水工结构可靠度理论与设计(2013)课件.ppt

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1、水工结构可靠度理论与设计赖国伟2021年10月5日主要内容第一节概述第二节结构可靠性分析的基本概念第三节作用、材料性能和几何参数的随机性分析第四节一次二阶矩方法第五节结构可靠度计算的优化算法与几何法第六节多重降维解法第七节蒙特卡罗(MonteCarlo)法第八节随机有限元法及其工程应用第九节结构可靠度计算的响应面法第十节结构体系可靠度分析第十一节结构时变可靠度的计算方法第十二节分项系数极限状态设计方法第一节概述1、水工结构工程的特点：工程涉及的荷载、材料力学参数、几何尺寸等设计变量多，而设计变量均不同程度地存在不确定性和变异性。在设计中合理地反映这种

2、不确定性、变异性，对于结构的安全与经济是至关重要的。2、影响工程结构可靠性的三种不确定性从数学角度来分类，这些不确定性大致有以下几个方面：（1）事物的随机性(Random)所谓事物的随机性，是事件发生的条件不充分，使得在条件与事件之间不能出现必然的因果关系，从而事件的出现与否表现出不确定性，这种不确定性称为随机性。研究事物随机性问题的数学方法：主要有概率论、数理统计和随机过程。（2）事物的模糊性(Fuzzy)事物本身的概念是模糊的，即一个对象是否符合这个概念是难以确定的，也就是说一个集合到底包含哪些事物是模糊的，而非明确的，主要表现在客观事物差异的中

3、间过渡中的“不分明性”，也即“模糊性”。如工程结构中的“正常与不正常”、“适用与不适用”、“耐久与不耐久”、“安全与危险”等也都没有客观和明确的界限。研究和处理模糊性的数学方法：主要是1965年美国控制论专家扎德(L．A．Zadeh)教授创始的“模糊数学(FUZZY)”。（注：模糊数学用“隶属函数”这个概念来描述现象差异中的中间过渡。在模糊集合中，给定范围内元素对它的隶属关系不一定只有“是”或“否”两种情况，而是用介于0和1之间的实数来表示隶属程度，还存在中间过渡状态。比如“老人”是个模糊概念，70岁的肯定属于老人，它的从属程度是1，40岁的人肯定不

4、算老人，它的从属程度为0，按照查德给出的公式，55岁属于“老”的程度为0.5，即“半老”，60岁属于“老”的程度0.8。扎德认为，指明各个元素的隶属集合，就等于指定了一个集合。当隶属于0和1之间值时，就是模糊集合。）（3）事物知识的不完善性(Uncertainty)(如计算模型的不确定性等)是指由于信息、数据的不全面、不完整而导致的不确定性。对知识不完善性的描述还没有成熟的数学方法，但在工程实践中必须考虑时，目前大多只能根据工程经验（由经验丰富的工程师及专家）对这种不确定性进行评估，引入经验参数加以考虑。本课程如不特别声明，不确定性即指随机性。3、结

5、构设计方法的演化由于应用概率统计理论处理工程随机性的广度与深度不同，结构设计方法：可分为(1)安全系数设计法(2)可靠度设计法（1）安全系数设计法：为定值设计方法，属于半概率法，亦称水准一法。安全系数设计法是工程结构传统的设计方法，其分析步骤大致如下：①确定设计参数值：将设计遇到的所有随机性设计参数，依据某种采用了概率统计概念的经验方法取定成确定性参数。例如：对荷载：取用偏于危险、极端、具有较小出现概率的数值；对材料强度：则取偏于保守，具有较大保证率的数值。【附：重力坝抗滑稳定分析抗剪断强度指标的确定根据重力坝设计规范（水口）的有关规定，确定抗剪断强

6、度指标的方法有如下几种：（1）按小值平均值取值1978年颁布的《混凝土重力坝设计规范》（SDJ21-78）就明确：对于坝基岩体与坝体混凝土之间抗剪（断）参数、和值规定均应经试验测定，每一主要工程地质单元的野外试验不得小于4组。及值系指野外试验测定的峰值的小值平均值或野外试验和室内中等面积试块试验的小值平均值。当试验组数足够时，可以按峰值的小值平均值取值。但由于受到试验组数的限制，工程实际应用的很少。（2）按平均值折减取值当坝基岩体力学参数试验资料不能满足统计要求时，根据收集的全国52座工程实际采用值应用总结，岩体质量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类实际采用值为试验峰

7、值平均值的80%左右，值为试验值的75%左右；Ⅴ类岩体、分别可按试验峰值平均值的90％、65％左右取值。（3）按规范参数表折减取值当坝基岩体力学参数试验资料不足时，可根据规范提出的混凝土与基岩接触面抗剪断力学参数表，结合地质条件进行折减，提出实际采用值。☞坝基岩体力学参数实际采用值的最终选取时应以以上方法为基础，结合现场实际情况，参照地质条件类似的工程经验，并考虑工程处理效果，经地质、试验和设计人员共同研究，加以适当调整后确定。】②计算结构安全系数：然后再按确定性问题，或通过结构数值计算或通过模型试验确定在定值条件下用来反映结构安全性的安全系数。③结

8、构安全评价：当这安全系数大于根据工程经验规定的安全系数(即通常所称的设计安全系数)时，结构即认为安全；反之，