巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度(課件)

1、巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì) 巖土作為天然材料，具有多樣的物理、力學(xué)特巖土作為天然材料，具有多樣的物理、力學(xué)特性，巖土參數(shù)的變異性極大地影響著巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)性，巖土參數(shù)的變異性極大地影響著巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等問題，確定性方法已經(jīng)顯得力不從心，應(yīng)用概率論計(jì)等問題，確定性方法已經(jīng)顯得力不從心，應(yīng)用概率論的方法進(jìn)行巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就特別有意義，概率方法在的方法進(jìn)行巖土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就特別有意義，概率方法在巖土工程領(lǐng)域中的應(yīng)用取得了較好的效果。巖土工程領(lǐng)域中的應(yīng)用取得了較好的效果。 在巖土工程中，對(duì)安全性的評(píng)估一般是用安全系數(shù)在巖土工程中，對(duì)安全性的評(píng)估

2、一般是用安全系數(shù)K來表示的（抗力來表示的（抗力R與荷載效應(yīng)與荷載效應(yīng)S的比值）。由于巖土物的比值）。由于巖土物理、力學(xué)參數(shù)的變異性導(dǎo)致了土抗力理、力學(xué)參數(shù)的變異性導(dǎo)致了土抗力R的變異性，在有的變異性，在有的情況下荷載效應(yīng)也具有變異性，所以，安全系數(shù)一般的情況下荷載效應(yīng)也具有變異性，所以，安全系數(shù)一般是用抗力和荷載效應(yīng)的期望值來計(jì)算得出的是用抗力和荷載效應(yīng)的期望值來計(jì)算得出的;也有一種可也有一種可稱為半概率的方法，是通過減少抗力、增大荷載效應(yīng)的稱為半概率的方法，是通過減少抗力、增大荷載效應(yīng)的方法，得到一新的安全系數(shù)方法，得到一新的安全系數(shù)KN。1 概述概述巖土工程中的結(jié)構(gòu)可靠度巖土工程中的結(jié)構(gòu)可

3、靠度 實(shí)踐證明：在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域里有步驟全面推廣實(shí)踐證明：在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域里有步驟全面推廣以結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，以結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)化，合理化、標(biāo)準(zhǔn)化?？蓪?shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)化，合理化、標(biāo)準(zhǔn)化。 目前，在建筑、公路、鐵路、水利水電、港口目前，在建筑、公路、鐵路、水利水電、港口等工程領(lǐng)域，已有可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。等工程領(lǐng)域，已有可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 基于可靠度理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)有三個(gè)方面：基于可靠度理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)有三個(gè)方面： (1)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)；確定目標(biāo)可靠指標(biāo)； (2)校核結(jié)構(gòu)的可靠度；校核結(jié)構(gòu)的可靠度； (3)進(jìn)

4、行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)。1 概述概述1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo) 目標(biāo)可靠指標(biāo)是一種預(yù)先給定的作為設(shè)計(jì)依據(jù)的可靠目標(biāo)可靠指標(biāo)是一種預(yù)先給定的作為設(shè)計(jì)依據(jù)的可靠指標(biāo)。也就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須達(dá)到指標(biāo)。也就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須達(dá)到的可靠指標(biāo)，一般用的可靠指標(biāo)，一般用0表示。確定表示。確定0的方法有兩種：的方法有兩種： (1)、類比法或協(xié)商給定法、類比法或協(xié)商給定法 類比法或協(xié)商給定法類比法或協(xié)商給定法是參照人們?cè)谌粘；顒?dòng)中所經(jīng)歷是參照人們?cè)谌粘；顒?dòng)中所經(jīng)歷的各種風(fēng)險(xiǎn)的各種風(fēng)險(xiǎn)(危險(xiǎn)率危險(xiǎn)率)，選擇確定一個(gè)可以接受的失效概

