結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教案-第1章-概述

結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可靠度的地位和作用力學(xué)知識(shí)和工程結(jié)構(gòu)知識(shí)聯(lián)系的紐帶，是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)可靠度安全評(píng)定的理論基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測(cè)可靠度安全評(píng)定的理論基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可靠度第一章緒論第二章結(jié)構(gòu)可靠性的概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)第三章結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度的計(jì)算方法第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第五章結(jié)構(gòu)荷載的統(tǒng)計(jì)分析第六章結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)第七章結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)推薦參考書(shū)張新培主編：建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)楊偉軍等編著：土木工程結(jié)構(gòu)可靠度理論與設(shè)計(jì)李國(guó)強(qiáng).工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999趙國(guó)藩.工程結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用.大連理工大學(xué)出版社,1996李繼華,林忠民等.建筑結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1990規(guī)范：工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50153-2008)

建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB500682001)引言工程中的不確定性結(jié)構(gòu)可靠性的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的過(guò)程和目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變第一章概述1.1引言第一章概述1.1引言工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的兩個(gè)方面

在我們周?chē)?，存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)，如土木工程結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、航空航天結(jié)構(gòu)等，它們是為了某種使用目的而設(shè)計(jì)，在給定的環(huán)境條件下能夠承受和傳遞可能發(fā)生的荷載作用的一種工程構(gòu)造。以土木工程為例，由鋼、木、砌體、混凝土、鋼筋混凝土等建造的各種建筑物或構(gòu)筑物，包括工業(yè)與民用建筑、橋梁、公路、鐵路、碼頭、堤壩、海洋平臺(tái)、涵洞、渡槽、水閘、管道和容器等統(tǒng)稱(chēng)為工程結(jié)構(gòu)。土木工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由墻、板、梁、柱、拱、索等不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成，猶如人體中的骨架，構(gòu)成了房屋、橋梁、隧道等各類(lèi)土建工程設(shè)施的主體。1.1引言1.工程結(jié)構(gòu)的定義1.1引言1.工程結(jié)構(gòu)的定義工程結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)的使用期內(nèi)，需要安全地承受各種使用荷載，經(jīng)受氣象作用，以及波浪、地震等自然作用。它們的安全與否，不但影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且還關(guān)系到人身安危。對(duì)結(jié)構(gòu)的要求：結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件具備在各種外加作用下防止破壞倒塌、保護(hù)人員財(cái)產(chǎn)不受損失的能力。特別是對(duì)一些重要的紀(jì)念性建筑物，作為一個(gè)劃時(shí)代的文化特征，將流傳后世，對(duì)安全、適用、美觀(guān)、耐久等方面，還有更高的要求。

1.1引言2.工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟

選擇合理的結(jié)構(gòu)方案:第一步是調(diào)查研究、分析對(duì)比，在滿(mǎn)足預(yù)定功能的條件下，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(jì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面和可行的施工方案:第二步包括結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面內(nèi)力或應(yīng)力的分析，以及根據(jù)截面的內(nèi)力或應(yīng)力，選擇截面尺寸、確定材料用量等。通常稱(chēng)為結(jié)構(gòu)計(jì)算。本課程主要是討論在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，截面或構(gòu)件設(shè)計(jì)的安全性和可靠性的問(wèn)題。

1.1引言3.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：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算主要解決兩方面的問(wèn)題：一方面是如何考慮材料固有的性能，使結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析日趨完善；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論由于采用了現(xiàn)代力學(xué)方法、計(jì)算機(jī)和完善的實(shí)驗(yàn)，所以更精確。

如何合理地選擇影響結(jié)構(gòu)安全的參數(shù)：另一方面是如何合理地選擇影響結(jié)構(gòu)安全的參數(shù)，如荷載值、材料強(qiáng)度值以及安全系數(shù)等。若不考慮荷載、材料強(qiáng)度等參數(shù)的不確定性和它們對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，那就會(huì)與日益精確的力學(xué)分析不相匹配。例如安全系數(shù)取大些，荷載值取大些，就多用材料造成不必要的浪費(fèi)；反之就會(huì)造成危險(xiǎn)。所以如何在結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇一種最佳的平衡，力求以最經(jīng)濟(jì)的途徑使所建造的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M(mǎn)足各種預(yù)定的功能要求是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的根本問(wèn)題。。

1.1引言3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的兩個(gè)方面KS≤R以受彎構(gòu)件為例，其一般表達(dá)式為

M≤Mp/K

式中：

Mp——截面破壞時(shí)的抵抗彎矩

K——構(gòu)件承載力安全系數(shù)

