《結(jié)構(gòu)可靠性分析》第1章 緒論

第一章緒論

工程結(jié)構(gòu)1.1引言工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的兩個方面2/3/20231東南大學(xué)一、工程結(jié)構(gòu)的定義

工業(yè)與民用建筑

公路、鐵路水利工程2/3/20232東南大學(xué)二、工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟選擇合理的結(jié)構(gòu)方案和型式根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面2/3/20233東南大學(xué)三、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的兩個方面如何使結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析日趨完善如何合理地選擇影響結(jié)構(gòu)安全的參數(shù)2/3/20234東南大學(xué)圖1.1結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

2/3/20235東南大學(xué)1.2工程結(jié)構(gòu)可靠性概念

工程結(jié)構(gòu)的功能

結(jié)構(gòu)的可靠性

設(shè)計使用年限

設(shè)計基準期2/3/20236東南大學(xué)在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用一、工程結(jié)構(gòu)的功能在正常使用時具有良好的工作性能

在正常維護下具有足夠的耐久性能在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性2/3/20237東南大學(xué)結(jié)構(gòu)可靠性：結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。二、結(jié)構(gòu)的可靠性2/3/20238東南大學(xué)類別設(shè)計使用年限（年）示例15臨時性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)表1.1設(shè)計使用年限分類三、設(shè)計使用年限2/3/20239東南大學(xué)四、設(shè)計基準期設(shè)計基準期是為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能取值而選用的時間參數(shù)

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》規(guī)定：設(shè)計基準期為50年

2/3/202310東南大學(xué)1.3極限狀態(tài)和極限狀態(tài)方程

極限狀態(tài)的定義和分類承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)偶然狀況的處理極限狀態(tài)方程2/3/202311東南大學(xué)一、極限狀態(tài)的定義和分類整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足設(shè)計規(guī)范所要求的某一項功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》規(guī)定承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)2/3/202312東南大學(xué)二、承載能力極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因為超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因為過度變形而不適于繼續(xù)承載結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）2/3/202313東南大學(xué)三、正常使用極限狀態(tài)影響正常使用或外觀的變形影響正常使用或耐久性能的局部破壞（包括裂縫）影響正常使用的振動變形影響正常使用的其他特定狀態(tài)

2/3/202314東南大學(xué)四、偶然狀況的處理采用下列原則之一按承載能力極限狀態(tài)進行設(shè)計：

允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度。

按作用效應(yīng)的偶然組合進行設(shè)計或采取防護措施，使主要承重結(jié)構(gòu)不致因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而喪失承載能力2/3/202315東南大學(xué)五、極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程是當(dāng)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)時各有關(guān)基本變量的關(guān)系式。它可用下式表示：Z＝g（X1,X2,…,XN）=0（1-1）式中：Xi（i=1,2,…,n）為基本變量Z＝g（·）稱為結(jié)構(gòu)的“功能函數(shù)”或“功效函數(shù)”

2/3/202316東南大學(xué)一個只有兩個基本變量的線性問題，對于承載能力極限狀態(tài)，若令R為結(jié)構(gòu)抗力，S為作用綜合效應(yīng)，則極限狀態(tài)方程（1-1）可寫為：

Z＝g（R,S）=R-S＝0（1-2）若：Z＝R-S>0，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；若：Z＝R-S＝0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；若：Z＝R-S<0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。例1.2/3/202317東南大學(xué)1.4結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展和研究概況

結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的演變結(jié)構(gòu)可靠度研究概況2/3/202318東南大學(xué)一、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的演變

古代時期的設(shè)計方法

容許應(yīng)力法

破損階段法極限狀態(tài)法2/3/202319東南大學(xué)2.容許應(yīng)力法要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用期內(nèi)，截面上任何一點的應(yīng)力不得超過某一容許應(yīng)力值。其表達式為：

σ≤[σ]=f/K式中：f為結(jié)構(gòu)的材料性能，K為安全系數(shù)。2/3/202320東南大學(xué)3.破損階段法破損階斷法計算時，主要考慮材料的彈塑性性能。

以受彎構(gòu)件為例，其一般表達式為

M≤Mp/K式中：Mp——截面破損時的抵抗彎矩K——構(gòu)件強度總安全系數(shù)M—標準荷載作用下的截面彎矩。2/3/202321東南大學(xué)4.極限狀態(tài)法ΣniNib≦φ(m，kh，Rhb，mgkgRgb，s，…)式中：ni――

過（超）載系數(shù)Nib――標準荷載產(chǎn)生的內(nèi)力m，mg――

結(jié)構(gòu)構(gòu)件或鋼筋的工作系數(shù)K，kg――勻質(zhì)系數(shù)Rhb,Rgb――混凝土及鋼筋的標準強度S――截面幾何特征當(dāng)時的極限狀態(tài)法一般設(shè)計表達式為：2/3/202322東南大學(xué)以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法按發(fā)展階段和精確程度分為3個水準：

水準Ⅰ－半概率法水準Ⅱ－近似概率法水準Ⅲ－全概率法2/3/202323東南大學(xué)二、結(jié)構(gòu)可靠度研究概況

1983年完成了《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》（GBJ68-84）的編制工作。1997年開始修訂《建筑結(jié)