第十章 结构概率可靠度设计法

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1、荷载与结构设计方法第十章结构概率可靠度设计法第十章结构概率可靠度设计法本章内容第一节土木工程结构设计方法的演变发展第二节结构设计的目标和原则第三节结构概率可靠度直接设计法第四节结构概率可靠度设计的实用表达式第一节土木工程结构设计方法的演变发展弹性理论极限状态理论定值法概率法设计理论设计方法按材料进入塑性状态截面所能抵抗的内力建立公式缺点：采用总安全系数估计荷载与材料的离散性截面应力材料容许应力≤一、容许应力设计法二、破损阶段设计法第一节土木工程结构设计方法的演变发展即（1）结构极限状态概念（2）承载能力极限状态设计的多系数表达三、多

2、系数极限状态设计法特点：规定承载能力、变形、裂缝出现和开展三种极限状态。以多个系数来分别反映荷载、材料性能及工作条件等方面随机因素的影响：第一节土木工程结构设计方法的演变发展（3）标准荷载和材料标准强度的统计取值式中qik——标准荷载或其效应；ni——相应荷载的超载系数；m——结构构件的工作条件系数；fsk、fck——钢筋和混凝土的标准强度；ks、kc——钢筋和混凝土的材料匀质系数；a——结构构件的截面几何特征。将荷载及材料强度作为随机变量，以数理统计手段统计确定。第一节土木工程结构设计方法的演变发展概率极限状态设计法：四、基于可靠

3、性理论的概率极限状态设计法以可靠性理论为基础，将影响结构可靠性的几乎所有参数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数或部分参数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校核结构。第一节土木工程结构设计方法的演变发展水准Ⅰ——半概率法对效应和抗力的变量部分地进行数理统计分析，并引入某些经验系数，因而不能定量地估计结构的可靠性。水准Ⅱ——近似概率法以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，设计时则采用分项系数的简便实用表达式。目前使用方法第一节土木工程结构设计方法的演变发展该方

4、法目前不成熟，仍处于研究阶段水准Ⅲ——全概率法对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为可靠度的直接度量。第一节土木工程结构设计方法的演变发展在一定的经济条件下，赋予结构一定的可靠度，使得结构在规定的设计使用年限内能满足设计所预定的各种功能要求，即安全性、适用性和耐久性要求。工程结构设计的基本目标：第二节结构设计的目标和原则设计基准期：设计使用年限：我国工程结构一、结构的设计使用年限确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。建筑结构50年，桥梁

5、结构100年，水泥混凝土路面结构不大于30年，沥青混凝土路面结构不大于15年。第二节结构设计的目标和原则类别设计使用年限（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结构可靠度与结构设计使用年限的关系实际使用年限超过设计使用年限后，结构失效概率将比设计预期值增大，并不意味结构立即丧失功能或报废。各类建筑结构设计使用年限见下表。设计使用年限≠设计基准期第二节结构设计的目标和原则安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋（如核电站、影剧院、体育馆等）二级严重一般的房屋（如

6、一般工业与民用建筑）三级不严重次要的房屋（如临时仓库、车棚等）表a建筑结构的安全等级二、结构的安全等级根据结构破坏可能产生的各种后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重程度，对不同的工程结构采用不同的安全等级。我国将工程结构的安全等级划分为三级第二节结构设计的目标和原则安全等级路面结构桥涵结构一级高速公路路面特大桥、重要大桥二级一级公路路面大桥、中桥、重要小桥三级二级公路路面小桥、涵洞表b公路工程结构的安全等级注意：同一结构中各类构件的安全等级宜与整体结构同级，同一技术等级公路路面结构的安全等级也宜相同。第二节结构设

7、计的目标和原则三、结构的设计方法和设计状况根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，分三种状况：1.持久状况——在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况（如结构承受自重等）；2.短暂状况——在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况（如施工和维修等）；3.偶然状况——指在结构使用过程中出现的概率很小，且持续期很短的状况（如火灾、爆炸、撞击等）。第二节结构设计的目标和原则三种设计状况应分别进行下列极限状态设计：1.对三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计；2.对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设

8、计；3.对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。第二节结构设计的目标和原则目标可靠指标：四、结构的目标可靠指标预先给定作为结构设计依据的可靠指标，表示结构设计应满足的可靠度要求。综合各种因素优化确定：（1）公众心理对工程结构，