GB50199-1994水利水电工程结构可靠度设计统一标准.pdf

中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 水利水电工程结构可靠度 设计统一标准 U n if ie d d e s ig n s t a n d a r d f o r r e l ia b i l it y o f h y d r a u li c e n g in e e r in g s t r u c t u r e s GB5 0 1 9 9 - 9 4 主编部门: 批准部门: 施行 日 期 : 中华人民共和 国原能源部 中华人民 共和国 水利部 中华人民共和国建设部 1 9 9 4 年 1 1 月 1日 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息妹 合 设 计 关于发布国家标准 水利水电工程结构 可靠度设计统一标准的通知 建标 1 9 9 4 1 1 4 0 号 根据国家计委计综 1 9 8 6 1 4 5 0 号文的要求， 由原能源部、 水利部会同有关部门共同制 订的 水利水电工程结构可靠度设计统一标准已经有关部门会审，现批准 水利水电工 程结构可靠度设计统一标准G B 5 0 1 9 9 -9 4为强制性国家标准，自1 9 9 4年 1 1 月 1日起 施行 。 本标准由电力部负责管理，具体解释等工作由电力部水利水电规划设计总院负责，出 版发行由建设部标准定额研究所负责组织。 中华人民共和国建设部 1 9 9 4年3月1 1日 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB5 0 1 9 9 - 9 4 目次 1 总则 ” ” ” ” “ 4 2 基本符号 ” “ “ ” ” “ “ 5 3 极限状态设计原则 “ “ ” ” ” ” ” ” 8 4 结构上的作用 “ ” “ ” ” ” 1 0 5 材料、 地基、 围岩性能和几何参数 ” ” “ ” ” “ “ ” ” 1 1 6 结构分析” ” “ 一1 2 7分 项 系 数 极 限 状 态 设 计 方 法 “ “ “ “ “ “ 一 1 3 8 质量控制 ” “ ” 1 5 附录A 水工建筑物级别 ” ” “ ” “ “ ” “ 1 6 附录B 随机变量的统计参数和概率分布 “ 1 7 附录C 可靠指标的计算方法和目 标可靠指标 “ ” ” ” “ “ ” “ 2 1 附 录D 作 用的 统 计 参 数 和 概 率 分 布 “ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 二 二 ” 二2 3 附录E 结构抗力的统计参数和概率分布 “ “ ” ” ” “ “ ” 2 5 附 录F 确 定 长 期 组 合 系 数P 的 方 法 “ “ ” ” ” “ “ “ ” 二 二 . 2 7 附 录G 结 构 系 数 的 计 算 方 法” “ “ ” “ 二 二 二2 8 附录H 本标准用词说明 “ “ ” ” “ ” ” ”2 8 附加说明 ” 2 9 条文说明 “ “ ” 3 0 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息综 合 设 计 1 总则 1 . 0 . 1 为了统一 水利水电 工程 结构可靠度 设计的 基本原则 和设计标准， 使水工建筑物的结 构设计符合安全适用、经济合理、技术先进的要求，制定本标准。 1 . 0 . 2 本标准是制定各类水工 结构 设计规范 所应共同 遵守的 准则。 各类水工结构设计规范 均应按本标准制定相应的规定。 水利水电工程的勘测、试验、 施工、 验收及运行等规范中凡与结构可靠度有关的规定， 应与本标准协调一致。 1 . 0 . 3 本标准适用于各种材料 组成的各类水工建筑物的结构及结构构件和地基在运行、 施 工 ( 包括制作、运输、安装)和检修期的结构设计。 1 . 0 . 4 本标准采用概率极限状态设计原则， 以分项系数极限状态设计为实用设计 方法。 1 . 0 . 5 1 级塑水建筑物结构的设计基准期应采用 1 0 0 年， 其他永久性建筑物结构应采用 5 0 年。临时建筑 物结 构的设计 基准期 应 根据 预定 的使用 年限及 可能 滞后 的时 间 确定。 特大工程童水建筑物结构的设计基准期应经专门研究确定。 1 . 0 . 6 水工结构在设计基准期内应满足下列各项功能要求: 1 . 0 . 6 . 