工学第8章工程结构可靠度计算方法

第八章工程结构可靠度计算方法第一节可靠度的基本概念第二节结构可靠度分析的实用方法一、中心点法二、验算点法第三节结构体系的可靠度一、结构的功能要求

结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用2、在正常使用时具有良好的工作性能3、在正常维护下具有足够的耐久性4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性

1项、4项

结构安全性的要求

2项

结构适用性的要求

3项

结构耐久性的要求

结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），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§8.1可靠度的基本概念

设计使用年限(designworkinglife)——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——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§8.1可靠度的基本概念GB50068—2001规定：结构设计使用年限分类类别设计使用年限（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§8.1可靠度的基本概念设计基准期(designreferenceperiod)--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50年

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--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。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。整体稳定性--指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌§8.1可靠度的基本概念极限状态方程基本变量:作用效应S、结构抗力R--随机变量结构的功能函数Z=g(R,S)=R-S

极限状态方程Z=g(R,S)=R-S=

0

SRZ=R-S=

0Z>0可靠区Z<0

失效区0§8.1可靠度的基本概念三、结构的可靠度

定义--结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率

结构可靠性的概率度量

结构可靠度是以正常设计、正常施工、正常使用为条件的，不考虑人为过失的影响。人为过失应通过其他措施予以避免。§8.1可靠度的基本概念

结构可靠度的度量

结构可靠度满足Z>0具有相当大的概率或Z<0具有相当小的概率

结构完成预定功能的概率P

s=P(Z

0)--可靠概率

结构不能完成预定功能的概率Pf=P(Z<0)--失效概率

P

s+Pf=1→Pf=1-P

s

采用失效概率Pf来度量结构的可靠度§8.1可靠度的基本概念四、结构可靠指标β§8.1可靠度的基本概念β与Pf的数值关系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可获得可靠性度量。

2.73.23.74.2pf3.510-36.910-41.110-41.310-5可靠指标

与失效概率运算值pf的关系§8.1可靠度的基本概念

中心点法

~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

根据概率论中心极限定理，当n

，Z近似服从正态分布

=

z/

z

Pf=1-(

)

验算点法（JCSS建议）

~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）

=

z/

z

Pf=1-(

)将Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项§8.2结构可靠度分析的实用方法（自学.了解）二、验算点法（以两个正态基本变量R、S情况为例）多个正态基本变量情况——自学多个非正态基本变量情况——自学§8.2结构可靠度分析的实用方法（自学.了解）

结构构件(包括连接）的可靠度

结构体系可靠度?一、基本概念1、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同）

脆性构件--一旦失效立即完全丧失功能的构件

延性构件--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2、结构体系的失效模型

组成结构的方式（静定、超静定）

构件失效性质（脆性、延性）

串联模型、并联模型、串-并联模型§8.3结构体系的可靠度（1）串联模型若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统~串联模型

所有静定结构的失效分析~串联模型

由脆性构件做成的超静定结构的失效分析~串联模型PPPSS桁架杆件§8.3结构体系的可靠度~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排架柱

所有超静定结构的失效分析~并联模型（2）并联模型§8.3结构体系的可靠度(3)串—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不限于一种，则这类结构系统~串-并联模型刚架截面塑性铰元件15234111555244433212451345234§8.3结构体系的可靠度1、串联系统▲元件（n个）工作状态完全独立▲元件（n个）工作状态完全相关▲一般串联系统失效概率Pf

对于静定结构，结构体系的可靠度总≤构件的可靠度§8.3结构体系的可靠度2、并联系统

元件（n个）工作状态完全独立

元件（n个）工作状态完全相关

一般并联系统失效概率Pf§8.3结构体系的可靠度

对超静定结构

当结构的失效形态唯一时，结构体系的