第八章結構可靠度分析內容提要第一節(jié)結構可靠度基本概念

一、結構的功能要求二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程三、結構的可靠度四、結構可靠指標

第二節(jié)結構可靠度分析的實用方法

一、中心點法二、驗算點法

第三節(jié)結構體系的可靠度

一、基本概念二、結構體系可靠度的上下界第八章結構可靠度分析內容提要1第一節(jié)結構可靠度基本概念

一、結構的功能要求

結構在規(guī)定的設計使用年限內應滿足下列功能要求：1、在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用2、在正常使用時具有良好的工作性能3、在正常維護下具有足夠的耐久性4、在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性1項、4項

結構安全性的要求

2項

結構適用性的要求

3項

結構耐久性的要求結構在規(guī)定的時間（設計使用年限）內，在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用），完成預定功能的能力~結構的可靠性，包括結構的安全性、適用性和耐久性(聯(lián)接)第一節(jié)結構可靠度基本概念一、結構的功能要求2設計使用年限(designworkinglife)-設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預期目的使用的時期-即房屋結構在正常設計、正常施工、正常使用和正常維護下所應達到的使用年限，如達不到這個年限則意味著在設計、施工、使用與維修的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應查找原因類別設計使用年限（年）示例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構(返回)

GB50068—2001規(guī)定：結構設計使用年限分類設計使用年限(designworkinglife)類3設計基準期(designreferenceperiod)--為確定可變作用及時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)規(guī)范所采用的設計基準期為50年設計基準期不等同于建筑結構的設計使用年限足夠的耐久性--指結構在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預定時期內，其材料性能的惡化不致導致結構出現(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條件下結構能夠正常使用到規(guī)定的設計使用年限。整體穩(wěn)定性--指在偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，建筑結構僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌(返回)設計基準期(designreferenceperio4二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程

“極限狀態(tài)(limitstate)”定義

整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)(達到極限承載力；失穩(wěn)；變形、裂縫寬度超過某一規(guī)定限制等)就不能滿足設計規(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)結構的極限狀態(tài)

結構失效的臨界狀態(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)二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程5承載能力極限狀態(tài)--結構或結構構件達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)標志（1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（2）結構構件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載（3）結構轉變?yōu)闄C動機構（4）結構或結構構件喪失穩(wěn)定性(5)地基喪失承載力而破壞保證結構或構件的安全性承載能力極限狀態(tài)6正常使用極限狀態(tài)-結構或結構構件達到正常使用或耐久性的某項規(guī)定限值正常使用極限狀態(tài)標志（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（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)（例：滲漏、腐蝕、凍害等)保證結構或構件的適用性、耐久性正常使用極限狀態(tài)7結構的三種設計狀態(tài)（根據(jù)結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響）1、持久狀況—在結構使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(一般與設計使用年限為同一數(shù)量級)的狀況。2、短暫狀況—在結構施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設計使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況。如施工和維修等。3、偶然狀況—在結構使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災、爆炸、撞擊等。建筑結構的三種設計狀況應分別進行承載力極限狀態(tài)設計1、對三種狀況，均應進行承載力極限狀態(tài)設計2、對持久狀況，尚應進行正常使用極限狀態(tài)設計3、對短暫狀況，可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設計結構的三種設計狀態(tài)（根據(jù)結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影8極限狀態(tài)方程基本變量:作用效應S、結構抗力R--隨機變量結構的功能函數(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極限狀態(tài)方程SRZ=R-S=0Z>0Z<009三、結構的可靠度定義--結構在規(guī)定時間內，在規(guī)定條件下完成預定功能的概率結構可靠性的概率度量結構可靠度是以正常設計、正常施工、正常使用為條件的，不考慮人為過失的影響。人為過失應通過其他措施予以避免。結構可靠度的度量結構可靠度滿足：Z>0具有相當大的概率或Z<0具有相當小的概率

結構完成預定功能的概率P

s=P(Z0)

--可靠概率結構不能完成預定功能的概率Pf=P(Z<0)

