結(jié)構(gòu)可靠度-支持高清瀏覽

結(jié)構(gòu)可靠度姚

繼

濤 教授一、參考書1.《建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性》作 者：余安東，葉潤修出版社：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986特 點(diǎn)：設(shè)計(jì)方法的發(fā)展和規(guī)范背景，不含結(jié)構(gòu)體系可靠度2.《結(jié)構(gòu)可靠度分析》作 者：吳世偉出版社：人民交通出版社，1990特 點(diǎn)：覆蓋面較廣（含結(jié)構(gòu)體系可靠度），但較簡單3.《建筑結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)》作 者：李繼華等七人出版社：中國建筑工業(yè)出版社，1990特 點(diǎn)：權(quán)威性的著作，在基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面都很深入一、參考書4.《工程結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用》作 者：趙國藩出版社：大連理工大學(xué)出版社，1996特 點(diǎn)：權(quán)威性的著作，匯總了最新的研究成果5.《工程結(jié)構(gòu)可靠性分析與設(shè)計(jì)》作 者：何水清，王善出版社：國防工業(yè)出版社，1993特 點(diǎn)：偏重機(jī)械可靠度，對結(jié)構(gòu)工程很有啟發(fā)性6.國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-20017.國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ68-848.國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠度總原則》ISO2394二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)要點(diǎn)隨機(jī)事件隨機(jī)變量間的關(guān)系：函數(shù)關(guān)系，獨(dú)立，相關(guān)三個(gè)公式：乘法公式，全概率公式，貝葉斯公式重要分布：二項(xiàng)分布，正態(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布，極值Ⅰ型分布隨機(jī)變量函數(shù)的數(shù)字特征統(tǒng)計(jì)特性和概率特性分布參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題愛因斯坦：“你（波爾）相信擲色子的上帝，我卻信仰客觀存在的世界中完備的定律和秩序……”。誰錯(cuò)誰對？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題能否讓擲出的硬幣一定出現(xiàn)期望的一面？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題拉登還能活多久？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題西安城墻墻垛的尺寸是否是隨機(jī)的？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題“新手發(fā)生死亡事故的比率為67％”是否在講概率？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)2.問題“明天的降雨要比昨天的大得多”有哪些不確定的地方？二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)3.提示任何事物的發(fā)展都有完全確定的原因，但嚴(yán)格講它是由多個(gè)甚至無窮多個(gè)因素決定的。在分析預(yù)測事物的發(fā)展時(shí)，要控制和考察所有的因

素常常是困難或不可能的，只有部分因素能夠得到控制，它們就是概率

論通常所稱的“條件”；除此之外，還有大量時(shí)隱時(shí)現(xiàn)、變化無常、無

法控制的因素會在特定的時(shí)間和場合發(fā)揮作用，影響和左右事物的發(fā)展。因此，事物的發(fā)展雖然有完全確定的原因，但不充分或不完備的“條件”并不能完全決定其結(jié)果，致使事物的發(fā)展呈現(xiàn)出不確定性，即隨機(jī)性。二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)3.提示隨機(jī)性是相對的：對影響因素控制得越多，對“條件”限制得越苛刻，事物變化的隨機(jī)性就會越小，甚至轉(zhuǎn)化成確定性的事件。這一點(diǎn)表