1 在 正常施工和正常使用时， 能承受可能出现的各种作用。 1 . 0 . 6 . 2 在正常使用时，具有设计规定的工作性能。 1 . 0 . 6 . 3 在正常维护下，具有设计规定的耐久性。 1 . 0 . 6 . 4 在出现预定的偶然作用时， 主体结构仍能保持必需的稳定性。 1 . 0 . 7 水工建筑物的结构安全级别，应 根据水工建筑物的重要性及其破坏可能 产生的后果 ( 危及人的生命、造成经济损 失及产生社会影响等)的严重性，对应水 工建筑物级别，按表 1 . 0 . 7 划分为三级。 水工建筑物级别应按本标准附录 A的规 定划分 表 1 . o . 7 水工建筑物结构安全级别 水 工建筑物 的结构安 全级别水工建 筑物级 别 I1 I 2 , 3 ， 4 , 5 对有特殊安全要求的水工建筑物，其结构安全级别应经专门研究确定 1 . 0 . 8 结构及结构构件的结构安全级别， 可根据其在水工建筑物中的部位、 本身破坏对水 工建筑物安全影响的大小，采用与水工建筑物的结构安全级别相同或降低一级。地基的结 构安全级别应与水工建筑物的结构安全级别相同。 1 . 0 . ， 为了保证各类水工结构的可靠度水平， 在编制各类水工结构设计规范时， 应对计算 分析、细部构造设计、材料性 能、施工 质量、运 行 条 件 及 维 护 等 提 出 相 应 的 规 定。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB5 0 1 9 9 -9 4 2 基 2 . 1 本符号 结 构 可 靠 度 编号符号 涌义 2 . 1 . 1T结 构的设计 基准期 2 . 1 . 2左 结构的扰 力 2 . 1 . 3S结 构的 作用效应 2 . 1 . 4 Z 结构 的功能 函数 2 . 1 . 5 饭 杭力的平均值 2 . 1 . 6 口 R抗 力的标准 差 2 . 1 . 7 a x 抗 力的变异 系数 2 .1 . 8 凡作 用效应 的平均值 2 . 1 . 9叱作用 效应的 标准差 2 . 1 . 1 公 a s 作 用效应 的变异 系数 2 . 1 . 1 1Ps 结构的可靠概率 2 . 1 . 1 2 P, 结构 的失效概 率 2 . 1 . 1 3 R结构 的可靠 指标 2 . 1. 1 4所结构的目 标可靠指标 2 . 1 . 1 5山 第 : 种结构 的权 系数 2 . 1 . 1 6X第艺 个随机变量 ( 包括基本变量和附加变量) 2 . 1 . 1 7 气 i 随机变量 X 上 的平均值 2 . 1 . 1 8 口 x . 随 机变量 X 、 的标准差 2 . 1 . 1 9X. 随机变量X ; 的设计验算点 2 . 1 . 2 01 x随机变量 X 的当量正 态分 布平均值 2 . 1 . 2 1 0 x ; 随机变量X 、 的当量正态分布标准差 2 . 1 . 2 2随机变量X的敏度系数 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息妹 合 设 计 2 . 2 作 用 和作 用 效应 编号符号涵义 2 . 2 . 1F 作用 2 . 2 . 2G永久 作用 2 . 2 . 3Q 可变 作用 2 . 2 . 4A偶然 作用 2 . 2 . 5Ft 作用的标准值 2 . 2 . 6凡作用的设 计值 2 . 2 . 7 脚作用的平均值 2 . 2 . 8 7 (永 久作 用的平均 值 2 . 2 . 9沪 月可变作用 的平均 值 2 . 2 . 1 0口 l 作用的 标准差 2 . 2 . 1 1击作 用的变 异系数 2 , 3 材料性能和几何今数 编号符号涵义 2 . 3 . 1几 材料性能的标准值 2 . 3 . 2 f 8材料性 能 的设计值 2 . 3 . 3f 结构 中材 料的性能 值 2 . 3 . 4 f .试件 中材料 的性能值 2 . 3 . 5 P.材料 性能 的平均值 2 . 3 . 6口n材 料性能 的标准差 2 . 3 . 78 材料 性能 的变异系 数 2 . 3 , 8a几何 参数 2 . 3 . 9 口 k几何参数的标准值 2 . 3 . 1 0 脚几何参效的平均值 2 . 3 . 1 1 8 ,几何参数的变异系数 2 . 3 . 1 2田O 反映 结构材 料性能 与试件性 能差别 的一个影 响系数 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB5 0 1 9 9 - 9 4 2 . 