5、率。，選擇確定一個(gè)可以接受的失效概率。由于失效概率與可靠指標(biāo)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)選擇的由于失效概率與可靠指標(biāo)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)選擇的失效概率，就可確定目標(biāo)可靠指標(biāo)失效概率，就可確定目標(biāo)可靠指標(biāo)0 。 (2)、校準(zhǔn)法、校準(zhǔn)法 校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法是根據(jù)各種材料現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中荷載取值、材是根據(jù)各種材料現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中荷載取值、材料強(qiáng)度取值及安全系數(shù)的規(guī)定，進(jìn)行反演分析，求各構(gòu)件料強(qiáng)度取值及安全系數(shù)的規(guī)定，進(jìn)行反演分析，求各構(gòu)件的可靠指標(biāo)，經(jīng)綜合分析和調(diào)整，確定目標(biāo)可靠指標(biāo)的可靠指標(biāo)，經(jīng)綜合分析和調(diào)整，確定目標(biāo)可靠指標(biāo)0 。 1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選

6、擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：建筑結(jié)構(gòu)物可靠性指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)物可靠性指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)構(gòu)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的國(guó)際體系結(jié)構(gòu)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的國(guó)際體系1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)： 美國(guó)現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范美國(guó)現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 鋼筋混凝土受彎梁鋼筋混凝土受彎梁=2.63.2； 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎梁預(yù)應(yīng)力混凝土受彎梁=3.24.0； 采用的

7、目標(biāo)可靠指標(biāo)為：采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)為： 對(duì)延性破壞的構(gòu)件對(duì)延性破壞的構(gòu)件=3.0； 對(duì)脆性破壞的構(gòu)件對(duì)脆性破壞的構(gòu)件=3.5。1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：公路、公路、港口和港口和鐵路工鐵路工程設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)目標(biāo)可目標(biāo)可靠指標(biāo)靠指標(biāo)1 概述概述1.1確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：公路、公路、港口和港口和鐵路工鐵路工程設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)目標(biāo)可目標(biāo)可靠指標(biāo)靠指標(biāo)1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可

8、靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：公路、公路、港口和港口和鐵路工鐵路工程設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)目標(biāo)可目標(biāo)可靠指標(biāo)靠指標(biāo)1 概述概述1.1 確定目標(biāo)可靠指標(biāo)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)：公路、公路、港口和港口和鐵路工鐵路工程設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)目標(biāo)可目標(biāo)可靠指標(biāo)靠指標(biāo)1 概述概述1.2 較核結(jié)構(gòu)的可靠度較核結(jié)構(gòu)的可靠度 校核結(jié)構(gòu)的可靠度校核結(jié)構(gòu)的可靠度就是在已知結(jié)構(gòu)的極限就是在已知結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程和各隨機(jī)變量的概率分布和統(tǒng)計(jì)參狀態(tài)方程和各隨機(jī)變量的概率分布和統(tǒng)計(jì)參數(shù)下，利用可靠性分析原理與方法，求解結(jié)構(gòu)數(shù)下，利用可靠性分

9、析原理與方法，求解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小可靠指標(biāo)構(gòu)件的最小可靠指標(biāo)，同目標(biāo)可靠指標(biāo)，同目標(biāo)可靠指標(biāo)0 0進(jìn)行比較，如果進(jìn)行比較，如果0 0，則結(jié)構(gòu)安全；反之，則結(jié)構(gòu)安全；反之，則不安全。這樣來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。則不安全。這樣來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。1 概述概述1.3 進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì) 1、可靠度設(shè)計(jì)方法、可靠度設(shè)計(jì)方法 基于可靠度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，是先給定目標(biāo)可基于可靠度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，是先給定目標(biāo)可靠指標(biāo)靠指標(biāo)0 0，根據(jù)極限狀態(tài)方程，按抗力，根據(jù)極限狀態(tài)方程，按抗力R和荷載效和荷載效應(yīng)應(yīng)S的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，利用可靠性分析方法，求出抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，利用可靠性分析方法，求出抗力

10、R平均值平均值R R，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。 基于可靠度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)可分為兩種方法：基于可靠度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)可分為兩種方法：基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法和和基于可靠度的實(shí)用設(shè)計(jì)基于可靠度的實(shí)用設(shè)計(jì)法法。國(guó)外對(duì)于一些重要結(jié)構(gòu)，都直接采用可靠度方。國(guó)外對(duì)于一些重要結(jié)構(gòu)，都直接采用可靠度方法進(jìn)行校核或設(shè)計(jì)。但對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)，考慮到法進(jìn)行校核或設(shè)計(jì)。但對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)，考慮到實(shí)用簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外仍采用以各基本變量的標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)用簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外仍采用以各基本變量的標(biāo)準(zhǔn)值和分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1 概述概述1.3

