结构可靠度4

结构可靠度索清辉西南大学工程技术学院建筑系[e-mail]02.2011结构可靠度基本概念一、结构的功能要求二、极限状态、极限状态方程三、结构的可靠度四、结构可靠指标结构可靠度分析的实用方法一、中心点法二、验算点法结构体系的可靠度一、基本概念二、结构体系可靠度的上下界结构可靠性理论一、结构的功能要求结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用2、在正常使用时具有良好的工作性能3、在正常维护下具有足够的耐久性4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性1项、4项结构安全性的要求2项结构适用性的要求3项结构耐久性的要求结构可靠性理论结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力结构的可靠性包括结构的安全性、适用性和耐久性结构可靠性理论设计使用年限-设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的使用的时期-即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因结构可靠性理论建筑结构可靠度设计统一标准GB50068—2001规定：结构设计使用年限分类结构可靠性理论设计基准期：为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，规范所采用的设计基准期为50年，设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限足够的耐久性--指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。整体稳定性--指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌结构可靠性理论极限状态、极限状态方程极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态结构的极限状态结构失效的临界状态结构可靠性理论承载能力极限状态正常使用极限状态结构可靠性理论承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度变形而不适于继续承载（3）结构转变为机动机构（4）结构或结构构件丧失稳定性(5)地基丧失承载力而破坏保证结构或构件的安全性结构可靠性理论正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值（1）影响正常使用或外观的变形（2）影响正常使用或耐久性的局部破坏(包括裂缝)（3）影响正常使用的振动（4）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等)保证结构或构件的适用性、耐久性结构可靠性理论结构的三种设计状态（根据结构在施工和使用中的环境条件和影响）1、持久状况—在结构使用过程中一定出现，其持续期很长(一般与设计使用年限为同一数量级)的状况。2、短暂状况—在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等。3、偶然状况—在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如火灾、爆炸、撞击等。结构可靠性理论建筑结构的三种设计状况应分别进行承载力极限状态设计1、对三种状况，均应进行承载力极限状态设计2、对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计3、对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计结构可靠性理论极限状态方程基本变量:作用效应S、结构抗力R--随机变量结构的功能函数Z=g(R,S)=R-S极限状态方程Z=g(R,S)=R-S=0结构可靠性理论结构的可靠度是结构可靠性的概率度量结构在规定时间内，在规定条件下完成预定功能的概率结构可靠度是以正常设计、正常施工、正常使用为条件的，不考虑人为过失的影响。人为过失应通过其他措施予以避免。结构可靠度的度量结构可靠度满足：Z0具有相当大的概率或Z0具有相当小的概率结构完成预定功能的概率Ps=P(Z0)--可靠概率结构不能完成预定功能的概率Pf=P(Z0)--失效概率Ps+Pf=1→Pf=1-Ps采用失效概率Pf来度量结构的可靠度结构可靠性理论四、结构可靠指标若R~N(R,R)，S~N(S,S)，且R、S相互独立Z=R-S~N(z,z)，z=R-S，z2=R2+S2失效概率：令结构可靠性理论结构可靠性理论中心点法~只适用于基本变量为正态分布、功能函数为线性的情况验算点法（JCSS建议）~能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程结构可靠性理论一、中心点法1、结构功能函数为线性函数根据概率论中心极限定理，当n，Z近似服从正态分布=z/zPf=1-()结构可靠性理论一、中心点法2、功能函数为非线性函数情况=z/zPf=1-()结构可靠性理论二、验算点法（以两个正态基本变量R、S情况为例）多个正态基本变量情况——多个非正态基本变量情况——将一般正态分布N（,）标准正态分布N（0，1）坐标变换结构可靠性理论结构构件(包括连接）的可靠度结构体系可靠度?一、基本概念1、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同）脆性构件--一旦失效立即完全丧失功能的构件延性构件--失效后仍能维持原有功能的构件构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同2、结构体系的失效模型组成结构的方式（静定、超静定）构件失效性质（脆性、延性）串联模型、并联模型、串-并联模型结构可靠性理论（1）串联模型若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统~串联模型结构可靠性理论（2）并联模型若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能结构可靠性理论(3)串—并联模型在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，则这类结构系统~串-并联模型结构可靠性理论由脆性构件组成的超静定结构并联子系统可简化为一个单元?结构体系可靠度同一结构中不同构件的失效有一定相关性各失效形态间存在相关性结构可靠性理论结构可靠性理论串联体系可靠度结构可靠性理论并联体系可靠度结构可靠性理论结构主要失效模式的识别在所有可能的结构失效模式中,找到对结构体系的失效概率贡献较大的模式网络搜索法荷载增量法分支-约界法β约界法截至枚举法结构可靠性理论例如对多层多跨框架,其失效模式是天文数字寻找结构失效模式问题并没有很好解决结构体系有多种失效模式,而且各种失效模式并非等失效概率,计算失效概率及其困难界限法PNET法概率网络计算法蒙特卡罗方法蒙特卡罗方法于20世纪40年代美国在第二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”计划的成员S.M.乌拉姆和J.冯·诺伊曼首先提出。数学家冯·诺伊曼用驰名世界的赌城—摩纳哥的MonteCarlo—来命名这种方法，为它蒙上了一层神秘色彩。在这之前，蒙特卡罗方法就已经存在。1777年，法国数学家布丰（GeorgesLouisLecleredeBuffon，1707—1788）提出用投针实验的方法求圆周率。这被认为是蒙特卡罗方法的起源。蒙特卡罗方法蒙特·卡罗方法的基本思想当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。蒙特卡罗方法蒙特卡罗方法解题过程的三个主要步骤：（1）构造或描述概率过程（2）实现从已知概率分布抽样随机数是我们实现蒙特卡罗模拟的基本工具。（3）建立各种估计量蒙特卡罗方法借助计算机技术，蒙特卡罗方法实现了两大优点：一是简单，省却了繁复的数学推导和演算过程，使得一般人也能够理解和掌握；二是快速。简单和快速，是蒙特卡罗方法在现代项目管理中获得应用的技术基础。