结构可靠度的应用.docx

工程结构可靠度作业 专业： 姓名： 结构工程 张建 学号 PAGE PAGE 2 结构可靠度的应用 引言 结构计算主要解决两方面的问题：—方面是如何考虑材料固有的性能，使结构的力学分析日趋完善；另一方面是如何合理地选择影响结构安全的参数，如荷载值、材料强度值以及安全系数等。结构设计理论由于采用厂现代力学方法 (例如非线性分析)、应用计算机和日益完善的结构试验方法而更趋精确。但若不考虑荷载、材料强度等参数的不确定性和它们对结构安全的影响，那就会与日益精确的力学分析不相匹配。安全系数取大些，荷载值取大些，就多用材料，安全系数取小些，荷载值取小些，就少用材料。如何在结构的可靠性与经济性之间选择一种最佳的平衡，力求以最经济的途径使所建造的结构以适当的可靠度满足各种预定的功能要求是结构设计要解决的根本问题。 以概率论为基础的可靠性理论极限状态设计法得到发展，它引入结构可靠度的概念，用概率来描述结构可靠性的问题，这就使复杂的可靠性问题变成一个可以用数学方法近似处理的问题，从而有了比较科学的分析和解决的方法。 结构可靠性的概念 结构所要满足的功能要求是指结构在规定的使用年限内，满足下列四项功能要求： 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用 (包括荷载以及外加变形或约束变形)； 在正常使用时具有良好的工作性能； 在正常维护下具有足够的耐久性能； 4。在偶然事件(如爆炸、车辆撞击、超过设计烈度的地震、龙卷风等 )发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性(即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌)。 在以上的四项功能要求中，第 1、4 两项通常指结构的强度、稳定，即所谓的安全性；第 2 项是指结构的适用性，第 3 项是指结构的耐久性，三者总称为结构的可靠性。即结构可靠性，是指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。 这里所说的“规定的时间”，是指结构可靠性分析时考虑各项基本变量与时间关系所取用的设计基准期。目前，国际上对设计基准期的取值并不统一，例如国际“结构安全度联合委员会”(Jcs5)建议的结构设计基准期为 50 年，加拿大“国际建筑法规”取 30 年，我国《建筑结构设计统一标准》(以下简称《统一标准》)规定建筑结构的设计基准期为 50 年。所说的“规定的条件”，一般是指正常设计、正常施工、正常使用条件，即不考虑人为过失的影响。 结构可靠性的定义概念外延显然比安全性大。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度，其定义为：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。可见，结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 结构可靠性设计 结构可靠性设计，一般需解决三个主要问题： (1)结构的失效标准和失效模型；(2)确定结构的目标可靠指标；(3)推求设计表达式。第一个问题已在前面介 绍，这里将结合我国《统一标准》的有关规定，着重介绍后两个问题。 目标可靠指标 目标可靠指标，即设计所预期的可靠指标，理论上应根据各种结构的重要性、失效后果、破坏性质、经济指标等因素以优化方法分桥确定。目前限于统计资料不够、且考虑到设计规范的现实继承性，因而采用“校准法”来确定目标可靠指标。所谓校准法，就是对现行结构设计规范的反演分析，搞清现有结构设计总体的可靠废水准，并据此确定今后设计时取用的统一的可靠指标。这种做法，实质上是认为现行设计规范的可靠度水准在总体上是合理的，而对不合理的地方局部调 整。“校准法”符合事物发展的客观规律，也是其他一些国家选取目标可靠指标所采用的方法，如美国 A58 荷载准则。 由于所要确定的目标可靠指标对于各本结构设计规范将是通用的，所以必须全面分析钢、薄钢、钢筋混凝土、砖石、木结构设计规范的各种构件。考虑到设计中常用的构件及其在结构工程中用量的比佣，选取了五本结构设计规范的 14 种有代表性的构件作为确定目标可靠指标的基础。 实用设计表达式 考虑到设计规范的衔接和实用简便，可以在设计验算点处，将极限状态方程转化为设计人员所习惯的以基本变量标准值和分项系数形式表达的极限状态实用设计表达式。但其中各分项系数的取值是以近似概率法确定的。这样，设计人员完全可按习惯的方式进行设计，无霜进行概率运算。 对于仅有恒载效应露。和一种可变荷载效应 3。的情况，在验算点处，极限状态方程可写成 S? ? S? G G ? R? （3.1） 如取 S ? ? ? G S G GK S? ? ? G S Q Q K R? ? R / ? K R 则上式课写成 ? S G GK ? S Q QK ? R / ? K R （3.2） 或 ? (? S R G GK ? S Q QK ) ? R K （3.3） 式中 Q? ， ? ， ? ——恒载、可变荷载和结构抗力分项系数； Q G R S