11、進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì) 2、可靠度設(shè)計(jì)原則、可靠度設(shè)計(jì)原則 極限狀態(tài)可分為下列三類：極限狀態(tài)可分為下列三類：承載能力極限狀態(tài)、承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)和整體性極限狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)和整體性極限狀態(tài)。 工程結(jié)構(gòu)的工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況可分為下列三種：可分為下列三種： (1)持久狀況持久狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，且持。在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，且持續(xù)期很長(zhǎng)的狀況。持續(xù)期一般與使用期為同一數(shù)量級(jí)；續(xù)期很長(zhǎng)的狀況。持續(xù)期一般與使用期為同一數(shù)量級(jí)； (2)短暫狀況短暫狀況。在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率。在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而持續(xù)期較短的狀況

12、；較大，而持續(xù)期較短的狀況； (3)偶然狀況偶然狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，。在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。且持續(xù)期很短的狀況。 對(duì)于不同的設(shè)計(jì)狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、對(duì)于不同的設(shè)計(jì)狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、可靠度水準(zhǔn)，分別進(jìn)行可靠度驗(yàn)算?？煽慷人疁?zhǔn)，分別進(jìn)行可靠度驗(yàn)算。1 概述概述1.3 進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì) 3、可靠度設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)、可靠度設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn) 可靠度設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：可靠度設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)： (1)以完成工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)定功能的概率大小來度量以完成工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)定功能的概率大小來度量結(jié)構(gòu)可靠度替代過去以定值安全系數(shù)為度量尺度的

13、概念。結(jié)構(gòu)可靠度替代過去以定值安全系數(shù)為度量尺度的概念。 (2) 明確將工程結(jié)構(gòu)所處環(huán)境與使用要求用三種設(shè)計(jì)明確將工程結(jié)構(gòu)所處環(huán)境與使用要求用三種設(shè)計(jì)狀況狀況(持久狀況、短暫狀況、偶然狀況持久狀況、短暫狀況、偶然狀況)和三種極限狀態(tài)和三種極限狀態(tài)(承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、整體性極限狀承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、整體性極限狀態(tài)態(tài))加以描述，而對(duì)每種設(shè)計(jì)狀況及極限狀態(tài)都可采用相加以描述，而對(duì)每種設(shè)計(jì)狀況及極限狀態(tài)都可采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系與可靠度水準(zhǔn)。應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系與可靠度水準(zhǔn)。 (3)采用現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)可靠性理論分析可靠度。采用現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)可靠性理論分析可靠度。 (4) 對(duì)結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)

14、構(gòu)件提出明確的質(zhì)量要求。對(duì)結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出明確的質(zhì)量要求。 (5) 使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化。使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化。1 概述概述1.4 巖土工程結(jié)構(gòu)分析的原則巖土工程結(jié)構(gòu)分析的原則 1、巖土工程結(jié)構(gòu)上的作用、巖土工程結(jié)構(gòu)上的作用(荷載荷載) 結(jié)構(gòu)上的作用分為結(jié)構(gòu)上的作用分為直接作用直接作用和和間接作用間接作用。 2、巖土的性能及幾何參數(shù)、巖土的性能及幾何參數(shù) 巖土性能是指巖土的強(qiáng)度、變形模量、壓縮系數(shù)、巖土性能是指巖土的強(qiáng)度、變形模量、壓縮系數(shù)、泊松比、內(nèi)摩擦角、粘聚力、兩介質(zhì)間的摩擦系數(shù)等物泊松比、內(nèi)摩擦角、粘聚力、兩介質(zhì)間的摩擦系數(shù)等物理力學(xué)性能。

