量有踏关，双则结完构承挽载能跳力的退功能载函数物为：1、两步个基落本变扬量的抄极限洽状态紧功能桌函数相吩应牙的示极传限魔状伤态贩方献程污为膛：根服据R、S的走概阔率购分走布释为谁正五态怖或性对庆数述正武态喇分位布辜：R、S均毕服舒从危正美态市分倘布谋，狭且陡相会互拣独庭立寻；假设R、S均愁服倚从耕对怀数粘正渡态友分鹿布胀，供且狐相丝式互保独山立半；当R、S属于赛其它阅概率第分布嗓，且厚相互纸独立何。多个耀基本镜变量xi的饱功疫能彻函扒数浴为棚：2、慕多优个维基斥本仓变防量指极石限奔状仙态凑功璃能辛函问数s毁o榆u播t繁h镰w员e伪s因t映j贩I富a啦o福t望o猫n里g战w屑n谱I买v起e纪r匀s销I煌t芝y六、缘瑞结构滥可靠跌指标依定义西南制交通煮大学S鲁o均u绕t雅h澡w猴e顿s娇tJi欺ao担to俯ngU绒n滚i带v谱e培r诉s肥i飞t攻y结构忌可靠套指标屡与其令失效卧概率识有直滥接的蹦关系蛮。下填面说音明两吐者的幻玉关系粘：1、结秧构可狡靠指扔标与慢计算吊方法假爸设锐相章应胡的思统废计押参浮数幕平宏均涌值晌、靠标证准堆差拿均咏已匆知毒，暮结失构套的背失泳效佳状页态筐为伍：则滥失咸效趴概黎率Pf为五：1）R、S均甲为观正苦态彻分鲜布弦随虚机称变壳量你，懂且唱相科互结独溜立β称争为荒结榴构齿可师靠洲指俭标板，争是锋功师能呜函致数俭的并均爸值袍与刮功姿能境函骆数捧标探准极差凳之话比费。阳它留与涌失篇效爹概悼率颗一浸样胶，留可油以迅描绑述锐结购构纠可贡靠执程钓度傻，李还衰可占以关用驴大有于会零老的复无绿量掠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