4 分项系数极限状态设计式 编号符号涵义 2 . 4 . 1Y o结构 的重要性 系数 2 . 4 . 2 0设计 状况系 数 2 . 4 . 3 At偶然 作用的代 表值 2 . 4 . 4 Y 4作用 的分项系 数 2 . 4 . 5Y m 材料性 能的分 项系数 2 . 4 . 6Y G 永久作 用的分 项系数 2 . 4 . 7 Y Q可变作 用的分 项系数 2 . 4 . 8 Y e结构 系数 2 . 4 . 9Y a i 承载 能力极限 状态 荃本组合 的结构 系数 2 . 4 . 1 0 Y a z承载 能力极 限状态偶 然组合 的结构 系数 2 . 4 . 1 1y o 正常使 用极限 状态短 期组合 的结构 系数 2 . 4 . 1 2Y a 4 正常 使用极限 状态长 期组合 的结构 系数 2 . 4 . 1 3G , 永久作 用的标 准值 2 . 4 . 1 4 仇可变作 用的标 准值 2 . 4 . 1 5 P长期组 合系数 2 . 4 . 1 6 结构 的功能限 值 2 . 5 数学符号 编号符号涵义 2 . 5 . 1 0 ( . )标准正 态分布 函数 2 . 5 . 2 甲(. )标准正 态分布 的概率 密度函数 2 . 5 . 3 必 - l( )标准正 态分布 的反函数 2. 5.4F ( m) 随机变 量 X 的概率 分布函 数 2 . 5 . 5F - ( x ) 随机变 量 X 的概率 分布函 数的反 函数 2 . 5 . 6f ( x ) 随机变 量 X 的概率 密度函数 2 . 5 . 7E ( X) 随机变量 X 的数学 期望 2 . 5 . 8D ( X) 随机变盆 X 的方差 2 . 5 . 9 e x p ( . )指数函数 2 . 5 . 1 0 服 S ()作用效应 函数 2 . 5 . 1 1R () 结 构抗 力函数 2 . 5 . 1 2 9 ( )结 构功能 函数 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息 综 合 设 计 3 极限状态设 计原则 3 . 1 一般规定 3 . 1 . 1 水工结构应按承载能力极限状态及正常使用极限状态设计。 3 . 1 . 2 水 工结构设计应对结构的各种极限状态规定明确的标志 及限 值。 3 . 1 . 3 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态: 3 . 1 . 3 . 1 整个结构或结构的一部分失去刚体平衡。 3 . 1 - 3 . 2 结 构构件因超过材料强度而破坏 ( 包括疲劳破坏) ， 或因 过度的塑性变形而不 适于继续承载。 3 . 1 . 3 . 3 结构或结构构件丧失弹 性稳定。 3 . 1 - 3 . 4 整 个结构或结构的一部分转变为机动体系。 3 . 1 . 3 . 5 土、 石结构或地基、围岩产生渗 透失稳等。 3 . 1 . 4 结 构或 结构构件达到影响正常使用或耐久 性的限 值，且 结构出 现下列状态 之一 时， 应认为超过了正常使用极限状态: 3 . 1 - 4 . 1 影响 结构正常使用或外观的变形。 3 . 1 . 4 . 2 对 运行人 员或设备、仪表等有不良 影响的振动。 3 . 1 , 4 . 3 对结构外 形、 耐久性以及防渗结 构抗渗能力有不良影响的局 部损坏。 3 . 1 . 4 . 4 影 响正 常使用的 其他特定状态。 3 . 1 . 5 结构按正常使用极限状态设计的功能限值， 应由各类水工结构设计规范根据各种功 能要求提出。 3 . 1 . 6 水工结构的破坏可分为下列两类，其中第二类破坏的结构的可靠度应高于第一类。 3 . 1 . 6 . 1 第一类破坏: 非突发性的破坏， 破坏前能见到明显 征兆， 破坏过程缓慢。 3 . 1 . 6 . 2 第二类破坏: 突发性的破 坏， 破坏前无明 显征兆， 或结构一旦发生事 故难于补 救或修复。 3 . 1 . 7 结构设计时， 应根据结构在施工、 安装、 运行、 检修不同时 期可能出 现的不同 作用、 结构体系和环境条件，按以下三种设计状况设计: ( 1 ) 持久状况; ( 2 )短 暂状况; ( 3 ) 偶然 状况。 3 . 1 . 8 对三种设计状况均应按承载能力极限状态进行设计。 对持久状况， 尚应按正常使用 极限状态设计;对短暂状况，可根据需要按正常使用极限状态设计;对偶然状况，可不按 正常使用极限状态设计。 3 . 1 . ， 对于偶然状况， 应按下列原则进行设计: 3 . 