工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)第一講

結(jié)構(gòu)可靠性分析

---第一講授課重點(diǎn)第一講工程結(jié)構(gòu)可靠性概念；

極限狀態(tài)；

可靠度研究概況

第二講我國可靠度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制介紹；

數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)回顧

第三～五講工程結(jié)構(gòu)荷載及其統(tǒng)計(jì)分析授課重點(diǎn)第六講結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析；

第七～八講結(jié)構(gòu)可靠度分析實(shí)用方法

第九～十講目標(biāo)可靠度；

概率可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)用表達(dá)式緒論一、工程結(jié)構(gòu)

鋼、木、磚石、混凝土及鋼筋混凝土等建造的工業(yè)與民用建筑的承重結(jié)構(gòu)，公路和鐵路的橋梁、涵洞、港口工程的碼頭，水利工程的堤壩、渡槽、水閘，給水排水構(gòu)筑物的水池、水管等，統(tǒng)稱為工程結(jié)構(gòu)。二、工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟（分兩步）

第一步：調(diào)查研究，分析對(duì)比，在滿足預(yù)定功能的條件下，進(jìn)行可行性分析，選擇合理的結(jié)構(gòu)總體布置、結(jié)構(gòu)方案和型式；

第二步：根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的截面和可行的施工方案。（主要包括結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面內(nèi)力或應(yīng)力分析，根據(jù)截面的內(nèi)力或應(yīng)力，選擇截面尺寸，確定材料用量等，即：結(jié)構(gòu)計(jì)算。緒論三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的兩個(gè)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)可靠性的參數(shù)（1）結(jié)構(gòu)可靠性一般理論（2）結(jié)構(gòu)體系可靠性（3）結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性（4）結(jié)構(gòu)疲勞可靠性（5）巖土工程可靠性（6）已有工程的可靠性鑒定（7）……五、結(jié)構(gòu)可靠度研究(82～92年期間)（1）對(duì)已開展研究的進(jìn)一步深入（2）結(jié)構(gòu)模糊可靠度的研究（3）隨機(jī)有限元與動(dòng)力可靠度（4）結(jié)構(gòu)抗震可靠度（5）基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（6）結(jié)構(gòu)施工期和老化期可靠度（7）……五、結(jié)構(gòu)可靠度研究(新熱點(diǎn))緒論六、結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性緒論七、結(jié)構(gòu)可靠性和安全性的關(guān)系可靠性安全性適用性耐久性（2）在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。（3）在正常維修和養(yǎng)護(hù)下，具有足夠的耐久性。（1）能承受正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各種作用。（4）在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，能夠保持必要的整體穩(wěn)定性。衡陽大廈倒塌1層為現(xiàn)澆混凝凝土梁柱框架，，預(yù)應(yīng)力混凝土土預(yù)制板（局部部現(xiàn)澆板）。用用作營業(yè)（但改改為倉庫）砌體墻無局部芯芯柱，構(gòu)造柱無無胡子筋梁體混凝土質(zhì)量量不良，箍筋不不足最小保護(hù)層厚度度不夠安全性不足導(dǎo)致致的災(zāi)難燃?xì)獗ㄕㄕw穩(wěn)定定性的重重要性1980年5月月的一個(gè)個(gè)上午，，西柏林會(huì)會(huì)議廳的的馬鞍形形殼頂突突然倒塌塌。懸索支承承薄殼屋屋面，殼殼板混凝凝土采用用混凝土土。