M——標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的截面彎矩。1.1引言3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的兩個(gè)方面

圖1.1結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)

1.2工程中的不確定性第一章概述不確定性信息分類(lèi)1.2工程中的不確定性1.2工程中的不確定性1.工程中的不確定性信息主要有三類(lèi)隨機(jī)信息：客觀(guān)不可控因素

——概率理論,隨機(jī)過(guò)程理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)等不準(zhǔn)確或不完整的信息:對(duì)自然現(xiàn)象認(rèn)識(shí)不足或無(wú)能

——凸集理論，證據(jù)理論等。模糊信息：主觀(guān)描述和表達(dá)

——模糊數(shù)學(xué)等；1.2工程中的不確定性客觀(guān)不確定性——隨機(jī)信息主觀(guān)不確定性——模糊信息，不準(zhǔn)確或不完整信息如：材料的破壞、地震的機(jī)理等2.不確定性信息可分為：3.按照產(chǎn)生的原因，不確定性可歸為：自然因素——荷載如風(fēng)、地震、雪、冰荷載等；人為因素——制造、加工、施工誤差等4.本課程主要的研究土木工程中的隨機(jī)性可以歸為：物理性質(zhì)的不確定性——荷載和抗力的內(nèi)在隨機(jī)性如：風(fēng)、地震、雪、冰荷載以及材料性能等1.2工程中的不確定性統(tǒng)計(jì)的不確定性——由于樣本容量有限帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)模型和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性計(jì)算模型的不確定性——各種假設(shè)、簡(jiǎn)化和模型化引起的隨機(jī)性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中存在大量的隨機(jī)不確定性因素；5.總結(jié)1.2工程中的不確定性荷載及結(jié)構(gòu)的抗力不是確定性的量，它們是隨機(jī)變量，因此絕對(duì)可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不存在的！由于結(jié)構(gòu)的荷載和抗力存在隨機(jī)不確定性，所以采用結(jié)構(gòu)可靠度理論研究結(jié)構(gòu)的可靠性問(wèn)題。1.3結(jié)構(gòu)可靠性的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)第一章概述1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度設(shè)計(jì)使用年限與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期結(jié)構(gòu)的功能要求設(shè)計(jì)狀況作用和作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力極限狀態(tài)極限狀態(tài)方程1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)1.可靠性與可靠度建筑結(jié)構(gòu)的可靠性指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。包括安全性、適用性和耐久性三項(xiàng)要求。結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，其定義是：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（設(shè)計(jì)使用年限）內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用維護(hù)），完成預(yù)定功能的概率，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)可靠度。必須指出：結(jié)構(gòu)可靠度與使用年限長(zhǎng)短有關(guān)，結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所指的結(jié)構(gòu)可靠度或結(jié)構(gòu)失效概率，是對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限而言的，當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限后，結(jié)構(gòu)失效概率可能較設(shè)計(jì)預(yù)期值增大。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)2.設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限是設(shè)計(jì)規(guī)定的有關(guān)時(shí)期，在這一規(guī)定時(shí)期內(nèi)，只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用，完成預(yù)定的功能，即房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所達(dá)到的使用年限。如達(dá)不到這個(gè)年限則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用與維護(hù)的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因。所謂“正常維護(hù)”包括必要的檢測(cè)、防護(hù)及維修。設(shè)計(jì)使用年限是房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程“合理使用年限”的具體化。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068—2001規(guī)定：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分類(lèi)類(lèi)別設(shè)計(jì)使用年限（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結(jié)構(gòu)2.設(shè)計(jì)使用年限1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)3.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期荷載是隨時(shí)間而變動(dòng)的隨機(jī)過(guò)程，結(jié)構(gòu)材料性能亦是以時(shí)間為變量的隨機(jī)函數(shù)，所以結(jié)構(gòu)可靠度應(yīng)是時(shí)間的函數(shù)。怎么??？設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能取值而選用的時(shí)間參數(shù)?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。國(guó)際上對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的取值并不統(tǒng)一，例如：國(guó)際“結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)”(JCSS)建議的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，加拿大“國(guó)際建筑法規(guī)”取30年。注意：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，設(shè)計(jì)使用年限≠使用壽命超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的結(jié)構(gòu)，并不見(jiàn)得就得報(bào)廢，而僅僅是它的可靠度有所降低（失效概率有所增加）而已。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)4.結(jié)構(gòu)的功能要求工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的是以最經(jīng)濟(jì)的手段，賦予結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷?，使結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，具備預(yù)定的各種功能。具體地講，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿(mǎn)足下列功能要求：1、在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；2、在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；3、在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；4、在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)