1 . 9 . 1 对主要水工建筑物的主要承载结构， 应按作用效应的偶然组合 进行设计， 或采 取防护措施，使其不致丧失承载能力。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB 5 0 1 9 9 -9 4 9 3 . 1 - 9 . 2 对次要水工建筑物及主要水工建筑物的非主要承载结构，允许产生局部破坏， 但不得影响主要水工建筑物的主要承载结构的安全。 3 . 2 4 本 变 f 3 . 2 . 1 在结 构可靠度分析时， 应将作用和材料、 地基、 围岩的 性能及结构的 几何参数等 作 为基本变量;应将计算模式不定性等作为附加变量。 3 . 2 . 2 基本变量及附加变量应作为随机变量， 其统计参数和概率分布模型可按本标准附录 B确定。 3 . 2 . 3 在结 构可靠度分析时， 也可 将若干个基本变量和附 加变量组合为一个综合变量。 如 结构的综合作用效应和结构的综合抗力。 3 . 3 极 限 状 态 方 程 3 . 3 . 1 结构的功能函数 Z ，可采用下列表达式: Z二g( X, , X , “ “ “ , X ) ( 3 . 3 . 1 ) 式中g ( ) 结构功能函数; X ; ( i = 1 , 2 , ， n ) 基本变量和附加变量。 3 . 3 . 2 结构的极限状态应采用下列极限状态方程表达: g ( X X, , “ “ “ , X )=0 ( 3 - 3 . 2 ) 3 . 3 . 3 结构 按极限状态设 计应符合下 式要求: g ( XX2 , . . . X ) 0 ( 3 . 3 . 3 - 1 ) 当仅有结构抗力 R和作用效应 S两个综合变量时，可表达为: R 一 S) 0 ( 3 . 3 . 3 - 2 ) 3 . 4 结构的可靠指标 3 . 4 . 1 结构的可靠度宜采用可靠指标R 度量: 夕=0 - ( 1一P , ) ( 3 . 4 . 1 - 1 ) 式中0 - ) 标准正态分布的反函数; 尸f 结构的失效概率。 结构的失效概率按下式计算: P , =P g ( “ ) 1 0特别重要 3 3 . 3 0 1 3 - 3 3 1 0特 别重要 7 5 0 10- 1 .0 重要 3 3 . 3 0 - 6 . 6 71 3. 33- 4. 01 0 - 3 . 3 3童要7 5 0 2 5 0 1 . 0 - 0 . 1 中等 6 . 6 7 - 2 . 04 . 0 - 1 . 03 . 3 3 - 0 . 3 3中等 2 5 0 - - 2 5 四 0 . 1 - 0 . 0 1 一般 2 . 0 - 0 . 3 31 . 0 - 0 . 2 00 . 3 3 0 . 0 3一般 2 5 0 . 5 五。 ， 则设Y d 二 Y d 一 Y d ， 重复 ( 1 ) 一 ( 3 ) 各步骤， 若Q - 汤 XZ , . . . , X ) 当 Z 。时结构处于可靠状态;ZCO时结构处于失效状态;Z=。时结构处于极限 状态 。 由于结构完成的功能不同，可组成不同的功能函数，从而也可以有许多不同的极限状 态方程 。 3 . 3 . 2 极限状态方程以各有关基本变量 ( 包括附加变量)为参数， 表现结构或结构构件处 于极限状态时的关系式。 3 . 4 结 构 的可 靠 指 标 3 . 4 . 1 可靠指标是度量结构可靠性的一种数量指标。 它是标准正态分布反函数在可靠概率 处的函数值。可靠概率是结构或结构构件能完成预定功能的概率。失效概率是结构或结构 构件不能完成预定功能的概率。 本标准中所指的结构可靠度是结构在设计基准期内，在持久状况、短暂状况、偶然状 况下，具有的各种规定功能的可靠度。 结构可靠概率P , 常是一个很接近于 1 的数值， 如 。 . 9 9 9 9 9 或。 . 9 9 9 等等， 而结构失效 概率P , 又是一个很小的数值， 如。 . 0 0 0 1 等等， 使用很不方便， 因此以 “ 可靠指标” 作为评 价或衡量结构可靠度水平的定量依据， 以符 号p 表示， 它与失效概率P f 有如下关系: P , =1一0 ( p ) 尸 f =0( 一p ) 口=4 5 1 ( l一P , ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB5 0 1 9 9 - 9 4 表1 可靠指标 9 与可旅概率P . 、失效概率P r 对照表 P .0 . 8 4 1 30 . 9 4 9 50 . 