工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法

第九章結(jié)構(gòu)可靠度分析內(nèi)容提要第一節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度基本概念

一、結(jié)構(gòu)的功能要求二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程三、結(jié)構(gòu)的可靠度四、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)

第二節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法

一、中心點(diǎn)法二、驗(yàn)算點(diǎn)法

第三節(jié)結(jié)構(gòu)體系的可靠度

一、基本概念二、結(jié)構(gòu)體系可靠度的上下界第一節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度基本概念

一、結(jié)構(gòu)的功能要求

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：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(聯(lián)接)

設(shè)計(jì)使用年限(designworkinglife)-設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)期目的使用的時(shí)期-即房屋結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)下所應(yīng)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、使用與維修的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因類別設(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)(返回)

GB50068—2001規(guī)定：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分類

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(designreferenceperiod)--為確定可變作用及時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)

規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年

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

足夠的耐久性--指結(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。從工程概念上講，足夠的耐久性就是指在正常維護(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。

整體穩(wěn)定性--指在偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌(返回)二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程

“極限狀態(tài)(limitstate)”定義

整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)(達(dá)到極限承載力；失穩(wěn)；變形、裂縫寬度超過某一規(guī)定限制等)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)失效的臨界狀態(tài)

“極限狀態(tài)”分類

承載能力極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)--結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形

承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志（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（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過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)機(jī)構(gòu)（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定性(5)地基喪失承載力而破壞

保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性

正常使用極限狀態(tài)-結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)規(guī)定限值

正常使用極限狀態(tài)標(biāo)志（1）影響正常使用或外觀的變形（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、腐蝕、凍害等)

保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性、耐久性

結(jié)構(gòu)及的三銅種設(shè)網(wǎng)計(jì)狀絕態(tài)（根攻據(jù)結(jié)坐構(gòu)在客施工爺和使羨用中調(diào)的環(huán)筋境條舍件和納影響狡）1、持久孔狀況—在結(jié)需構(gòu)使下用過賽程中衡一定翻出現(xiàn)甚，其持續(xù)撒期很長(zhǎng)(一般抬與設(shè)輩計(jì)使園用年會(huì)限為型同一士數(shù)量孟級(jí))的狀腸況。2、短暫聽狀況—在結(jié)勁構(gòu)施糧工和篇使用爺過程泄中出掘現(xiàn)概洪率較譜大，插而與緒設(shè)計(jì)迅使用千年限槍相比哈，持圖續(xù)期深很短拘的狀柴況。層如施暗工和京維修攻等。3、偶然糾狀況—在結(jié)厭構(gòu)使徹用過派程中期出現(xiàn)拜概率祝很小坐，且賄持續(xù)忍期很托短的如狀況賴，如走火災(zāi)鐘、爆旋炸、歸撞擊遼等。

建筑摔結(jié)構(gòu)柜的三儀種設(shè)蓬計(jì)狀貿(mào)況應(yīng)進(jìn)分別端進(jìn)行塞承載練力極涌限狀圍態(tài)設(shè)尋計(jì)1、對(duì)互三種影狀況求，均應(yīng)進(jìn)漸行承下載力曬極限疾狀態(tài)伐設(shè)計(jì)2、對(duì)牛持久侄狀況奏，尚應(yīng)進(jìn)軌行正境常使果用極鏈限狀怎態(tài)設(shè)軟計(jì)3、對(duì)穿短暫切狀況樓，可根距據(jù)需駱要進(jìn)行哲正常倘使用悠極限瘋狀態(tài)淡設(shè)計(jì)

極限贏狀態(tài)朝方程基本妻變量:作用擺效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)抱抗力R戴--隨機(jī)帽變量結(jié)構(gòu)才的功答能函鍬數(shù)Z=覽g(R,仿S)=R-倚S極限城狀態(tài)邊方程Z=停g(R,昆S)匆=R均-S=0SRZ=災(zāi)R-逼S=0Z>0可靠磨區(qū)Z<0失效電區(qū)0三、見結(jié)構(gòu)幻玉的可僻靠度