15、巖土性能指標(biāo)和地基承載力等，應(yīng)通過原理力學(xué)性能。巖土性能指標(biāo)和地基承載力等，應(yīng)通過原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等直接或間接的方法確定。位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等直接或間接的方法確定。 幾何參數(shù)是指結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸、土層厚度和分布、幾何參數(shù)是指結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸、土層厚度和分布、水深等。幾何參數(shù)可采用隨機(jī)變量概率模型描述。水深等。幾何參數(shù)可采用隨機(jī)變量概率模型描述。1 概述概述1.4 巖土工程結(jié)構(gòu)分析的原則巖土工程結(jié)構(gòu)分析的原則 3、地下結(jié)構(gòu)分析的原則、地下結(jié)構(gòu)分析的原則 在保留上部地層的前提下，在開挖出能提供某種用途的地在保留上部地層的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修筑的建筑結(jié)構(gòu)物，通稱為下空間內(nèi)修筑

16、的建筑結(jié)構(gòu)物，通稱為地下結(jié)構(gòu)地下結(jié)構(gòu)。地下結(jié)構(gòu)包括。地下結(jié)構(gòu)包括襯砌結(jié)構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)和和內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩部分。兩部分。 地下結(jié)構(gòu)分析的原則包括：地下結(jié)構(gòu)分析的原則包括： (1)必須充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響；必須充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響； (2)地下工程周圍的地質(zhì)體是工程材料、承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)地下工程周圍的地質(zhì)體是工程材料、承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)又是產(chǎn)生荷載的來源；又是產(chǎn)生荷載的來源； (3)地下結(jié)構(gòu)施工因素和時(shí)間因素會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)體系地下結(jié)構(gòu)施工因素和時(shí)間因素會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)體系的安全性；的安全性； (4)與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支護(hù)

17、結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖是否失穩(wěn)；考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖是否失穩(wěn)； (5)地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮圍巖地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力。自身的承載能力。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法工工程程結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可靠靠度度計(jì)計(jì)算算方方法法1、如果能夠計(jì)算出功能函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，、如果能夠計(jì)算出功能函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差， 用用=Z/Z計(jì)算。計(jì)算。2、中心點(diǎn)法、中心點(diǎn)法3、改進(jìn)一次二階矩法、改進(jìn)一次二階矩法4、JC法法5、隱式、隱式FORM算法算法6、統(tǒng)計(jì)矩法、統(tǒng)計(jì)矩法7、混沌優(yōu)化算法、混沌優(yōu)化算法此外

18、還有響應(yīng)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法此外還有響應(yīng)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.1 兩個(gè)或多個(gè)正態(tài)變量的情況兩個(gè)或多個(gè)正態(tài)變量的情況 考慮工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)僅由荷載效應(yīng)考慮工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)僅由荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力R組成組成的簡(jiǎn)單情況，假設(shè)的簡(jiǎn)單情況，假設(shè)R和和S分別服從正態(tài)分布分別服從正態(tài)分布N(R，R)，N(S，S)。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為：。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為：0ZRS 給定目標(biāo)可靠指標(biāo)給定目標(biāo)可靠指標(biāo)0，已知荷載參數(shù)平均值，已知荷載參數(shù)平均值S S，變異系，變異系數(shù)數(shù)S和和R， S = S S， R = RR， 求結(jié)構(gòu)抗力求結(jié)構(gòu)抗力R的的平均值平均值R 。

19、02222()()SRSRSZZRRRSS 解上式關(guān)于解上式關(guān)于R的方程便可得抗力的方程便可得抗力R的均值。的均值。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.1 兩個(gè)或多個(gè)正態(tài)變量的情況兩個(gè)或多個(gè)正態(tài)變量的情況 同理，對(duì)于三個(gè)正態(tài)變量的情況，例如極限狀態(tài)方程為同理，對(duì)于三個(gè)正態(tài)變量的情況，例如極限狀態(tài)方程為0ZRGL 給定目標(biāo)可靠指標(biāo)給定目標(biāo)可靠指標(biāo)0，已知參數(shù)，已知參數(shù)G G，G， L L，L和和R，求結(jié)構(gòu)抗力，求結(jié)構(gòu)抗力R的平均值的平均值R 。0222222()()()GRGLRGLZZRLRRGGLL 解上式關(guān)于解上式關(guān)于R的方程便可得抗力的方程便可得抗力R的均值。的均值。 同

