结构可靠度理论

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1、大纲结构可靠度分析的基本概念结构可靠度分析的发展结构可靠度分析的规范要求极限状态继续研究的问题结构的功能要求能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。在正常维护下具有足够的耐久性能在正常使用时具有良好的工作性能基本概念安全性耐久性适用性结构的可靠性结构可靠度结构可靠度是结构可靠性的概率量度，即在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定的时间——结构设计基准期规定的条件——正常设计、正常施工、正常使用条件结构的功能函数为结构的抗力减去荷载效应：基本概念结构可靠可靠度结构失效失效概率结构处于极限状态

2、承载能力极限状态正常使用极限状态基本概念结构体系的可靠度对于结构功能来说，整体结构的失效分析对结构可靠性设计的意义比结构构件的可靠度计算的意义要更大。结构构件的失效性质：脆性构件，延性构件结构构件的失效模型：串联模型：结构中任一构件失效则整个结构失效。（静定结构和静定程度不高的脆性超静定）并联模型：结构中一个或一个以上构件失效，其余的构件或与失效的延性构件仍能维持结构功能。（超静定结构）串-并联模型：结构的最终失效形态不限于一种（延性超静定结构）结构可靠度分析的一次二阶矩法基本概念实际工程中结构功能函数常为非线性函数，大多数基本随机变量不服从正态分布，需要采用近似

3、方法——一次二阶矩法。只需要随机变量的一阶矩和二阶矩，且只需考虑功能函数泰勒级数展开式的一次项。一次二阶矩法中心点法验算点法映射变换法实用分析法需要考虑随机变量的分布概型工程结构可靠度习称安全度。其处理方法随着实践经验的积累和工程力学、材料试验、设计理论等各种学科的发展而不断地演变，由直接经验阶段、以经验为主的安全系数阶段而开始进入了以概率理论为基础的定量分析阶段。直接经验阶段：早期对工程结构的建造，不倒不垮就认为安全可靠；后来通过经验累积，进一步按结构构件的尺寸比例规定结构安全度。这阶段主要依靠工匠们代代相传的经验而进行营建活动。发展历史结构可靠度分析的发展历史

4、安全系数阶段：17世纪材料力学的兴起和发展，使结构设计进入了弹性的力学分析时期，从而开始采用容许应力设计法，以凭经验判断决定的单一安全系数度量结构的安全度。到20世纪30年代，由于对结构材料与结构破坏性能的研究逐步深入，在结构设计上考虑结构的破坏阶段工作状况，随之出现了破坏强度设计法，亦称极限荷载设计法。进入50年代后,苏联学者提出了极限状态设计法,用多系数（超载系数、材料匀质系数、工作条件系数）代替单一安全系数度量结构的安全度，并订入国家设计规范。由于这些方法仅对荷载和材料强度的特征值分别采用概率取值而未将荷载和抗力进行联合的概率分析，所以也称“半概率法”。其荷

5、载系数和抗力系数本质上仍然是一种以经验确定的安全系数。发展历史以概率理论为基础的阶段：20世纪40年代，美国A.M.弗罗伊登塔尔将统计数学概念引入可靠度理论的研究。60年代，美国一些学者对建筑结构可靠度分析，提出了一次二阶矩法，简称一次概率法，并为国际结构安全度联合委员会(JCSS)所采用。这种方法只须考虑随机变量的平均值和方差（方差又称为二阶中心矩），并在计算中对结构非线性功能函数取一次近似一次概率法含有“可靠指标”的概念,而为结构功能函数这一随机变量的平均值与标准差的比值。从理论上讲，只要分布一定,与失效概率便有一一对应的关系。即根据一定的计算原则,可由求出相

6、应的失效概率，从而对结构可靠度进行定量分析。发展历史发展历史工程结构可靠性研究的近年发展状况学术会议国际结构安全性和可靠性会议国际土木工程中统计学与概率论的应用学术会议亚太地区结构可靠性及其应用的学术会议工程结构可靠性学术会议（我国）刊物：国际《结构安全性》国家基础性研究重大项目：重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究结构可靠度分析的规范要求70年代末，以一次概率法为基础，制订了《建筑结构设计统一标准》，作为各设计规范修订或制订的准则。现在使用的规范为《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）。工程结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及

7、人的生命，造成经济损失、对社会或环境产生影响等）的严重性，采用不同的安全等级。如下表：规范要求安全等级破坏后果一级很严重二级严重三级不严重工程结构中各类结构构件的安全等级，宜于结构的安全等级相同，对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。可靠度水平的设置应根据结构构件的安全等级、失效模式和经济因素等确定。对结构的安全性和适用性可采用不同的可靠度水平。当有充分的统计数据时，结构构件的可靠度宜采用可靠指标度量。结构构件设计时采用的可靠指标，可根据对现有结构构件的可靠度分析，并结合使用经验和经济因素等确定。各类结构构件的安全等级每相差一级，其可靠指标的取值

8、宜相差0.