定義--結(jié)構(gòu)做在規(guī)馬定時(shí)忙間內(nèi)蠅，在佩規(guī)定餐條件帖下完晉成預(yù)勻定功甚能的概率

結(jié)構(gòu)販可靠患性的較概率闊度量

結(jié)構(gòu)暖可靠仇度是就以正凝常設(shè)崇計(jì)、薦正常宵施工斧、正狂常使淋用為守條件繁的，絲式不考偶慮人切為過披失的誦影響歡。人為導(dǎo)過失扔應(yīng)通愛過其場(chǎng)他措醫(yī)施予忽以避商免。

結(jié)構(gòu)季可靠劈燕度的婦度量

結(jié)構(gòu)廢可靠藏度滿繳足：Z>0具有嚴(yán)相當(dāng)皆大的碎概率或Z<0具有呢相當(dāng)滋小的億概率

結(jié)構(gòu)箏完成曲預(yù)定誘功能高的概茶率Ps=P(Z

0)--可靠痰概率

結(jié)構(gòu)奪不能滾完成頸預(yù)定暮功能銀的概對(duì)率Pf=P(Z<0泰)--失效庫(kù)概率Ps+Pf=1→Pf=1脫-Ps

采用失效鎮(zhèn)概率Pf來(lái)度穩(wěn)量結(jié)代構(gòu)的管可靠理度四、售結(jié)構(gòu)套可靠多指標(biāo)

若R~記N(

R,

R)，S~穩(wěn)N(

S,

S)，且R、S相互親獨(dú)立

Z=歪R-囑S~欺N(

z,

z)，

z=

R-

S，

2z=

2R+

2S

可用去結(jié)構(gòu)扣可靠壤指標(biāo)

來(lái)度點(diǎn)量結(jié)位構(gòu)的答可靠息性↓Ps+Pf=1

=

z/

z

Pf

Ps↑Pf=1-(

)

結(jié)構(gòu)拋可靠諒指標(biāo)

第二策節(jié)結(jié)構(gòu)晚可靠膜度分悲析的兇實(shí)用茫方法

中心誘點(diǎn)法~只適贏用于濾基本府變量簡(jiǎn)為正荷態(tài)分展布、架功能拉函數(shù)固為線膜性的瓦情況一、鍵中心叼點(diǎn)法根據(jù)胳概率序論中電心極蜘限定底理，標(biāo)當(dāng)n

，Z近似年服從鑰正態(tài)胸分布

=

z/

z

Pf=1-(

)

驗(yàn)算卻點(diǎn)法補(bǔ)（JC紋SS建議旅）~能夠暈考慮賄非正在態(tài)基僑本變肌量、說(shuō)非線綱性極藥限狀極態(tài)方往程

=

z/

z

Pf=1-(

)將Z在各模變量趁的均旅值點(diǎn)囑處展下開成泰勒必級(jí)數(shù)，并件取線從性項(xiàng)二、蕩驗(yàn)算種點(diǎn)法

（以進(jìn)兩個(gè)求正態(tài)貫基本鉛變量R、S情況長(zhǎng)為例獄）多個(gè)匆正態(tài)席基本成變量姿情況——自學(xué)多個(gè)泡非正鍛態(tài)基悅本變士量情停況——自學(xué)

將一業(yè)般正態(tài)攪分布N（

,

）

標(biāo)準(zhǔn)筑正態(tài)笨分布N（0，1）坐標(biāo)賓變換極限直狀態(tài)固方程再：

極限渣狀態(tài)五方程員：

驗(yàn)算據(jù)點(diǎn)第四央節(jié)蔬結(jié)紋構(gòu)體豆系的返可靠維度結(jié)構(gòu)兩構(gòu)件(包括角連接勵(lì)）的異可靠料度

結(jié)構(gòu)揮體系睬可靠榆度?一、圣基本拍概念1、結(jié)雖構(gòu)構(gòu)扎件的穩(wěn)失效險(xiǎn)性質(zhì)（根筋據(jù)其帽材料校和受升力性朽質(zhì)不啞同）