20、理，對(duì)于多個(gè)正態(tài)變量的情況，例如極限狀態(tài)方程為同理，對(duì)于多個(gè)正態(tài)變量的情況，例如極限狀態(tài)方程為0ZRGSLM 如果給出各隨機(jī)變量的均值與方差，我們應(yīng)當(dāng)能求出如果給出各隨機(jī)變量的均值與方差，我們應(yīng)當(dāng)能求出。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.2 非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的情況 對(duì)于一般的非正態(tài)變量情況，可用改進(jìn)的一次二階矩法對(duì)于一般的非正態(tài)變量情況，可用改進(jìn)的一次二階矩法求解某一變量求解某一變量Xi的均值的均值Xi。此時(shí)，需要進(jìn)行非線性與非正。此時(shí)，需要進(jìn)行非線性與非正態(tài)雙重迭代法，才能求出態(tài)雙重迭代法，才能求出Xi值，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。值，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。 實(shí)際問題中，往往是給定目

21、標(biāo)可靠指標(biāo)實(shí)際問題中，往往是給定目標(biāo)可靠指標(biāo)0 ，求截面抗力，求截面抗力R的平均值的平均值R，而，而R一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，在極限狀態(tài)方一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，在極限狀態(tài)方程為線性的情況下，可采用以下公式將對(duì)數(shù)正態(tài)分布的程為線性的情況下，可采用以下公式將對(duì)數(shù)正態(tài)分布的R當(dāng)當(dāng)量正態(tài)化：量正態(tài)化：上式中上式中R R* *是設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)值，可采用迭代法求解。是設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)值，可采用迭代法求解。*2ln(1)RRR*21 lnln0.5ln(1)RRRRR2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.2 非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的非正態(tài)變量的迭代法求解法迭代法求解法第第一一步步2 基

22、于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.2 非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的非正態(tài)變量的迭代法求解法迭代法求解法第二步第二步第三步第三步非正態(tài)隨機(jī)變量進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化，根據(jù)非正態(tài)隨機(jī)變量進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化，根據(jù)S*i0求出當(dāng)量求出當(dāng)量Si，Si，代替，代替Si，Si ；根據(jù)根據(jù)R*0求出當(dāng)量求出當(dāng)量R，代替，代替R。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.2 非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的情況非正態(tài)變量的非正態(tài)變量的迭代法求解法迭代法求解法實(shí)質(zhì)是改進(jìn)一次二階矩法，改進(jìn)一次二階矩法是求實(shí)質(zhì)是改進(jìn)一次二階矩法，改進(jìn)一次二階矩法是求 ，應(yīng)，應(yīng)用于可靠度的直接設(shè)計(jì)法是用于可靠度的

23、直接設(shè)計(jì)法是求驗(yàn)算點(diǎn)抗力的均值。求驗(yàn)算點(diǎn)抗力的均值。第四步第四步第第五五步步返返回回第第二二步步第第六六步步計(jì)算新的驗(yàn)算點(diǎn)計(jì)算新的驗(yàn)算點(diǎn)2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法 在實(shí)際工程中大多數(shù)巖土工程師不太熟悉在實(shí)際工程中大多數(shù)巖土工程師不太熟悉可靠度理論的術(shù)語和概念，或是人們常常誤以可靠度理論的術(shù)語和概念，或是人們常常誤以為可靠度理論在絕大多數(shù)情況下需要更多的數(shù)為可靠度理論在絕大多數(shù)情況下需要更多的數(shù)據(jù)、時(shí)間和靜力，因此使得可靠度方法在巖土據(jù)、時(shí)間和靜力，因此使得可靠度方法在巖土工程中應(yīng)用很少。工程中應(yīng)用很少。 基于此，基于此，J. M. Duncan提出

24、了一個(gè)基于傳提出了一個(gè)基于傳統(tǒng)安全系數(shù)的簡(jiǎn)單可靠度分析方法，該法只要統(tǒng)安全系數(shù)的簡(jiǎn)單可靠度分析方法，該法只要使用與常規(guī)分析中相同類型和數(shù)量的數(shù)據(jù)使用與常規(guī)分析中相同類型和數(shù)量的數(shù)據(jù).就可就可以進(jìn)行近似但卻十分有效的可靠度分析。以進(jìn)行近似但卻十分有效的可靠度分析。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法具體的計(jì)算步驟：具體的計(jì)算步驟：(1)確定所有參數(shù)的最可能值確定所有參數(shù)的最可能值(均值均值)，代入常規(guī)，代入常規(guī)的安全系數(shù)計(jì)算公式，求得安全系數(shù)的最可能的安全系數(shù)計(jì)算公式，求得安全系數(shù)的最可能值值 。MLVF(2)估算不確定性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。估算不確定性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差