9 7 7 2 50 . 9 9 8 6 50 . 9 9 9 8 9 6 40 . 9 9 9 9 6 8 3 30 . 9 9 9 9 9 6 6 0 尸 f1 . 5 9 X 1 0 - 5 . 0 5 X 1 0 - i2 . 2 7又1 0 -1 . 3 5 X 1 0 -1 . 0 4 X 1 0 - 43 . 1 7 又 1 0 -3 . 4 0 又 1 0 -s p 1 .0 0 1 . 6 4 2. 0 03 .003 .714. 004. 50 过去的安全系数不能确切地反映结构可靠度大小，如砖石结构偏压构件的安全系数K 为2 . 3 , 钢筋混凝土偏压构件的安全系数 K为1 . 5 5 ， 但是钢筋混凝土偏压构件的可靠指标 却比前者大。 因此， 采用可靠指标 a作为统一的可靠度量度尺度， 可以对不同结构类型、 不 同材料 ( 包括岩、土)的结构可靠性进行定量的比较。 3 . 4 . 2 计算结构可靠指标a的方法很多， 如J C法、数值积分法、 J C 一 数值联合法、 分位值 法、蒙特卡罗法等等。为了便于比较，需要统一可靠指标的计算方法， 为此，附录C中推 荐了在方法上比较成熟， 运算上比较简单， 国际标准和国内标准普遍采用的一次二阶矩法。 目前对于水工结构设计，有些基本变量如作用、材料性能等统计资料尚不很充分，基 本变量的统计参数和概率分布模型需根据现有的统计资料，结合工程经验判断而定。随着 统计数据不断积累，可进一步修订这些参数，使算得的可靠指标更接近实际。 3 . 4 . 3 目标可靠指标是规范规定结构应达到的可靠指标。 结构设计中， 应根据结构安全级 别对不同设计状况下的各种极限状态的不同破坏类型制订适当的目标可靠指标，以保证结 构在安全和经济上趋于最佳平衡。目前， 确定目标可靠指标的方法有校准法、风险分析法、 最佳经济效益法等，考虑到统计资料不够充分，还需继承已有设计经验，本标准推荐校准 法作为选定结构目标可靠指标的方法。校准法就是对现行结构设计规范、正常设计和施工 的水工结构进行反演分析，得出现有设计隐含的总体可靠度水平。校准法是 目 前国际、国 内编制 标准时共同采用 的方法 。详见 附录 C. 2 . 表 C给出水工结构持久状况承载能力极限状态，两类不同破坏型式的 目标可靠指标 值。这是根据 S D J 2 1 -7 8 混凝土重力坝设计规范 、S D J 2 0 -7 8 水工钢筋混凝土结构设 计规范两本规范校准后，参照国内外的技术标准及长期积累的工程经验而确定的。 采用校准法确定按现行规范设计的总体可靠度水平时，应该调查分析影响结构可靠度 的各种因素对可靠度影响的权重，以加权平均可靠指标代表总体可靠度水平。 由S D J 2 0 -7 8 ( 水工钢筋混凝土结构设计规范 校准得到的水工钢筋混凝土结构的加权 平均可靠指标列在表 2中。 表 2 水工钢筋混凝土结构加权平均可靠指标 ( 承载能力极限状态) 结 构 安 全 级 另 。， 级， 级. 级 破坏类 型 加 权平均 可靠 指标 9 一类破坏 二类破坏 一类破坏 二类破坏 一类破坏 二类破坏 由S D J 2 1 -7 8 混凝土重力坝设计规范校准得到的可靠指标列在表 3 中。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 矛 ， 水 电 息.嫁 合 设 计 表3 混报土盆力坝抗滑粗定和混趁土抗压强度设计可命指标 ( 承裁能力极限状态) 结构 安全级 别 可靠 指标 6 3 . s 4 0 G B J 6 8 -8 4 建筑结构设计统一标准采用的目标可靠指标见表 4 , 表 4 建筑结构目标可靠指标 ( 承盆能力极限状态) 破坏 英型 安全级别 lI. 延 性破坏3 . 73 . 22 . 7 脆性 破坏 4. 23 .73 . 2 北欧五国颁布的 承载结构的 荷载及安全规定 N K B R e p o r t N o 5 5 E中 所采用的目 标 可靠指标值见表 5 , 寝 5 安全 级别 目 标 可靠指标 北欧五国结构承载能力目标可霏指标 低一 般 英国建筑工业研究及信息协会 ( C I R I A) 在 结构规范中安全及正常使用状态系数合理 化 ( R e p o r t 6 3 ) 报告中给出了结构的目标失效概率， 与之相对应的目标可靠指标值见表 6 , 表 C I RI A结构承载能力目标可靠指标 安 全 级 别很 重 要的1重要 的一 般 的 目标可靠指 标 4 . 2 6 4 结 构 上 的 作 用 4 . 1 作 用 的 分 类 4 . 