--失效概率P

s+Pf=1→Pf=1-P

s

采用失效概率Pf來度量結構的可靠度三、結構的可靠度10四、結構可靠指標若R~N(R,R)，S~N(S,S)，且R、S相互獨立

Z=R-S~N(z,z)，z=R-S

，2z=2R+2S四、結構可靠指標Z=R-S~N(z,z)，11結構可靠度分析ppt課件12可用結構可靠指標來度量結構的可靠性↓P

s+Pf=1

=

z/z

Pf

P

s

↑Pf=1-()結構可靠指標可用結構可靠指標來度量結構的可靠性結構可靠指13第二節(jié)結構可靠度分析的實用方法

中心點法~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、中心點法

根據(jù)概率論中心極限定理，當n，Z近似服從正態(tài)分布

=

z/z

Pf=1-()驗算點法（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

第二節(jié)結構可靠度分析的實用方法中心點法一、中心點法14

=

z/z

Pf=1-()將Z在各變量的均值點處展開成泰勒級數(shù)，并取線性項=z/z15二、驗算點法（以兩個正態(tài)基本變量R、S情況為例）多個正態(tài)基本變量情況——自學多個非正態(tài)基本變量情況——自學將一般正態(tài)分布N（,

）標準正態(tài)分布N（0，1）

坐標變換極限狀態(tài)方程：

二、驗算點法極限狀態(tài)方程：16極限狀態(tài)方程：

極限狀態(tài)方程：17驗算點

驗算點18第三節(jié)結構體系的可靠度

結構構件(包括連接）的可靠度結構體系可靠度?一、基本概念1、結構構件的失效性質（根據(jù)其材料和受力性質不同）脆性構件--一旦失效立即完全喪失功能的構件延性構件--失效后仍能維持原有功能的構件

構件失效性質的不同，對結構體系可靠度的影響不同2、結構體系的失效模型組成結構的方式（靜定、超靜定）構件失效性質（脆性、延性）串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、串-并聯(lián)模型第三節(jié)結構體系的可靠度結構構件(包括連接）的可靠度19（1）串聯(lián)模型

若結構中任一構件失效，則整個結構也失效，這類結構系統(tǒng)~串聯(lián)模型所有靜定結構的失效分析~串聯(lián)模型由脆性構件做成的超靜定結構的失效分析~串聯(lián)模型PPPSS桁架桿件（1）串聯(lián)模型所有靜定結構的失效分析~串聯(lián)模型20~若構件中有一個或一個以上的構件失效，剩余的構件或失效的延性構件，仍能維持整體結構的功能排架柱所有超靜定結構的失效分析~并聯(lián)模型（2）并聯(lián)模型~若構件中有一個或一個以上的構件失效，剩余的構件或失效的21(3)串—并聯(lián)模型在延性構件組成的超靜定結構中，若結構的最終失效狀態(tài)不限于一種，則這類結構系統(tǒng)~串-并聯(lián)模型鋼構架截面塑性鉸元件15234111555244433212451345234(3)串—并聯(lián)模型在延性構件組成的超靜定結構中，若結構的最終22

由脆性構件組成的超靜定結構并聯(lián)子系統(tǒng)可簡化為一個單元?

串聯(lián)模型

（當一個元件發(fā)生破壞，就可近似認為整個結構破壞）二、結構體系可靠度的上下界同一結構中不同構件的失效有一定相關性

各失效形態(tài)間存在相關性

結構體系可靠度的上、下界各構件的工作狀態(tài)Xi、失效狀態(tài)Xi、各構件失效概率Pfi

結構系統(tǒng)失效概率Pf由脆性構件組成的超靜定結構并聯(lián)子系統(tǒng)可簡化為一個單元231、串聯(lián)系統(tǒng)▲元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立▲元件（n個）工作狀態(tài)完全相關▲一般串聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf對于靜定結構，結構體系的可靠度總≤構件的可靠度1、串聯(lián)系統(tǒng)▲元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立▲元件（n個）工作242、并聯(lián)系統(tǒng)元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立元件（n個）工作狀