面上呈現(xiàn)出人的影響和作用，但它完全是根植于事物的客觀屬性的。無

論如何控制和變換“條件”，事物隨之呈現(xiàn)的隨機(jī)性根本上是由事物客

觀存在的因果關(guān)系決定的，而且因果關(guān)系越復(fù)雜，隨機(jī)性越強(qiáng)。例如，

相對于靜力荷載，結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的反應(yīng)要更具有隨機(jī)性。因此，事物的隨機(jī)性完全源于客觀的原因。隨機(jī)事件可能出現(xiàn)的后果是已知的，但在事件發(fā)生之前是不能事先確定的；只有在事件發(fā)生后，事件的后果才能確定。隨機(jī)事件只涉及未來的事物。二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)3.提示統(tǒng)計(jì)特性和概率特性不同。統(tǒng)計(jì)特性描述的已發(fā)生的大量隨機(jī)事件的總體性質(zhì)，是對現(xiàn)實(shí)事物的描述；概率特性描述的則是事件未來發(fā)展的可能性。前者對應(yīng)于頻率，后者對應(yīng)于概率。頻率的穩(wěn)定性揭示了概率的存在。頻率與概率的關(guān)系代表了現(xiàn)實(shí)與未來的關(guān)系，利用已發(fā)生的大量隨機(jī)事件的統(tǒng)計(jì)特性推斷事物發(fā)展的可能性是統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的基本特征。二.概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)4.相關(guān)文獻(xiàn)《概率論和數(shù)論統(tǒng)計(jì)》作 者：周概容出版社：高等教育出版社，1984《工程軟設(shè)計(jì)理論》作 者：王光遠(yuǎn)出版社：科學(xué)出版社，1992三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念要求了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展和結(jié)構(gòu)可靠度的三個(gè)水準(zhǔn)。理解結(jié)構(gòu)可靠性的概念?！邦A(yù)定功能”與“極限狀態(tài)”的關(guān)系。“失效準(zhǔn)則”與“功能函數(shù)”的關(guān)系。耐久性與安全性、適用性的關(guān)系。結(jié)構(gòu)可靠性的度量方法。三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題從投資方和建設(shè)方的角度應(yīng)對房屋的性能提出哪些要求？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題是否存在絕對安全的結(jié)構(gòu)？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題如何量化對結(jié)構(gòu)功能的要求？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題如何判斷結(jié)構(gòu)可靠或失效？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題疲勞破壞是否屬于耐久性問題？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題凍融循環(huán)破壞是否屬于耐久性問題？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題利用概率度量可靠性是否一定合理？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念2.問題概率設(shè)計(jì)方法屬于理想的設(shè)計(jì)方法嗎？三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念3.提示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法歷經(jīng)了極限平衡設(shè)計(jì)法、容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法、破損階段設(shè)計(jì)法、半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法首次應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定荷載和材料強(qiáng)度的取值；目前的近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法則首次利用概率近似度量結(jié)構(gòu)的可靠度，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法發(fā)生了本質(zhì)變化。建筑結(jié)構(gòu)可靠性理論按可靠性的度量方法劃分為三個(gè)水準(zhǔn)：水準(zhǔn)一（半概率法）、水準(zhǔn)二（近似概率法）和水準(zhǔn)三（全概率法）。目前的結(jié)構(gòu)可靠性理論水平屬水準(zhǔn)二。三.結(jié)構(gòu)可靠性理論的基本概念3.提示結(jié)構(gòu)可靠性指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力。對于設(shè)計(jì)中的擬建結(jié)構(gòu)而言，“規(guī)定的時(shí)間”指設(shè)計(jì)使用年

限；“規(guī)定的條件”指“正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)”；

“預(yù)定的功能”包括安全性、適用性、耐久性三個(gè)方面；“能力”用概

率來度量。對于使用中的現(xiàn)存結(jié)構(gòu)，“規(guī)定的時(shí)間”指目標(biāo)使用期；“規(guī)定的條件”不應(yīng)再包含“正常設(shè)計(jì)和正常施工”?！白銐虻哪途眯阅堋保航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率；在正常維護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。耐久性問題是可靠性中涉及材料性能退化的特殊問題。四.作用和環(huán)境影響要求掌握作用的分類和環(huán)境影響的概念。掌握各類作用的基本概率模型。理解各種作用代表值的含義。了解“設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期”的含義。了解各類荷載的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。四.作用和環(huán)境影響2.問題“地震荷載”、“溫度荷載”的叫法是否恰當(dāng)？四.作用和環(huán)境影響2.問題地震作用屬于可變荷載還是偶然荷載？四.作用和環(huán)境影響2.問題作用能否概括結(jié)構(gòu)所受到所有因素的影響？四.作用和環(huán)境影響2.問題結(jié)構(gòu)自重為什么要作為隨機(jī)變量處理？四.作用和環(huán)境影響2.問題嚴(yán)格講風(fēng)荷載是否為等時(shí)段的平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程？四.作用和環(huán)境影響2.問題選用正態(tài)分布作為恒載的概率分布形式有何依據(jù)？四.作用和環(huán)境影響2.問題選用極值Ⅰ型分布作為活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載的概率分布形式有何依據(jù)？四.作用和環(huán)境影響2.問題辦公樓和住宅活荷載為什么要分開統(tǒng)計(jì)？四.作用和環(huán)境影響2.問題按作用的代表值進(jìn)行設(shè)計(jì)是否意味著違背了概率設(shè)計(jì)法的思想？四.作用和環(huán)境影響2.問題確定雪荷載的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，“五十年一遇值”是什么意思？四.作用和環(huán)境影響3.提示作用較傳統(tǒng)的荷載概念具有更廣泛的含義，但荷載仍是其中的主要內(nèi)容。作用的基本分類是：永久作用，可變作用，偶然作用。除了傳統(tǒng)的劃分方法，ISO2394還將作用劃分為“有界作用”（bounded

action）和“無界作用”（unbounded

action）。前者指具有不可超越的限值且能夠精確或近似確知該限值的作用，后者指沒有確知的限值的作用。在現(xiàn)存結(jié)構(gòu)的評定中，有些作用可能被劃歸為有界作用。結(jié)構(gòu)上的作用是隨機(jī)變化的，為便于工程應(yīng)用人們定義了標(biāo)準(zhǔn)值、

頻域值、準(zhǔn)永久值和組合值等代表值，它們是確定值，具有不同的統(tǒng)計(jì)