1 . 1 作用是施加在结构上的集中或分布力， 或引起结构外加变形或约束变形的原因。 前 者称直接作用 ( 或荷载) ，后者称间接作用。 我国工程界习惯于把施加在结构上的集中力或分布力以及引起结构外界变形和约束变 形的原因 均称为 “ 荷载” ， 如自 重荷载、 水荷载、 温 度荷载、 地震荷载等。 已 颁发的国家标 准G B 5 0 1 5 3 -9 2 工程结构可靠度设计统一标准以及GB J 1 3 2 -9 0 工程结构设计基本术 语和通用符号规定将上述各种荷载统称为作用。 4 . 1 . 2 永久作用是在设计基准期内量值不随时间变化， 或其变化与平均值相比可以忽略不 计的作用。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB 5 0 1 9 9 - 9 4 可变作用是在设计基准期内量值随时间变化. 且其变化与平均值相比不可忽略的作用。 偶然作用是在设计基准期内出现概率很小，一旦出现其量值很大且持续时间很短的 作用 。 作用按时间的变异性分类是对作用的基本分类。 它直接关系到概率分布模型的选择， 而 且按各类极限状态设计时，所采用的作用代表值，一般与其出现的持续时间长短有关。 国内外6 本结构可靠度设计标准中， 作用按 时间 分类对照见 表 7 , 裹 7 国内外结构可盆度设计坛准中作用硫时间委异的分类对照裹 伙 建 筑 物 设 备 自 重 土 压 力 围 岩 压 力 地 应 力 预 应 力 砰 水 压 力 浪 压 力 渗 透 压 力 浮 托 力 水 流 冲 击 力 脉 动 压 力 温 度 作 用 湿 度 作 用 泥 沙 压 力 孔 晾 水 压 力 风 荷 载 雪 荷 载 冰 压 力 冻 胀 作 用 灌 浆 压 力 水 击 压 力 冲 击 碰 搜 制 动 力 人 群 堆 放 物 口 口目 荷 载 外 水 压 力 地 展 作 用 一 、 建筑结 构 设计统 一标准 GB 6 8 - 8 4 GGGQQQA Q QQ A 二 、 铁路工 程 结构设计统一 标准( 报批稿) ) GGG G QQQQQQQ Q A Q A 三 、 Y 结构 可靠度 设 计总原 则n I S O 2 3 9 4 GGGG Q QQQQ A Q QO A 四、 混凝土结 构 共同统 一 规 定 E C N o . 2 GGGG Q QQQ A Q QQ 五、 英 国 C I R I A RE POR T 6 3 GGGQA Q QQ A 六 、 水利水 电工 程 结构可 靠度设 计统一标准 GGGG 4 AQQ QQ Q G Q QQ Q QQQQQQQ A 注 : G 为永久 作用 ; Q 为可 变作用 ;A为偶然 作用 . 由 表7 可见: 水压力作用。 水工统标 作为可变作用和偶然作用， 而国 际I S O -2 3 9 4 结构可靠度设计总原则 、 欧洲共同体 混凝土结构共同统一规定 E C N o t 等作为永久作 用和可 变作用。 水工中 水压力为主 要作用， 而以 定值法设计的 现行设计规范中 将校核洪水 时水压力作为特殊作用，为了与现行规范衔接仍列入偶然作用。 地震作用。我国现行 S D J 1 0 -7 8 水工建筑物抗震规范 规定作为特殊作用， 与其他作用组合时作为特殊组合。 水工统标 规定地震作用为偶然作用。另一方面国家标准G B J 6 8 -8 4 建筑结构设计统一 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息综 合 设 计 标准等 4 本标准规定，地震作用既是可变作用又是偶然作用。地震作用是否同时列为可 变作用和偶然作用，将来由水工建筑物抗震设计规范作出决定口 附录 D表D中， 主要水工结构中按作用随时间的变异性分类， 基本上是根据现行有关 设计规范 S D J 2 1 -7 8 混凝土重力坝设计规范 、S D 1 4 5 -8 5 混凝土拱坝设计规范 、 S D J 2 1 8 -8 4 碾压式土石坝设计规范 、 S D 1 3 3 -8 4 水闸设计规范 、 S D 1 4 4 -8 5 水电站 压力钢管设计规范 、 S D 1 3 4 -8 4 水工隧洞设计规范 、 S D J 1 3 -7 8 水利水电工程钢闸门 设计规范 、 S D J 2 1 7 -8 4 灌溉排水渠系设计规范等规定编列的。 