脆性厘構(gòu)件--一旦黎失效屑立即左完全鼻喪失境功能披的構(gòu)冤件

延性檢構(gòu)件--失效翠后仍波能維葵持原豈有功歉能的竿構(gòu)件

構(gòu)件墓失效退性質(zhì)悟的不花同，匹對(duì)結(jié)撲構(gòu)體郵系可蒙靠度敗的影撤響不期同2、結(jié)懇構(gòu)體浙系的童失效僅模型

組成滋結(jié)構(gòu)府的方出式（你靜定胞、超貨靜定肢）

構(gòu)件抽失效箏性質(zhì)工（脆明性、別延性嫂）

串聯(lián)倆模型括、并過聯(lián)模厲型、愛串-并聯(lián)株模型（1）串腔聯(lián)模薯型若結(jié)眼構(gòu)中駕任一民構(gòu)件懷失效莊，則股整個(gè)狂結(jié)構(gòu)瓣也失蝴效，影這類青結(jié)構(gòu)表系統(tǒng)~串聯(lián)喬模型

所有青靜定婦結(jié)構(gòu)的失揭效分隨析~串聯(lián)俱模型

由脆遣性構(gòu)猾件做僑成的手超靜編定結(jié)錢構(gòu)的失貨效分往析~串聯(lián)榆模型PPPSS桁架霧桿件~若構(gòu)臟件中壇有一階個(gè)或并一個(gè)鑒以上逆的構(gòu)匙件失悅效，堪剩余素的構(gòu)立件或債失效雀的延拾性構(gòu)柜件，慘仍能禿維持喉整體橋結(jié)構(gòu)騰的功糾能排架秤柱

所有北超靜急定結(jié)劣構(gòu)的衡失效濕分析~并聯(lián)唉模型（2）并購(gòu)聯(lián)模危型(3憑)串—并聯(lián)極模型在延礎(chǔ)性構(gòu)光件組模成的寶超靜村定結(jié)回構(gòu)中晌，若測(cè)結(jié)構(gòu)勿的最招終失釋效狀挖態(tài)不鬧限于律一種徒，則扭這類惑結(jié)構(gòu)糾系統(tǒng)~串-并聯(lián)繳模型鋼構(gòu)澇架截面遙塑性矛鉸元晨件15234111555244433212451345234由脆搖性構(gòu)葵件組磨成的狹超靜此定結(jié)哭構(gòu)并劑聯(lián)子按系統(tǒng)叔可簡(jiǎn)粗化為烘一個(gè)達(dá)單元?

串聯(lián)套模型（當(dāng)橋一個(gè)囑元件萬(wàn)發(fā)生遼破壞粥，就棄可近火似認(rèn)逝為整僑個(gè)結(jié)昆構(gòu)破同壞）二、纖結(jié)構(gòu)拖體系宰可靠駕度的登上下析界

同一拖結(jié)構(gòu)符中不郵同構(gòu)掀件的淘失效蔑有一供定相基關(guān)性各失酒效形擔(dān)態(tài)間梯存在侮相關(guān)鮮性

結(jié)構(gòu)符體系潔可靠錯(cuò)度的瞎上、目下界

各構(gòu)遲件的罰工作談狀態(tài)Xi、失效沾狀態(tài)Xi、各構(gòu)薯件失以效概團(tuán)率Pfi結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)朵失效掀概率Pf1、串霜聯(lián)系較統(tǒng)▲元興件（n個(gè)）盈工作厭狀態(tài)因完全崗獨(dú)立▲元件肆（n個(gè)）峽工作批狀態(tài)康完全柔相關(guān)▲一般應(yīng)串聯(lián)緒系統(tǒng)扶失效也概率Pf對(duì)于荷靜定榴結(jié)構(gòu)豪，結(jié)嘴構(gòu)體到系的案可靠扛度總≤構(gòu)件寒的可完靠度2、并摘聯(lián)系賭統(tǒng)

元件拳（n個(gè)）牧工作攻狀態(tài)穗完全他獨(dú)立

元件抓（n個(gè)）鎖工作弟狀態(tài)猾完全普相關(guān)

一般魔并聯(lián)目系統(tǒng)墾失效柜概率Pf

對(duì)超尊靜定古結(jié)構(gòu)

當(dāng)結(jié)梁構(gòu)的