结构可靠性分析1

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1、结构可靠性分析第一章绪论1.1引言工程结构工程结构的设计步骤结构设计计算的两个方面一.工程结构的定义工业与民用建筑公路,铁路(桥梁,隧道等)水利工程(三峡大坝)舰船，飞机等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四结构可靠度发展和研究概况一．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二）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

2、过某一容许应力值．其表达式为：＜＝［］＝f/K式中：f为结构的材料性能，Ｋ为安全系数三）破损阶段法破损阶段法计算时，主要考虑材料的弹塑性性能．以受弯构件为例，例子其一般表达式为：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４．极限状态法当时的极限状态法一般设计表达式为：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三个水准：水准１－半概率法水准２－近似概率法水准３－全概率法5．概率设计法1911–卡宾奇提出用统计数学的方法研究载荷

3、及材料强度1926~1929–霍契阿洛夫和马耶罗夫制定了概率设计的计算方法，但当时提出的方法不够严格，未扶助实践。1947–A.M.Freudenthal和拉尼琴同时开展了结构可靠性的研究工作。发表了“结构安全度”一文奠定了结构可靠性的理论基础。自50年起随着导弹和空间技术的发展，美国、前苏联、加拿大等国家相继成立了专门组织研究结构可靠性问题，并制定了相应的标准和规范，作为概念设计的依据1954–拉尼琴提出了应力-强度结构可靠性设计的正态-正态模型，并推导用正态分布二阶矩表达的可靠性中心安全系数

4、的一般形式。美国“大力神”导弹壳体设计就采用了这种中心安全系数国际标准化组织（ISO）给出了《结构可靠性总原则》，并采用了R.Rackwitz提出的等价正态方法，国际结构安全委员会（JCSS）也推广了这一方法我国的结构可靠性研究工作始于50年代。现在已建立了相应的可靠性组织。《非电子零部件可靠性数据》《建筑结构设计统一标准》船舶与海洋工程结构可靠性的发展1）1972–Mansour&Faulkner发表多篇文章提出运用统计理论于船舶结构设计中2）Mansour（1974、1984），Whitea

5、ndAyyub（1985）发表文章提出船体总纵弯曲强度可靠性理论3）1978–诸多研究者发表多篇论文讨论关于船体与海洋工程结构可靠性的相关问题，主要集中在以下几个方面：a）环境载荷的分析计算与统计模型的建立；b）结构细部的疲劳问题；c）船体梁的强度模型和失效模型的建立。一工程结构的功能在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用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,仍能保持必须的整体稳定性1.2工程结构可靠性概念二.设计使用年限表1.

6、1设计使用年限分类类别设计使用年限1.临时性结构52.易于替换的结构构件253.普通房屋和构筑件504.纪念性建筑和特别重要的建筑结构100三.规定的条件（与可靠性相关的另一个方面）指与结构所处的外部环境条件，诸如：外力、温度、振动、冲击及周围介质等结构可靠性: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.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.可靠性包括:安全性,适用性,耐久性,可维修性和可储存性及其组合四、结构可靠性的概念五.失效的概念失效的性质:突然失

7、效和渐变失效失效发生的时间:早期失效,偶然失效和耗损失效失效存在的时间:恒定失效,间歇失效和运行紊乱失效失效的完备性:系统失效,完全失效和部分失效结构系统各部件之间的联系:独立失效和从属失效以失效方式对可靠性进行命名:设计可靠性,制造可靠性,使用可靠性,人的”可靠性”和人-机系统可靠性,参数可靠性结构出现的某种极限状态:强度可靠性,刚度可靠性,稳定性可靠性,疲劳强度可靠性,耐久强度可靠性,蠕变可靠性,声强度可靠性,密封性可靠性等五.可靠性的种类1.3极限状态和极限状态方程一.极限状态的定义和分类

8、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<<工程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),或因为过度的变形而不适合于继续承载结构转变为机动体系结构或者结构构件丧失稳定地基丧失承载能力而破坏(如失稳)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