除上述水压力、 地震作 用以 外，其他作 用的 分类是: ( 1 ) 扬压力、 动水压力、 土的孔隙水压力等与坝前水位或上下游水位、 水的 运动有关， 且随着水位的变动而变动，故作为可变作用; ( 2 )泥沙压 力随水库蓄水 运用 过程以 及排沙 设施运用在设计基准期内 变动， 作为可变 作用; 有些水库不设排沙设施， 泥沙淤积随时间增长， 淤 到设计规定的 高程， 可作为 永久 作用 ; ( 3 )浪压力随风速、风向、水面吹程不同而变动，作为可变作用; ( 4 )风、雪、人群、堆放物品等作用，根据G B J 6 8 -8 4 建筑结构设计统一标准规 定为可变作用; ( 5 )电站运行产生的水击压力，作为可变作用。 4 . 1 . 3 本条将作用按空间位置的变异分为两类: ( 1 )固定作用: 在结构空间位置上具有固定分布的作用。其数 值可 能是随 机的。 例如 混凝土结构自重， 作用的空间位置不变， 但重量由于尺寸变异和容重变异而是随机变量。 又 如固定设备重， 它给定在结构的某一点上. 其数量和方向在结构上被清 楚地确定。 ( 2 ) 可动作用: 在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作 用。 作用 位置及数 值都是可以变动的。例如水电站厂房内行车轮压作用，在吊车梁的长度方向任意变化，起 吊物及小车 ( 天车)位置不同，轮压不同。 4 . 1 . 4 作用按引起结构的反应可分为: ( 1 )静态作用:在结构上不产生加速度或产生的加速度可以忽略不计的作用例如结 构自重、水电站机组检修堆放在安装场的机件重。 ( 2 )动态作用:在结构上产生不可忽略的加速度的作用，例如地震作用。对于有些动 态作用，宜采用结构动力学的方法计算。如厂房顶溢流时顶板的支承构架的应力分析，混 凝土坝遇地震作用时的坝体应力分析等。 作用的 分类中， 按时间、 空间 位置和结构反应进行分类是三种不同的分 类方法， 各有 不同的用途。例如车辆作用，按随时间变异分类为可变作用，按随空间变异分类为可动作 用，按结构反应分类为动态作用. 4 . 2 作 用的 随机 特 性 4 . 2 . 1 永久作用对结构长时间起作用，又称恒载，在设计基准期 ( T)内必然出现，且模 型化的样本函数为一条与时间轴平行的直线。 此时，作用一次出现的持续时间二 =T，在设 计基准期内的时段数r =T / r =1 ，且出现的概率为 1 , 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 GB5 0 1 9 9 - 9 4 水工结构的混凝土自重是永久作用， 其自重根据结构设计尺寸和单位体积重量确定， 由 于它们受尺寸、材料容重、制作方式等各种因素的变异影响，因而可作为随机变量。但水 工混 凝土结构中的坝体尺寸较大， 尺寸变异往往可以忽略。其单 位体积重量， 根据对新安 江、富春江两坝的取样抽查，由不同岩类骨料、不同骨料级配的2 7 5 个子样统计，混凝土 的 容重统计参数平均值为2 4 . 3 2 k N / m ， 变异系数为0 . 0 1 5 ， 如果按0 . 0 5 的分位值和。9 5 的 分位值取值， 则其标准 值分别为2 3 . 3 k N / m ， 和2 4 . 9 k N / m 。 与S D J 2 0 -7 8 水工钢筋混 凝土结构设计规范 、 S D J 2 1 -7 8 混凝土重力坝设计规范和S D 1 4 5 -8 5 混凝土拱坝设 计规范 三本规范规定的混凝土容重标准值为 2 4 . O k N/ m 相比， 相差一1 . 2 %和3 . 7 5 写。 考 虑到坝体按承载能力极限状态设计时， 自重既是作用又是抗力， 而且其变异系数又不大， 故 可作为定值处理。 4 . 2 . 2 可变作用与时间有关， 按理应采用随机过程概率分布模型。 即在一个确定的设计基 准期 ( T)内 ( 或时段内) ，对作用随机过程作一次连续观测 ( 例如对某地的风压连续观测 5 0 年) ， 所获得的依赖于观测时间的数据即为随机过程的一个样本函数。 每个随机过程都是 由大量样本函数构成的。作用随机过程的样本函数是十分复杂的，它随作用的种类不同而 异。目前对各类作用随机过程的样本函数及其性质了解不多.为了简化起见，可采用极值 统计法或平稳二项随机过程概率模型来描述。 平稳二项随机过程概率模型是将作用随机过程在任一时间取值的随机变量 ( 截口随机 变量) ， 转换为T年内作用最大值命 的概率分布F T( 场) 。 