意義。荷載的基本概率模型包括隨機(jī)變量和隨機(jī)過程兩類，分別用于描

述永久作用和可變作用，可變荷載具體采用的是平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程。為

了確定荷載的模型參數(shù)和各種代表值，我國對各類荷載進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)。四.作用和環(huán)境影響3.提示“環(huán)境影響”（environmentalinfluence）是ISO2394提出的重要術(shù)語，它指可造成結(jié)構(gòu)材料性能退化、進(jìn)而使結(jié)構(gòu)適用性和安全性發(fā)生不利變化的機(jī)械、物理、化學(xué)或生物方面的影響。它與“作用”共同構(gòu)成了導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能和狀態(tài)變化的原因。四.作用和環(huán)境影響4.相關(guān)文獻(xiàn)“結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的進(jìn)展”作 者：邵卓民期 刊：建筑結(jié)構(gòu)，7~11期，1998五.抗力要求認(rèn)識抗力不確定性的來源。了解材料性能、幾何參數(shù)和計(jì)算模式的統(tǒng)計(jì)分析方法和結(jié)果。了解材料性能、幾何參數(shù)和計(jì)算模式的標(biāo)準(zhǔn)值的確定方法。五.抗力2.問題以隨機(jī)變量作為抗力的基本概率模型是否對所有結(jié)構(gòu)都適合？五.抗力2.問題材料性能會隨時(shí)間而變化，構(gòu)件幾何參數(shù)是否會隨時(shí)間而變化？五.抗力2.問題為什么不對實(shí)際構(gòu)件的材料性能直接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)？五.抗力2.問題從材料強(qiáng)度KM的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？五.抗力2.問題從幾何參數(shù)KA的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？五.抗力2.問題從計(jì)算模式KP的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？五.抗力2.問題從抗力R的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？五.抗力2.問題荷載和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力是否相互獨(dú)立？五.抗力3.提示構(gòu)件抗力應(yīng)以隨機(jī)過程作為基本概率模型，但目前簡單地將其模型化為隨機(jī)變量。構(gòu)件抗力的直接統(tǒng)計(jì)非常困難，目前采用間接的統(tǒng)計(jì)方法確定抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，其概率分布形式則假定為對數(shù)正態(tài)分布。構(gòu)件抗力的不確定性來源于三個(gè)方面：材料性能、幾何參數(shù)和計(jì)算模式。針對不同的情況，我國對這三方面的不確定性進(jìn)行了調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。在根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)一步計(jì)算構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)時(shí)，近似假定構(gòu)件抗力的各個(gè)影響因素相互獨(dú)立。六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算要求了解可靠指標(biāo)的含義。了解一次二階矩法的基本思想。認(rèn)識中心點(diǎn)法的適用范圍和缺陷。了解“當(dāng)量正態(tài)化”法的基本思想。六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算2.問題正態(tài)隨機(jī)變量的線性函數(shù)的概率分布如何確定？六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算2.問題對于正態(tài)基本變量的非線性功能函數(shù)，如何計(jì)算可靠度？六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算2.問題選擇均值點(diǎn)作為泰勒級數(shù)展開點(diǎn)是否合適？六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算2.問題采用驗(yàn)算點(diǎn)展開有哪些優(yōu)點(diǎn)？六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算2.問題基本變量不服從正態(tài)分布時(shí)怎么辦？六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算3.提示為避免復(fù)雜的多重積分計(jì)算，目前的結(jié)構(gòu)可靠度實(shí)用計(jì)算方法僅考慮基本變量的一、二階矩，并將功能函數(shù)簡化為線性函數(shù)，計(jì)算結(jié)果為與失效概率密切相關(guān)的可靠指標(biāo)，該類方法統(tǒng)稱為一次二階矩法。在該類方法中，中心點(diǎn)法僅適用于正態(tài)基本變量、線性功能函數(shù)的情況，在功能函數(shù)的概率密度函數(shù)圖形中可靠指標(biāo)指原點(diǎn)到均值點(diǎn)的距離；驗(yàn)算點(diǎn)法適用于非線性功能函數(shù)的情況，如果采用“當(dāng)量正態(tài)化”法，也可用于非正態(tài)基本變量的情況，在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機(jī)向量空間中可靠指標(biāo)指原點(diǎn)到失效曲面的最短距離，需采用迭代法計(jì)算。六.結(jié)構(gòu)可靠度的度量和計(jì)算4.作業(yè)用驗(yàn)算點(diǎn)法求可靠指標(biāo)?？紤]極限狀態(tài)方程：對數(shù)正態(tài)分布：正態(tài)分布：極值Ⅰ型分布七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式要求了解74規(guī)范的可靠度水平了解84規(guī)范的目標(biāo)可靠指標(biāo)熟悉實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式，理解分項(xiàng)系數(shù)與目標(biāo)可靠指標(biāo)的關(guān)系了解概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題原規(guī)范未采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，它的可靠指標(biāo)是否存在？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題從原規(guī)范可靠度水平的分析結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題既然可靠指標(biāo)所對應(yīng)的失效概率并不意味著真實(shí)的破壞概率，為什么還要用可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)的可靠性？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題為什么目標(biāo)可靠指標(biāo)的制定要區(qū)別延性破壞和脆性破壞？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題在實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式中，結(jié)構(gòu)的可靠度水平是通過什么表達(dá)的？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式2.問題從現(xiàn)行規(guī)范可靠度水平的分析結(jié)果中可得出哪些結(jié)論？七.實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式3.提示我國目前的