1項(xiàng)、4項(xiàng)

結(jié)構(gòu)安全性的要求

2項(xiàng)

結(jié)構(gòu)適用性的要求

3項(xiàng)

結(jié)構(gòu)耐久性的要求

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（設(shè)計(jì)使用年限）內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用），完成預(yù)定功能的能力－結(jié)構(gòu)的可靠性，包括結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。4.結(jié)構(gòu)的功能要求1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)◆安全性①．結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。②．在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。例如英國(guó)倫敦CanningTown一幢23層裝配式大板結(jié)構(gòu)公寓大樓，由于18層一家發(fā)生了家用瓦斯爆炸，將該層的一塊外墻板炸壞，使這一初始局部破壞沿建筑物豎向蔓延，一層一層連續(xù)倒塌直至地面。4.結(jié)構(gòu)的功能要求1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)◆適用性

③．結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度?！?/p>

耐久性④．結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。4.結(jié)構(gòu)的功能要求從工程概念上講，足夠的耐久性能就是指在正常維護(hù)條件下能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。即在預(yù)定的使用期內(nèi)，材料惡化不嚴(yán)重。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)5.極限狀態(tài)的定義和分類(lèi)衡量一個(gè)結(jié)構(gòu)是否可靠，或者說(shuō)是否完成功能要求，應(yīng)有明確的標(biāo)志－－極限狀態(tài)。整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)(達(dá)到極限承載力；失穩(wěn)；變形、裂縫寬度超過(guò)某一規(guī)定限制等)

，就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的某一項(xiàng)功能要求，此特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定的功能時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定的功能時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠（有效）或者不可靠（失效）的界限，所以也有稱(chēng)為“界限狀態(tài)”的。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)失效的臨界狀態(tài)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)5.極限狀態(tài)的定義和分類(lèi)極限狀態(tài)的分類(lèi)國(guó)際上對(duì)極限狀態(tài)的分類(lèi)方法有很多種，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為：承載能力極限狀態(tài)

保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性正常使用極限狀態(tài)

保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性、耐久性1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)6.承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)可理解為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮允許的最大承載功能的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于塑性變形而使其幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未達(dá)到最大承載能力，但已經(jīng)徹底不能使用，也屬于這種極限狀態(tài)。疲勞破壞是在使用中由于荷載在多次重復(fù)作用而的達(dá)到的承載能力極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)可靠性應(yīng)該很好；承載能力極限狀態(tài)的出現(xiàn)概率應(yīng)當(dāng)很低。因?yàn)樗赡軐?dǎo)致人身傷亡和大量的財(cái)產(chǎn)損失。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)6.承載能力極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志（出現(xiàn)下列狀態(tài)之一）（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；（5）地基喪失承載力而破壞（如失穩(wěn)等）。

保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)7.正常使用極限狀態(tài)可理解為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某個(gè)限值的狀態(tài)。例如，某些構(gòu)件必須控制變形、裂縫才能滿(mǎn)足使用要求。因過(guò)大的變形會(huì)造成房屋內(nèi)粉刷層剝落、填充墻和隔斷墻開(kāi)裂及屋面積水等后果；過(guò)大的裂縫會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性；過(guò)大的變形、裂縫也會(huì)造成用戶(hù)心理上的不安全感。與承載能力極限狀態(tài)相比較，由于其對(duì)生命的危害較小，故允許出現(xiàn)的概率可較高。所以這種極限狀態(tài)的可靠性可以適當(dāng)?shù)鸵恍?，但不等于不重視。注意：?duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，過(guò)大的裂縫不僅有損建筑物觀(guān)瞻和影響結(jié)構(gòu)的耐久性，而且有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致重大的工程事故。例如，1980年5月一個(gè)上午，西柏林會(huì)議廳的馬鞍形殼頂突然倒塌。破壞的起因是由于拱與殼板交接處裂縫開(kāi)展，不斷滲水，終于導(dǎo)致鋼筋銹蝕，懸索斷裂，引起世界震驚的倒塌事故。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)7.正常使用極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)標(biāo)志（出現(xiàn)下列狀態(tài)之一）（1）影響正常使用或外觀(guān)的變形（2）影響正常使用或耐久性的局部破壞(包括裂縫)（3）影響正常使用的振動(dòng)（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)（例：滲漏、凍害等)保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性、耐久性1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)7.逐漸破壞極限狀態(tài)指偶然作用后產(chǎn)生的次生災(zāi)害限度，即結(jié)構(gòu)因偶然作用造成局部破壞后，其余部分不致發(fā)生連續(xù)破壞的狀態(tài)。偶然作用包括超過(guò)設(shè)計(jì)烈度的地震、爆炸、車(chē)輛撞擊及基礎(chǔ)塌陷等等。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)7.逐漸破壞極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循的原則為：1）按考慮偶然事件所造成的荷載效應(yīng)的偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)或采取保護(hù)措施，使主要承重結(jié)構(gòu)不致因偶然事件而喪失承載力；2）應(yīng)使主要承重結(jié)構(gòu)因偶然事件而發(fā)生局部破壞后，其剩余部分仍具有適當(dāng)?shù)陌踩龋谝欢螘r(shí)間內(nèi)不致于連續(xù)倒塌，以避免生命和經(jīng)濟(jì)的重大損失，并為修復(fù)提供條件。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)8.結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況分為：1、持久狀況—在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(zhǎng)(一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí))的狀況。2、短暫狀況—在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況。如施工和維修等。3、偶然狀況—在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)8.結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況