破壞的起起因是由由于拱與與殼板交交接處裂裂縫開展展，不斷斷滲水，，終于導(dǎo)導(dǎo)致鋼筋筋銹蝕，，懸索斷斷裂，引引起世界界震驚的的倒塌事事故。維也納帝帝國橋，系1937年，，由于橋墩墩底部混混凝土澆澆灌不良良，內(nèi)部部浸水，，經(jīng)過反反復(fù)凍融融，混凝凝土裂縫縫不斷擴(kuò)擴(kuò)大，而而鑲面石石又未產(chǎn)產(chǎn)生異常常，因而而未能及及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，以致致于1976年年8月三跨突然然全部倒倒塌。耐久性問問題的重重要性，，不僅有有損適用用性的下下降，嚴(yán)嚴(yán)重的會(huì)會(huì)導(dǎo)致重重大安全全事故緒論七、與結(jié)結(jié)構(gòu)可靠靠性相關(guān)關(guān)的概念念結(jié)構(gòu)的可可靠性：：……能能力。結(jié)構(gòu)的可可靠度：：……概概率。關(guān)系：可可靠度是是可靠性性的概率率度量。。規(guī)定條件件：正常常設(shè)計(jì)、、正常施施工和正正常使用用極限狀態(tài)態(tài)：也稱稱為界限限狀態(tài)。?！?guī)定時(shí)間間：即設(shè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)期。并不唯一一！設(shè)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)期是為為確定可變作用用及與時(shí)間間有關(guān)的的材料性能能取值而選用的的時(shí)間參參數(shù)類別設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（年）示例15臨時(shí)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(jì)念性建筑和特別重要的建筑表1.1設(shè)設(shè)計(jì)基基準(zhǔn)期年年限分類類現(xiàn)在的結(jié)結(jié)構(gòu)是否否比遠(yuǎn)古古建筑更更可靠？？經(jīng)典建筑筑，巧奪奪天工－－――趙趙州橋，，某些古古塔趙州橋（（拱，受受壓，石石塊，優(yōu)優(yōu)點(diǎn)的發(fā)發(fā)揮）；；古塔（（筒中筒筒）大浪淘沙沙，更多多的建筑筑消失了了。不同心理理下對(duì)于于可靠性性的要求求是否一一樣？彩票中獎(jiǎng)獎(jiǎng)住房倒塌塌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)方法的的演變1.古代時(shí)期期的設(shè)計(jì)計(jì)方法2.容許應(yīng)力力法3.破損階段段法4.極限狀態(tài)態(tài)法容許應(yīng)力力法要求結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件在在使用期期內(nèi)，截截面上任任何一點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力力不得超超過某一一容許應(yīng)應(yīng)力值。。其表達(dá)式為：σ≤[σ]=f/K破損階段法破損階斷法計(jì)算時(shí)時(shí)，主要考慮材料料的彈塑性性能。。以受彎構(gòu)件為例，，其一般表達(dá)式為為：M≤Mp/K極限狀態(tài)法ΣniNib≦φ(m,kh,Rhb,mgkgRgb,s,…)式中：ni―過（超）載系數(shù)m，mg―結(jié)構(gòu)構(gòu)件或鋼筋的的工作系數(shù)K，kg―勻質(zhì)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式為：按發(fā)展階段和精確確程度分為3個(gè)水水準(zhǔn)：水準(zhǔn)Ⅰ－半概率法水準(zhǔn)Ⅱ－近似概率法水準(zhǔn)Ⅲ－全概率法5.以概率理論為為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)法鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)方法的演變?nèi)菰S應(yīng)力設(shè)計(jì)法———單系數(shù)法破損階段設(shè)計(jì)法———單系數(shù)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法———三系數(shù)法近似概率設(shè)計(jì)法———多系數(shù)法幾種方法優(yōu)缺點(diǎn)比比較隨機(jī)過程概率模型半隨機(jī)過程模式全隨機(jī)過程模式隨機(jī)變量概率模型水準(zhǔn)I

