工學(xué)第8章工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法

第八章工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法第一節(jié)可靠度的基本概念第二節(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、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§8.1可靠度的基本概念

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§8.1可靠度的基本概念GB50068—2001規(guī)定：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分類類別設(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)§8.1可靠度的基本概念設(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§8.1可靠度的基本概念極限狀態(tài)方程基本變量:作用效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)抗力R--隨機(jī)變量結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=g(R,S)=R-S

極限狀態(tài)方程Z=g(R,S)=R-S=

0

SRZ=R-S=

0Z>0可靠區(qū)Z<0

失效區(qū)0§8.1可靠度的基本概念三、結(jié)構(gòu)的可靠度

定義--結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的概率

結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量

結(jié)構(gòu)可靠度是以正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用為條件的，不考慮人為過失的影響。人為過失應(yīng)通過其他措施予以避免?！?.1可靠度的基本概念

結(jié)構(gòu)可靠度的度量

結(jié)構(gòu)可靠度滿足Z>0具有相當(dāng)大的概率或Z<0具有相當(dāng)小的概率

結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率P

s=P(Z

0)--可靠概率

結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率Pf=P(Z<0)--失效概率

P

s+Pf=1→Pf=1-P

s

采用失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)的可靠度§8.1可靠度的基本概念四、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)β§8.1可靠度的基本概念β與Pf的數(shù)值關(guān)系可靠指標(biāo)同樣唯一反映結(jié)構(gòu)可靠度，但不需知道各變量的確切分布函數(shù)，只需知道其統(tǒng)計(jì)參數(shù)就可獲得可靠性度量。

2.73.23.74.2pf3.510-36.910-41.110-41.310-5可靠指標(biāo)

與失效概率運(yùn)算值pf的關(guān)系§8.1可靠度的基本概念

中心點(diǎn)法

~只適用于基本變量為正態(tài)分布、功能函數(shù)為線性的情況一、中心點(diǎn)法

根據(jù)概率論中心極限定理，當(dāng)n

，Z近似服從正態(tài)分布

=

z/

z

Pf=1-(

)

驗(yàn)算點(diǎn)法（JCSS建議）

~能夠考慮非正態(tài)基本變量、非線性極限狀態(tài)方程§8.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法（自學(xué).了解）

=

z/

z

Pf=1-(

)將Z在各變量的均值點(diǎn)處展開成泰勒級(jí)數(shù)，并取線性項(xiàng)§8.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法（自學(xué).了解）二、驗(yàn)算點(diǎn)法（以兩個(gè)正態(tài)基本變量R、S情況為例）多個(gè)正態(tài)基本變量情況——自學(xué)多個(gè)非正態(tài)基本變量情況——自學(xué)§8.2結(jié)構(gòu)可靠度分析的實(shí)用方法（自學(xué).了解）

結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括連接）的可靠度

結(jié)構(gòu)體系可靠度?一、基本概念1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效性質(zhì)（根據(jù)其材料和受力性質(zhì)不同）

脆性構(gòu)件--一旦失效立即完全喪失功能的構(gòu)件

延性構(gòu)件--失效后仍能維持原有功能的構(gòu)件

構(gòu)件失效性質(zhì)的不同，對(duì)結(jié)構(gòu)體系可靠度的影響不同2、結(jié)構(gòu)體系的失效模型

組成結(jié)構(gòu)的方式（靜定、超靜定）

構(gòu)件失效性質(zhì)（脆性、延性）

串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、串-并聯(lián)模型§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度（1）串聯(lián)模型若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效，則整個(gè)結(jié)構(gòu)也失效，這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)~串聯(lián)模型

所有靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~串聯(lián)模型

由脆性構(gòu)件做成的超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~串聯(lián)模型PPPSS桁架桿件§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度~若構(gòu)件中有一個(gè)或一個(gè)以上的構(gòu)件失效，剩余的構(gòu)件或失效的延性構(gòu)件，仍能維持整體結(jié)構(gòu)的功能排架柱

所有超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~并聯(lián)模型（2）并聯(lián)模型§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度(3)串—并聯(lián)模型在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的最終失效狀態(tài)不限于一種，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)~串-并聯(lián)模型剛架截面塑性鉸元件15234111555244433212451345234§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度1、串聯(lián)系統(tǒng)▲元件（n個(gè)）工作狀態(tài)完全獨(dú)立▲元件（n個(gè)）工作狀態(tài)完全相關(guān)▲一般串聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf

對(duì)于靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系的可靠度總≤構(gòu)件的可靠度§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度2、并聯(lián)系統(tǒng)

元件（n個(gè)）工作狀態(tài)完全獨(dú)立

元件（n個(gè)）工作狀態(tài)完全相關(guān)

一般并聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf§8.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度

對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)

當(dāng)結(jié)構(gòu)的失效形態(tài)唯一時(shí)，結(jié)構(gòu)體系的