建筑結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況應(yīng)分別進(jìn)行極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1、對(duì)三種狀況，均應(yīng)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)2、對(duì)持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3、對(duì)短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)9.作用和作用效應(yīng)作用action

引起結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原因。例如施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力(直接作用，也稱(chēng)為荷載)和引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因(間接作用)。直接作用（荷載）：施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載；例如：結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備、人群、車(chē)輛、風(fēng)荷載、雪荷載、土壓力、水壓力等等。間接作用：引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因；例如：溫度變化、材料的收縮和膨脹變形、焊接殘余變形、不均勻地基沉降、地震作用等等。1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)按隨時(shí)間的變異分類(lèi)：1)永久作用permanent

action

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用（例如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等）。2)可變作用variableaction

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變化且其變化與平均值相比不可忽略的作用（（例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、多遇地震等）。

3)偶然作用accidentalaction

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用（例如罕遇地震、爆炸力、撞擊力等）。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期

designreferenceperiod

為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。（例如我國(guó)規(guī)范定為50年）

9.作用和作用效應(yīng)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)作用效應(yīng)

effectofanaction

由作用引起的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反應(yīng)，例如內(nèi)力、變形和裂縫等。荷載效應(yīng)S（荷載引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、位移等）9.作用和作用效應(yīng)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)10.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)抵抗破壞或變形的能力，如極限內(nèi)力、極限強(qiáng)度、剛度以及抗滑力、抗傾力矩等。結(jié)構(gòu)抗力R(構(gòu)件的承載力、撓度限值、裂縫寬度限值等)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)11.功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performancefunction)

按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來(lái)表達(dá)，即極限狀態(tài)方程(limitstateequation)1.3結(jié)構(gòu)可靠的基本概念及基本術(shù)語(yǔ)11.功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performancefunction)

1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)第一章概述1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)1.目標(biāo):以最經(jīng)濟(jì)的途徑達(dá)到所期望的功能要求能承受正常施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用；—

安全性在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；—適用性在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；—耐久性遭受偶然作用時(shí)，能保持必要的整體穩(wěn)定性。—安全性偶然作用如地震、龍卷風(fēng)、爆炸（煤氣或恐怖襲擊）、火災(zāi)等具體功能要求：結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性構(gòu)成結(jié)構(gòu)可靠性1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本步驟：結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)——

在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)預(yù)定功能的條件下，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)——荷載計(jì)算、荷載效應(yīng)計(jì)算（內(nèi)力或應(yīng)力）、結(jié)構(gòu)抗力的計(jì)算（結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸和材料用量）。1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)：各種自然和人為作用及其作用效應(yīng)的特性和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；——荷載及其荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)理論就是在結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)和抗力之間進(jìn)行合理平衡的方法。結(jié)構(gòu)抵抗各種自然和人為作用的能力的把握；——結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗力結(jié)構(gòu)的作用和抗力之間的合理平衡——設(shè)計(jì)理論方法1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變第一章概述1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變?nèi)菰S應(yīng)力設(shè)計(jì)法破損階段設(shè)計(jì)法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1.容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法（WSD)

設(shè)計(jì)表達(dá)式：其中，，是材料的彈性極限強(qiáng)度。稱(chēng)為安全系數(shù)，延性材料：1.4～1.6，脆性材料：2.5～3.0。1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變?cè)诮W(xué)理論和試驗(yàn)方法建立之前，依靠模仿、比較、直覺(jué)的“設(shè)計(jì)”，…，直到17世紀(jì)；特點(diǎn)－所有不確定因素（包括荷載和抗力）用一個(gè)系數(shù)考慮；－安全系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)確定；－材料極限強(qiáng)度沒(méi)有統(tǒng)一的準(zhǔn)則。－不能考慮材料的塑性能力。1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變2.破損階段設(shè)計(jì)法(DFD)