－半概率模式水準(zhǔn)II－近似概率模式水準(zhǔn)III－全概率模式正態(tài)分布變量對(duì)數(shù)正態(tài)分布變量當(dāng)量正態(tài)分布變量極限狀態(tài)函數(shù)用隨機(jī)變量的均值值（一階矩）來描描述用隨機(jī)變量的均值值和方差（前二階階矩）來描述，稱稱為“一次二階矩法””極限狀態(tài)的定義和和分類整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的的一部分超過某一一特定狀態(tài)，就不不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范范所要求的某一項(xiàng)項(xiàng)功能要求，此特特定狀態(tài)稱為該功功能的極限狀態(tài)?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)的分類，，各國可能不同。。國際有占主流的分分類方式。我國結(jié)構(gòu)可靠度研研究概況1984年出版了《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ68-84）83年完成編制工作。。76年開始課題研究，，79年下達(dá)任務(wù)。1997年開始修訂《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)》，于2001年批準(zhǔn)了國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）。1992年出版了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153－92）1992年出版了《港口工程結(jié)構(gòu)可靠靠度計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50158－92）1994年出版了《水利水電工程結(jié)構(gòu)構(gòu)可靠度計(jì)統(tǒng)一標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50199－94）1994年出版了《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠靠度計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50216－94）1999年出版了《公路工程結(jié)構(gòu)可靠靠度計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50283－99）一、承載能力極限限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的的一部分作為剛體體失去平衡結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因因?yàn)槌^材料強(qiáng)度度而破壞（包括疲疲勞破壞），或因因?yàn)檫^度變形而不不適于繼續(xù)承載結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體體系結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪喪失穩(wěn)定（如壓屈屈）地基喪失承載能力力而破壞（如失穩(wěn)穩(wěn)等）二、正常使用極限限狀態(tài)影響正常使用或外外觀的變形影響正常使用或耐耐久性能的局部破破壞（包括裂縫））影響正常使用的振振動(dòng)變形影響正常使用的其其他特定狀態(tài)極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)態(tài)正常使用極限狀態(tài)態(tài)（1）變形（2）裂縫（3）振動(dòng)（4）其他特定狀狀態(tài)（1）強(qiáng)度破壞；；過度變形（2）失去平衡（3）變?yōu)闄C(jī)動(dòng)（4）喪失穩(wěn)定超過正常使用極限限狀態(tài)的后果一般般不如超過承載能能力極限狀態(tài)的后后果嚴(yán)重，因此允許出現(xiàn)前者的概概率高于出現(xiàn)后者者。安全性適用性、耐久性如何描述結(jié)構(gòu)的工工作狀態(tài)？用函數(shù)表示函數(shù)是關(guān)于作用效效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的的關(guān)系式該函數(shù)稱為“功能能函數(shù)”功能函數(shù)S——作用用效應(yīng)；R——結(jié)構(gòu)構(gòu)抗力。Z=g(S,R)———功能函函數(shù)。極限狀態(tài)方方程極限狀態(tài)方方程是當(dāng)結(jié)結(jié)構(gòu)處于極極限狀態(tài)時(shí)時(shí)各有關(guān)基基本變量的的關(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)”一個(gè)只有兩兩個(gè)基本變變量的線性性問題，對(duì)對(duì)于承載能能力極限狀狀態(tài)，若令令R為結(jié)構(gòu)構(gòu)抗力，S為作用綜綜合效應(yīng)，，則極限狀態(tài)方方程（1-1））可寫為：：Z＝g（R,S）=R-S＝＝0（1-2））若：Z＝R-S>0，結(jié)構(gòu)構(gòu)處于可靠靠狀態(tài)；若：Z＝R-S＝0，結(jié)構(gòu)處處于極限狀狀態(tài)；若：Z＝R-S<0，結(jié)構(gòu)構(gòu)處于失效效狀態(tài)。例1.作用效應(yīng)S為隨機(jī)變量結(jié)構(gòu)抗力R為隨機(jī)變量功能函數(shù)Z為隨機(jī)變量不可能保證證Z永遠(yuǎn)≥≥0理論上證明了了結(jié)構(gòu)的可靠靠性只能用概概率度量，能能否完成預(yù)定定功能是一個(gè)個(gè)概率問題。。為什么要復(fù)習(xí)習(xí)概率論知識(shí)識(shí)？結(jié)構(gòu)可靠性問問題之所以產(chǎn)產(chǎn)生，主要是是由于結(jié)構(gòu)基基本變量本身身存在的一系系列的不確定性（或稱隨機(jī)性性）。為了研究和處處理結(jié)構(gòu)的不不確定性，對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性性進(jìn)行分析和和評(píng)定，并為為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制制定明確的設(shè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，概概率論提供了了數(shù)學(xué)依據(jù)。概率論基本概概念隨機(jī)試驗(yàn)、隨隨機(jī)事件的概概念，事件的計(jì)算頻率和概率的的含義、