工程结构荷载与可靠度设计原理第一部分小结精要.ppt

结构可靠度分析的概念和原理荷载与结构抗力的统计分析 结构设计理论的发展 结构设计的发展：从伽利略至今三百余年里，结构设计经历了各种演变，可从以下两个方面进行归纳： 从结构设计理论上 弹性理论 极限状态理论 从设计方法上 定值设计法 概率设计法 结构设计计算的理论和方法 容许应力法 破损阶段设计法 多系数极限状态设计法 基于可靠性理论的概率极限状态法 结构设计中的不确定性因素 不确定性 随机性：由于事件发生的条件不充分，使得在条件与事件之间不能出现必然的因果关系，从而导致在事件的出现上表现出的不确定性，如“抛硬币”等。——人类认识到的第一种不确定性。 解决手段：概率论、数理统计、随机过程理论。 模糊性：由于概念边界划分标准的模糊不清而产生的不确定性称为模糊性，例如，“高与矮”，“冷与热”等。 解决手段：模糊集合理论、模糊随机过程理论。 知识的不完善性：由于人类认识上的局限性而造成的，所以又叫主观认识的未确定性，如“人体有多少根头发”等。 解决手段：灰色系统理论。 结构设计中的不确定性因素 结构工程中的随机性 物理、几何不确定性：如材料、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等相关因素。 统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数，因此带来一定经验技术性，这种不确定性称为统计的不确定性，是缺乏理论因素而成。 模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提假设、数学模型、边界条件以及目前结构技术水平难以在计算中反映的种种因素，是很多不具备施工者完成因素，所导致理论值实际承截力的差异，都归结为模型的不确定性。 结构设计中的不确定性因素 总结 结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素； 荷载及结构的抗力不是确定性的量，它们是随机变量，因此绝对可靠的结构设计是不存在的！ 由于结构的荷载和抗力存在随机不确定性，所以必须采用结构可靠度理论研究结构的可靠性问题。 结构可靠度的概念 结构的功能要求 能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用； 保持良好的使用性能； 具有足够的耐久性能； 当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力； 当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。 结构可靠度的概念 结构可靠度 结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。 是结构可靠性的概率度量。 规定的时间：一般是指设计使用基准期。在同样的条件下，规定的时间越长，结构的可靠度越低。 规定的条件：指正常设计、正常施工、正常使用、正常维修，排除人为错误或过失因素。 极限状态设计原则 极限状态 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。 结构功能函数与极限状态 结构可靠度计算 可靠指标 可靠指标 结构可靠度实用分析方法——中心点法 情况1：结构功能函数为线性函数 结构可靠度实用分析方法——中心点法 情况2：结构功能函数为非线性函数 结构可靠度实用分析方法——中心点法 可靠度指标β的几何意义 情况1：极限状态方程为线性函数 可靠度指标β的几何意义 情况2：极限状态方程为非线性函数 验算点法对中心点法的改进 验算点法对中心点法的改进1 验算点法对中心点法的改进 验算点法对中心点法的改进2 验算点法基本原理 正态随机变量的情况 验算点法基本原理 验算点法基本原理 验算点法基本原理 非正态随机变量的情况 验算点法基本原理 非正态随机变量的情况 验算点法基本原理 验算点法讨论 结构设计要求与目标可靠度 结构概率可靠度的实用表达式 结构概率可靠度的实用表达式 结构概率可靠度的实用表达式 结构概率可靠度的实用表达式 结构概率可靠度的实用表达式 荷载概率模型 荷载概率模型 荷载代表值 荷载效应及其组合 荷载效应及其组合 抗力统计分析的一般概念 影响结构抗力的不定性 结构抗力的统计特征 结构构件抗力的统计特征 结构构件抗力的统计特征 结构构件抗力的统计特征 结构构件抗力的统计特征 规范设计表达式 国际上通常采用下列设计表达式 结构重要性系数 工程设计人员习惯采用基本变量的标准值进行结构设计。 各国的规范均经历了由单一系数向多系数的转化过程。 采用单一系数难以解决恒、活载统计参数的差异导致的可靠度计算的偏差。 由于各国荷载和抗力标准值确定的方式不同，设计目标可靠度的水准也有差异，因此不同国家结构设计表达式的分项系数取值均不相同。各国的荷