25、。標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算有三種方法：標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算有三種方法：p根據(jù)定義計(jì)算。如果有足夠的數(shù)據(jù)，可以利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方根據(jù)定義計(jì)算。如果有足夠的數(shù)據(jù)，可以利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的定義式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的定義式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。p 根據(jù)已有的數(shù)據(jù)來估算。這些數(shù)據(jù)通常以平均值和變異系數(shù)根據(jù)已有的數(shù)據(jù)來估算。這些數(shù)據(jù)通常以平均值和變異系數(shù)的形式給出，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差為的形式給出，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差為p“ ”法。法。)(xV32 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法具體的計(jì)算步驟具體的計(jì)算步驟(3)采用泰勒展開技術(shù)和下列公式計(jì)算安全系數(shù)采用泰勒展開技術(shù)和下列公式計(jì)算安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變

26、異系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù):MLVFFiFFVF222 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法具體的計(jì)算步驟具體的計(jì)算步驟(4)由安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)求得失效概由安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)求得失效概率和相應(yīng)的可靠指標(biāo)。率和相應(yīng)的可靠指標(biāo)。 假定安全系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，雖然沒有確切假定安全系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，雖然沒有確切的證明，但的證明，但J M Duncan認(rèn)為這在一般情況下是較合理認(rèn)為這在一般情況下是較合理的假設(shè)。安全系數(shù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布并不意味著要求單個(gè)的假設(shè)。安全系數(shù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布并不意味著要求單個(gè)變量必須服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，該方法不需要對(duì)變量的變量必須服從

27、對(duì)數(shù)正態(tài)分布，該方法不需要對(duì)變量的分布類型作出任何特殊的假設(shè)。分布類型作出任何特殊的假設(shè)。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法具體的計(jì)算步驟具體的計(jì)算步驟(4)由安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)求得失效概由安全系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)求得失效概率和相應(yīng)的可靠指標(biāo)。率和相應(yīng)的可靠指標(biāo)。 假定安全系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，其可靠指標(biāo)假定安全系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，其可靠指標(biāo)和失效概率可分別按下列公式計(jì)算和失效概率可分別按下列公式計(jì)算:2/122/121/1/FFMLVLNVlnVFlnLNfP1式中式中: 為安全系數(shù)的最可能值為安全系數(shù)的最可能值; 為安全系數(shù)的變?yōu)榘踩?/p>

28、數(shù)的變異系數(shù)異系數(shù); 為對(duì)數(shù)正態(tài)分布的可靠指標(biāo)為對(duì)數(shù)正態(tài)分布的可靠指標(biāo); 為失效概率為失效概率; 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。MLVFFVLNFP)(2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2.3 Duncan法法 安全系數(shù)安全系數(shù)F的計(jì)算中所涉及的參數(shù)都具有的計(jì)算中所涉及的參數(shù)都具有一定程度的不確定性，則一定程度的不確定性，則F值也相應(yīng)具有一定值也相應(yīng)具有一定的不確定性，所以的不確定性，所以Duncan法中計(jì)算法中計(jì)算F的可靠度的可靠度具有實(shí)際意義。具有實(shí)際意義。Duncan法的優(yōu)點(diǎn)是適用于任法的優(yōu)點(diǎn)是適用于任何分布類型的隨機(jī)變量，不受極限狀態(tài)方程非何分布類型的隨機(jī)變量，

29、不受極限狀態(tài)方程非線性的限制，避免了一次二階矩法中非正態(tài)隨線性的限制，避免了一次二階矩法中非正態(tài)隨機(jī)變量當(dāng)量正態(tài)化中引入的誤差，而且不受結(jié)機(jī)變量當(dāng)量正態(tài)化中引入的誤差，而且不受結(jié)構(gòu)失效概率大小的影響，克服了蒙特卡羅法遇構(gòu)失效概率大小的影響，克服了蒙特卡羅法遇到失效概率較小時(shí)效率低甚至難以得到較精確到失效概率較小時(shí)效率低甚至難以得到較精確解的缺點(diǎn)。解的缺點(diǎn)。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2. 4 巖土工程可靠度計(jì)算方法應(yīng)用條件分析巖土工程可靠度計(jì)算方法應(yīng)用條件分析巖土工程可靠度巖土工程可靠度 計(jì)算方法計(jì)算方法應(yīng)用條件應(yīng)用條件中心點(diǎn)法中心點(diǎn)法一般適用于基本變量為正態(tài)分布或?qū)?shù)一般