极值统计法是将设计基准期 T 年分为二个时段，调查统计每个时段 ( z =T / n )内作用最大值 Q : ( 随机变量)的分布F ( Q J， 并假定各时段内的Q; 相互独立， 然后按最大值的极值分布原理，给出连续 n 个时段 ( 相当于设计基准期T年) 的作用最大值Q T的分布 F T ( Q T ) 的方法。 极值统计法做起来比 较简明，故本标准推荐极值统计法。 4 . 2 . 4 在水工结构中， 有些作用需根据多个随机变量用公式计算确定， 如波浪作用、水击 压力、泥沙压力、冰压力等都是由多个随机变量由公式推算的作用。可用多个随机变量的 均值计算该作用的均值，用多个随机变量的标准差计算该作用的标准差，计算方法见附 录 Be 4 . 3 作 用 的 代 表 值 4 . 3 . 1 作用代表值是在分项系数极限状态设计时， 采用的作用值。 作用标准值是结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。本标准规定按 年 ( 或时 段)作用最大 值的 概率分布的 某一分位 值确定。 在承载能力极限状态和正常使用极限状态中，本标准对永久作用，可变作用均以标准 值作为代表值。偶然作用出现的概率极小，常常难以取得实测资料，因此，其代表值可根 据工程经验，经过综合分析由有关规范确定。 4 . 3 . 2 有些永久作用常具有作用及抗力双重性。 当 它作为坑力时， 其标准值应采用概率分 布的低分位 值 ( 如0 . 0 5 分位值) ; 当 它作为作用时， 其标准值应 采用概率分布的 高分位值 ( 如 0 . 9 5 分位值) 。 大体积混凝土结构自重的标准值，可根据结构的设计尺寸和材料的容重计算确定。某 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 水 利 水 电 息综 合 设 计 些结构的自重标准值，如隧洞衬砌，尚应考虑结构几何尺寸的变异性。 4 . 3 . 3 本标准规定以 年最大 ( d N ) 值分布较不利的某个分位值作为可 变作用的 代表值或标 准值， 而不是以设计基准期内最大 ( d )值分布较不利的某个分位值 作为 可变作用的 代表 值或标准值。这是由于: ( 1 )本标准根据水工建筑物重要性、失事后果严重程度规定了两个设计基准期，以年 最大 ( 小)值分布确定可变作用的标准值， 可以避免每个可变作用出 现两个标 准值; ( 2 )水工结构设计考虑多个作用效应组合，若每个可变作用均用设计基准期标准值作 为代表值， 则组合 值偏大， 虽然可考虑采用组合值折减系数予以折减， 但水工结构 设计上 缺乏这方面的经验 ，因此为了简化可变作用标准值的确定，本标准采用年最大 ( 小)值分 布较不利的某个分位值作为可变作用的代表值或标准值。 4 . 4 作 用 效 应的 组 合 4 . 4 . 1 作用 效应为 作用引 起的结 构的内 力、 变形等。 如轴力、 弯矩、 剪力等， 或是位移、 变形、裂缝等。作用效应需根据结构上的作用进行结构计算求得。 作用效应组合是结构上几种可能同时出现的作用分别产生的作用效应的随机叠加。 各种水工结构上作用效应的结合，应按照实际可能同时发生的各种作用，以其效应进 行组合，有些作用对一些结构是重要的，而对另一些结构可能不重要。例如温度作用，对 拱坝是重要的，必须考虑它对拱坝整体应力的影响;而对分段式混凝土重力坝，一般只考 虑其对坝体施工期应力的影响。又如冰压力与浪压力不同时发生，不考虑其组合。对于拱 坝， 水压力与温降组合时对结构某部分不利， 水压力与温升组合时对结构其他部分不利。 因 此，应取各部分的不利情况进行组合。 4 . 4 . 2 基本组合是按承载能力极限状态设计时， 永久作用与可变作用的效应组合。 偶然组合是按承载能力极限状态设计时，永久作用、可 变作用与 一种偶然作用 效应的 组合。 水利水电工程的工程量大，施工条件复杂，受气温、洪水等影响大，工期长，结构物 常常在施工的过程中尚未形成整体就要承受一定的作用。例如混凝土拱坝施工时，常分成 纵、横缝浇筑，在未进行接缝灌浆形成整体前要分块挡水，坝体 自重直接传至基岩，有时 因倒悬引起不利应力。钢筋混凝土护坦，当检修时护坦上的水全部抽干，而底板上浮托力 及渗透压力仍然存在，这样对抗浮稳定不利。施工、检修应作为短暂状况，考虑永久作用 和可变作用的效应组合。 偶然作用在设计基准期内出现的概率很小， 两种偶然作用同时发生的概率更小， 因此， 偶然组合只考虑一种偶然作用效应与永久作用和可变作用效应进行组合。 4 . 4 . 3 在进行结构可靠度计算时， 作用的基本组合中当只有一 个可 变作用或有一个以上可 变作用时， 本 标准采用了与T u r k