结构可靠度分析论文

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《结构可靠度》课程论文学院工程技术学院专业土木工程年级2008级学号222008322252084姓名刘海林指导老师索老师成绩2011年5月15日 利用结构可靠度分析核电站的弊【摘要】：全世界的科技日新月异，尤其是在国防军事、核武器领域明争暗斗。然而，在当代能源危机的紧急形势下，各国把注意力转向清洁能源——核能源。发达国家技术成熟，大量修建核电站，中国也不例外。然而一旦处理不妥当，核泄漏就会对人、动物等严重危害，甚至影响几十年。利用不考虑随机变量概率分布的一次二阶矩法或考虑随机变量概率分布的JC法分析核电站发生的概率、修建核电站的结构稳定性等，使核泄漏的危害降到最低，最大限度的为人类的发展起促进作用。【关键词】：核电站危害可靠度及分析结构抗力（R）荷载效应（S） 核电厂是高能量、少耗料的电厂，核燃料的能量密度非常高。例如一座核电站每年只需烧掉100吨核燃料，而同样功率的火力发电站每年烧掉的煤碳要上千万吨，煤炭应该是宝贵的化工原料，是一次利用资源，烧掉就没是有了；其次一座核电站几乎不排放有害气体，而同样的火力发电站每年会排放数百万吨二氧化碳和二氧化硫，极大地造成环境污染。同时核电厂也是特殊核燃料生产厂，核燃料在反应堆内燃烧不仅能产生高能量的热，而且在此过程中还能使一部分铀238或钍转化为新的可裂变燃料，一部分铀或钍加工处理后可重新用作核燃料入堆使用。使自然界中的铀、加工处理后可重新用作核燃料入堆使用；还有大多数国家核电成本低于火电，维修成本也比较低，对环境也污染较小。核电站经过了四个时代的发展，目前世界各国都在不同程度上开展第四代核电能系统的基础技术和学课的研发工作。第四代核电能系统包括三种快中子反应堆系统和三种热中子反应堆系统：　　第四代核能系统代号中子能谱燃料循环钠冷快堆系统(SodiumCooledFastReactorSystem)SFR快闭式铅合金冷却快堆系统(LeadAlloy-CooledFastReactorSystem)LFR快闭式气冷快堆系统(Gas-CooledFastReactorSystem)GFR快闭式超高温堆系统(VeryHighTemperatureReactorSystem)VHTR热一次超临界水冷堆系统(SupercriticalWaterCooledReactorSystem)SCWR热和快一次／闭式熔盐堆系统(MoltenSaltReactorSystem)MSR热闭式然而，事物都有利有害。1986年4月26日发生在乌克兰苏维埃共和国境内的切尔诺贝利核电站核泄漏事故，该电站第4发电机组爆炸，核反应堆全部炸毁，大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。辐射危害严重，导致事故后前3个月内有31人死亡，之后15年内有6-8万人死亡，13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨，方圆30公里地区的11.5万多民众被迫疏散。为消除事故后果，耗费了大量人力物力资源。为消除辐射危害，保证事故地区生态安全，乌克兰和国际社会一直在努力。 结构的可靠度是建筑物在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；正常使用时具有良好的工作性能、足够的耐久性、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。在早期修建切尔诺贝利核电站的时候，运用结构可靠度的原理结构的功能函数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Ps=P(Z³0)--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。Ps+Pf=1→Pf=1-Ps采用失效概率Pf来度量结构的可靠度。结构可靠指标b：若R~N(mR,sR)，S~N(mS,sS)，且R、S相互独立ÞZ=R-S~N(mz,sz)，mz=mR-mS，s2z=s2R+s2S令结构可靠度的中心点法：结构功能函数为线性函数 â功能函数为非线性函数情况将Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项Þb=mz/szÞPf=1-f(b)结构可靠度分析建立的结构可靠与不可靠的界限，称为极限状态。我国将极限状态分为承载能力极限状态(包括条件极限状态)和正常使用极限状态两类。承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形；正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值；条件极限状态也称破坏－安全极限状态，对应于已局部出现破坏的结构的最大承载能力。结构的极限状态可用下列极限状态方程描述：  极限状态方程------------（1）式　　式中：xi（i=1,2,…,n）－基本变量，是指结构上各种作用或作用效应、材料性能、几何参数等. 其中，结构的功能函数或功效函数为：  结构的功能函数------------（2）式对于承载努力极限状态，若令R为结构抗力，S为作用综合效应，则（1）式可写成：  极限状态方程2------------（3）式式中：Z>0，结构处于可靠状态；Z<0，结构处于失效状态；Z=0，结构处于极限状态。若Z的概率密度函数或概率分布函数都可求得，则出现各种状态的概率就可求得。可靠度与失效概率：根据结构的极限状态和功能函数可得结构的可靠度(即可靠概率)Pr和失效概率Pf：  可靠度　　  失效概率由概率论知：  失效概率和可靠度的互补关系 R、S常用的概率分布有两类：R、S均服从正态分布，两者相互独立；R、S均服从对数状态分布，两者相互独立。则不同情况下的可靠度和失效概率分别为：R、S均服从正态分布，两者相互独立；功能函数Z是R、S两随机变量组合成的新函数，两随机变量服从正态分布，则两者之差组成的随机变量也服从正态分布，所以R、S服从正态分布。　　Z的概率密度函数、结构可靠度、结构失效概率的式子分别如下：  概率密度函数　　  均值  标准差  结构可靠度  结构失效概率可靠度指标β及计算公式描述随机变量的分布特性以其概率分布函数为最全面，据此求得的失效概率也最精确。在概率分布函数不确定的情况下，利用分布的数字特征——均值和方差近似描述随机变量的分布特性，以简化概率方法进行结构可靠度计算。 　　已知功能函数的均值μz和方差后，则变异系数δz=σz/μz，令δz的倒数作为度量结构可靠性的尺度，并称为可靠度指标β，即β=μz/σz。从上面的计算过程可以得出：如果当初乌克兰苏维埃共和国在修建切尔诺贝利核电站的时候，多投入一些钱，加强对核电站修建的监督、质量的监控，派核专家到现场指导修建时，工程质量搞好了，根据结构可靠度的概率知，出现严重的核泄漏是十亿分之一，这个概率是很渺茫的，然而要达到这种效果，必须以工程质量为保障，先进的科学技术、专业的技术人员作后盾，出现核泄漏的事件就很小了。我相信：在修建每个大大小小的工程项目时，运用好结构可靠度原理，把握工程质量关，一定不会出现伤害人类的事情。