30、適用于基本變量為正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布正態(tài)分布. .極限狀態(tài)為線性且可靠度要求極限狀態(tài)為線性且可靠度要求不高不高( (=1=1一一2)2)的情況。的情況。改進(jìn)的一次改進(jìn)的一次二階矩法二階矩法只有在各隨機(jī)變量間是獨(dú)立的正態(tài)隨機(jī)只有在各隨機(jī)變量間是獨(dú)立的正態(tài)隨機(jī)變量且功能函數(shù)為線性時(shí)計(jì)算結(jié)果比較變量且功能函數(shù)為線性時(shí)計(jì)算結(jié)果比較精確。精確。JCJC法法適合獨(dú)立隨機(jī)變量任意分布下的情形適合獨(dú)立隨機(jī)變量任意分布下的情形. . 對(duì)對(duì)非線性程度不是很高的功能函數(shù)非線性程度不是很高的功能函數(shù). .精度可能精度可能滿足需要。滿足需要。蒙特卡羅模擬法蒙特卡羅模擬法此方法應(yīng)用廣泛此方法應(yīng)用廣泛. .對(duì)高次非線性及

31、功能函數(shù)對(duì)高次非線性及功能函數(shù)不能用顯式表達(dá)的都適用不能用顯式表達(dá)的都適用. .由于此方法耗費(fèi)由于此方法耗費(fèi)機(jī)時(shí)機(jī)時(shí). .一般不直接用于工程計(jì)算一般不直接用于工程計(jì)算. .而是檢驗(yàn)而是檢驗(yàn)其他計(jì)算方法的精度。其他計(jì)算方法的精度。2 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法2. 4 巖土工程可靠度計(jì)算方法應(yīng)用條件分析巖土工程可靠度計(jì)算方法應(yīng)用條件分析巖土工程可靠度巖土工程可靠度 計(jì)算方法計(jì)算方法應(yīng)用條件應(yīng)用條件響應(yīng)面法響應(yīng)面法適用于功能函數(shù)顯示表達(dá)式難以寫出適用于功能函數(shù)顯示表達(dá)式難以寫出. .隨隨機(jī)變量個(gè)數(shù)不是很多的情況。機(jī)變量個(gè)數(shù)不是很多的情況。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿 生算法生算法

32、有強(qiáng)大的非線性功能有強(qiáng)大的非線性功能. .對(duì)于大型復(fù)雜非線對(duì)于大型復(fù)雜非線性問題較適用。也可用來改進(jìn)其他算法性問題較適用。也可用來改進(jìn)其他算法. .從而提高計(jì)算效率和精度。從而提高計(jì)算效率和精度。隨機(jī)有限元隨機(jī)有限元法法此方法對(duì)高次非線性、功能函數(shù)不能用顯此方法對(duì)高次非線性、功能函數(shù)不能用顯式表達(dá)及大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)都適用式表達(dá)及大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)都適用. .隨著計(jì)算隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有更好的發(fā)展前景。機(jī)的發(fā)展，有更好的發(fā)展前景。模糊可靠度法模糊可靠度法適用于隨機(jī)變量具有模糊性及一些判別適用于隨機(jī)變量具有模糊性及一些判別準(zhǔn)則容易受人為因素影響的問題。準(zhǔn)則容易受人為因素影響的問題。耦合可靠度方法耦合可靠度方法基于各方法的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際工程選用耦合基于各方法的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際工程選用耦合方法。方法。3 基于可靠度的實(shí)用設(shè)計(jì)法基于可靠度的實(shí)用設(shè)計(jì)法 基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法可使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格具有預(yù)先設(shè)基于可靠度的直接設(shè)計(jì)法可使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格具有預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)。其基本思想是：采用工