第八章结构可靠度的基本概念

第八章结构可靠度的基本概念§8.1结构的功能及其极限状态§8.2荷载与结构抗力的统计分析§8.3结构的可靠度§8.4结构的可靠指标■工程结构的功能1、安全性在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性；2、适用性在正常使用时具有良好的工作性能；3、耐久性在正常维护下具有足够的耐久性能；8.1结构的功能及其极限状态§8.1.1结构的功能■结构的可靠性结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。■结构的可靠度■设计使用年限设计规定的有关时期，在这一规定时期内，只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所达到的使用年限。各类房屋结构的设计使用年限，表8-1类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构■设计基准期设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定：设计基准期为50年《铁路工程结构可靠度设计统一标准》规定：铁路工程结构的设计基准期为100年■一般§8.1.2结构的功能函数已知影响结构某一功能的基本变量X1,X2,…,XN那么和这个功能对应的结构功能函数，可以表示为考虑结构功能，仅与作用效应S和结构抗力R两个基本变量有关的最简单情况。(,,)1Zgxxn■简单(,)ZgRSRS■定义§8.1.3结构功能的极限状态当结构一部分或整个结构超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态方程——当结构处于极限状态时各有关基本变量的关系式。(,,)01Zgxxn一个只有两个基本变量的线性问题，对于承载能力极限状态，若令R为结构抗力，S为作用综合效应，则极限状态方程可写为：Z＝g（R,S）=R-S＝0若：Z＝R-S0，结构处于可靠状态；若：Z＝R-S＝0，结构处于极限状态；若：Z＝R-S0，结构处于失效状态。■分类《建筑结构可靠度设计统一标准》规定承载能力极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载功能的状态。结构构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变，虽未达到最大承载能力，但已经彻底不能使用，也属于这种极限状态。疲劳破坏是在使用中由于荷载在多次重复作用而的达到的承载能力极限状态。承载能力极限状态可靠性应该很好：承载能力极限状态的出现概率应当很低，因为它可能导致人身伤亡和大量的财产损失。有下列状态之一：1.整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡2.结构构件或连接因为超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因为过度塑性变形而不适于继续承载3.结构转变为机动体系4.结构或结构构件丧失稳定（如压屈）5.地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）正常使用极限状态正常使用极限状态可理解为结构或结构构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。例如，某些构件必须控制变形、裂缝才能满足使用要求。因过大的变形会造成房屋内粉刷层剥落、填充墙和隔断墙开裂及屋面积水等后果；过大的裂缝会影响结构的耐久性；过大的变形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感。与承载能力极限状态相比较，由于其对生命的危害较小，故允许出现的概率可较高。所以这种极限状态的可靠性可以适当低一些，但不等于不重视。注意：对于钢筋混凝土结构，过大的裂缝不仅有损建筑物观瞻和影响结构的耐久性，而且有时也会导致重大的工程事故。例如，1980年5月一个上午，西柏林会议厅的马鞍形壳顶突然倒塌。破坏的起因是由于拱与壳板交接处裂缝开展，不断渗水，终于导致钢筋锈蚀，悬索断裂，引起世界震惊的倒塌事故。有下列状态之一：1.影响正常使用或外观的变形2.影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）3.影响正常使用的振动变形4.影响正常使用的其他特定状态■影响因素§8.2.1影响结构可靠性的因素（变量）及其随机性8.2荷载和结构抗力的统计分析1、作用效应S结构受到的各种外界作用支座反力、内力（弯矩、轴力、剪力、扭转）、变形（挠度、侧移、转角）、倾覆、滑移2、结构抗力R结构本身对各种作用效应的抵抗能力材料性能、几何参数、计算模式■强度分布直方图§8.2.2数理统计中的一些基本概念横坐标——抗压强度纵坐标——某一强度区段（组距）试块数（频数）；也可表示频率（频数÷试块总数）；也可表示概率密度（频率÷组距）示例——135页图8-3■正态分布曲线特点：⑴有且仅有一峰值；⑵有一对称轴；⑶随机变量趋于正无穷或负无穷时，纵坐标趋于0；⑷对称轴左右两边各有一反弯点，它们也对称于对称轴。■正态分布曲线的特征值和保证率⑴平均值⑵标准差⑶变异系数11nxnii12()11nxini■定义：8.3结构的可靠度指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。结构不能完成预定功能的概率称为“失效概率”。结构能够完成预定功能的概率称为“可靠概率”。(0)()0PPZfZdZs0(0)()PPZfZdZf1PPSf§8.4.1正态随机变量的情况8.4结构的可靠度指标当R、S均为相互独立的正态随机变量时：ZZZRS22ZRS^()()0PZf§8.4.2对数正态随机变量的情况当R、S均为对数正态随机变量时：21ln2122ln[(1)(1)]RSRRRS举例例8-1；例8-2；作业2-教材155页习题第2题；1-教材154页，思考题第3题；