設(shè)計(jì)表達(dá)式：其中，為結(jié)構(gòu)破損狀態(tài)時(shí)的承載力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載引起的內(nèi)力(荷載效應(yīng))

為安全系數(shù)，約為2.0特點(diǎn)－所有不確定因素（包括荷載和抗力）用一個(gè)系數(shù)考慮；－安全系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)確定；－考慮了材料的塑性。與容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法的不同：

—抗力的計(jì)算：容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法采用彈性破壞準(zhǔn)則，破損階段設(shè)計(jì)法采用塑性破壞準(zhǔn)則。

—表達(dá)的物理意義：容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法是應(yīng)力層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，破損階段設(shè)計(jì)法是內(nèi)力層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

—安全系數(shù)的物理意義：破損階段設(shè)計(jì)法的安全考慮不僅包含容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法考慮的內(nèi)容，還包括截面塑性發(fā)展。1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變3.多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(MFLSD)

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)的定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求的臨界狀況，超過(guò)這一狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類(lèi)：

承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變

設(shè)計(jì)表達(dá)式：其中，和為恒荷載效應(yīng)和活荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值和為恒荷載系數(shù)和活荷載系數(shù)是抗力，是抗力系數(shù)是材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

為荷載系數(shù)，為構(gòu)件強(qiáng)度系數(shù)；為考慮結(jié)構(gòu)重要性的安全系數(shù)，一般取1.0。，稱(chēng)基本安全系數(shù)，取1.41(A3鋼)或1.45(16Mn)

取1.40(受彎)或1.55(受壓)。3.多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(MFLSD)明確了按不同極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：承載能力極限狀態(tài)，正常使用極限狀態(tài)；1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變

對(duì)不同荷載、影響抗力的不同因素采用不同系數(shù)；部分荷載和材料強(qiáng)度的確定采用了統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的。荷載和抗力抗力系數(shù)仍然是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)確定的極限狀態(tài)沒(méi)有明確的保證概率。特點(diǎn)：1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變4.結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法

20世紀(jì)70年，以概率論為基礎(chǔ)的可靠度理論趨于成熟；發(fā)展了基于構(gòu)件可靠度設(shè)計(jì)的荷載抗力分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方法；各個(gè)國(guó)家、不同行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范逐步向LRFD設(shè)計(jì)方法過(guò)渡；在特別重要的重大工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用全概率設(shè)計(jì)法。4.1結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法發(fā)展概況1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變

分不同極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：承載能力極限狀態(tài)，正常使用極限狀態(tài);荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并按一定保證率確定；荷載和抗力分項(xiàng)系數(shù)按照確定的目標(biāo)概率標(biāo)定，因此，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有明確的可靠概率。4.2近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：采用多系數(shù)的表達(dá)形式1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變Level1:確定性設(shè)計(jì)表達(dá)式＋半經(jīng)驗(yàn)半概率系數(shù)，(MFLSD)；Level2:近似概率設(shè)計(jì)方法如：確定性設(shè)計(jì)表達(dá)式＋可靠度方法校準(zhǔn)的系數(shù)，(LRFD)Level3:完全概率設(shè)計(jì)方法；Level4:以總造價(jià)（期望）為目標(biāo)的優(yōu)化方法。4.3結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法（規(guī)范）的概率水平1.6結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展概況第一章概述國(guó)外結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展?fàn)顩r結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法發(fā)展概況1.6結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展概況1.6結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展概況

1.6.1國(guó)外結(jié)構(gòu)可靠度發(fā)展?fàn)顩r1947年，F(xiàn)reudenthal在歷史上首次提出“結(jié)構(gòu)的安全性”問(wèn)題。1956年，第一次明確提出結(jié)構(gòu)的失效概率和可靠指標(biāo)的概念。1969年，Cornell在歷史上第一個(gè)明確給出可靠指標(biāo)的計(jì)算公式；至1974年，與AngA.H.-S.（洪華生）建立了均值一次二階矩方法的基本理論，并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。1983年，Shinozuka首次將設(shè)計(jì)點(diǎn)的確定表達(dá)為約束優(yōu)化問(wèn)題，并證明設(shè)計(jì)點(diǎn)是“最可失效點(diǎn)”；同時(shí)，第一次將“重要抽樣法”引入結(jié)構(gòu)可