论安全系数设计和结构可靠度设计

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1、论安全系数设计和结构可靠度设计班级：16级专硕结构1班指导老师：姓名：学号：2016年12月论安全系数设计和结构可靠度设计XX1(1.西南交通大学土木工程学院，四川成都；)摘要：简单叙述了工程结构设计的目的以及设计理论的发展历程，举例说明了安全系数法的局限性；概括性总结了结构可靠度计算的方法，指出了可靠度理论的优越性。关键词：结构设计；不确定性；安全系数法；可靠度DiscussiononSafetyCoefficientDesignandStructuralReliabilityDesignLUODaoru1(1.SchoolofCivilEnginee

2、ring,SouthwestJiaotongUniversityChengdu,China)Abstract:Thedestinationofengineeringstructuraldesignandthedevelopmentalhistoryofdesigntheoryiscommentedbriefly.Limitationofsafetycoefficientmethodisdemonstratedwithexample.Calculationmethodsofstructuralreliabilityaregeneralized.Advant

3、agesofthereliabilitytheoryarepointedout.Keywords:structuraldesign;uncertainties;safetycoefficientmethod;degreeofreliability工程结构是人类居住、生产、生活或实现其他各种应用目的的场所，具有规模大、造价高、使用周期长等特点[1]。工程结构安全可靠与否，不仅关乎人民的生命和财产安全，而且对一个国家的经济发展和现代化进程也有着重要影响。因此，在设计使用年限内工程结构必须具有足够的安全性、适用性和耐久性(三者统称为可靠性)，即在正常设计、施工

4、和使用时，工程结构能够安全地承受可能出现的各种作用、具有良好的工作性能和正常维护时具有足够的耐久性[2]。1.工程设计的基本目的工程结构设计的基本目的，是把外界作用对结构产生的效应与结构本身的抵抗能力来加以比较，用最经济的手段，使结构在预定的使用期限内，具备预定的各种功能[3]。（1）满足耐久性和安全性要求。结构耐久性和安全性是住宅结构优化设计最基本的要求，选择的结构体系的选择和选用的材料，必须有利于抗风、抗震、抗洪以及方便使用寿命期间的改造维修，在偶然事件发生仍能保持其结构的整体稳定性和耐用性。（2）满足使用性的要求。即进行结构方案设计时应以更好地满足

5、人们对建筑使用性和舒适性的要求为目的，充分考虑结构中各类与之相关的问题，做到面面俱到。（3）满足经济性的要求。即结构设计时应根据建筑的建造地点、规模大小、高度多少等，在满足耐久性、安全性和使用性要求的前提下，精打细算采用经济又合理的优化结构体系，以起到节约成本的功效。1.工程设计方法发展历程结构设计方法的演变过程经历了四个阶段，最早是在十七世纪由伽利略提出的计算公式，其设计方法的概念属于极限设计。虽然伽利略的结论具有很大的局限性，但是这对于结构设计方法却有划时代的意义。1773年库伦在“极大极小法则对于建筑的某些静力学问题的应用”报告中阐明了四个问题，即

6、材料的强度理论、梁的弯曲理论、挡土墙的土压力理论、拱的计算理论，它们也是基于极限平衡的理论。这些二百年前的卓越成就，有的至今还在被我们直接引用。在十九世纪以后，以弹性分析为基础的容许应力法伴随着比较理想的弹性材料—钢的广泛应用而迅速发展起来。容许应力法要求在规定的荷载标准值作用下，按弹性理论计算得到的构件截面应力应小于结构设计规范规定的材料容许应力值，而材料的容许应力为材料强度除以安全系数。该法的优点是沿用弹性理论假设，计算比较简单。其缺点是未考虑结构材料的塑性性能，不能正确反映构件截面承载力;该法还缺乏明确的结构可靠度概念，安全系数的确定主要依靠经验，

7、缺乏科学依据[4]。到二十世纪四十年代，出现了按破坏阶段设计的方法。1932年，苏联的罗列依特提出了按破坏阶段计算的方法，并在1938年制定了设计规范。该法与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力，要求构件截面的承载能力不小于由外荷载产生的内力乘以安全系数。此法反映了构件截面的实际工作情况，计算结果比较准确。但由于采用了笼统的总安全系数来估计使用荷载和材料强度的变异性，因而缺乏明确的可靠度概念。由于容许应力法和破坏阶段法采用单一的安全系数过于笼统，在20世纪50年代又提出了多系数极限状态设计法。该法明确规定结构

8、按三种极限状态进行设计，即承载能力极限状态、变形极限状态、裂缝极限状态。极限状态