建筑结构可靠度分析与设计总结

1、建筑结构可靠度分析与设计总结进过一个学期的学习，我对建筑结构工程可靠度分析与设计这门课程有了一些体会，也知道了做为一名土木工程人应该掌握的结构设计的基本原理和方法，拓展了我们对结构设计的认识。同时也感到结构设计人员的不易。一: 建筑结构可靠度研究的意义我国在以结构可靠性理论为基础对各类建筑结构设计规范修订、影响结构可靠性的不确定因素分析、在役结构的检验、可靠性评定、维修决策、结构诊断专家系统与加固修复技术、结构耐久性和剩余寿命估计、结构防灾减灾与结构抗风、抗震控制等理论和技术多方面已经取得了重要的基础研究成果并部分应用于工程实际。城市化的加速使得土木建筑业已成为国民经济的支柱产业之一，各种高层

2、及大跨结构、大型立交桥及隧道、地铁、空港等工程日益巨大，城市化带来人口高度密集、财富高度集中，一般的地震灾害就可造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前我国的工程结构质量问题仍然十分严重，如何实现结构的功能和保证结构体系安全可靠已引起国内学者的关注，我国工程结构可靠度设计统一标准也提出“当有条件时，工程结构宜按结构体系进行设计。二:对结构可靠度总的概括首先结构应满足三个方面的基本功能要求：1.承载能力的要求。2.正常使用的要求。3.整体性要求。当结构整体或部分超越某一状态就不再满足设计规定的功能的要求时，这种状态即为结构该功能的极限状态。结构的极限状态有三种：1 承载能力极限状态。2 正常使用极限状

3、态。3 整体性极限状态。为了保证工程结构的安全、适用和经济，在设计时需要进行结构可靠度分析，称为安全度分析。 总的来说任何工程结构，即是产生的荷载效应S和结构本身的抗力R两个基本变量之间的关系，当 RS时，结构处于安全状态； RS时，结构处于极限状态； RS时，结构处于失效状态。 工程结构可靠度分析主要是在经济和可靠之间选择一种较佳的平衡。总的说来，工程结构可靠度的分析方法可分为定值法，半概率法和一次二阶矩概率法和全分布概率法。同时，我们需要建立结构的功能函数，用以研究结构的失效的概率。综上，要研究结构的可靠度，就必须要研究两大类问题。一是结构的外荷载，二是结构本身的抗力。结构可靠度要解决的就

4、是，使结构的抗力大于外荷载而又不至于浪费材料，这一个平衡点便是既经济有安全的完美结合点。下面我分两方面陈述建筑结构可靠度分析与设计是如何解决这两类问题。三 :荷载的统计与分析建筑在其工作寿命期内要承受各种外部因素的影响使结构产生应力与变形的外部因素统称作用，作用有直接作用与间接作用之分直接作用系指施加在结构上的集中力或分布力，如自重、风压、雪压、人员及设备重等习惯上称之为荷载间接作用系指引起结构外加变形和约束变形的原因，如温度、地震等。 永久荷载：在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值之比可以忽略不计如结构自重、土壤最终重量形成的土压力、预加应力等 可变荷载：在设计准期内量值随时间而

5、变且其变化与平均值之比不能忽略如使用或居住荷载(人员、设备、家具等)以及风、雪等 偶然荷载：在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短如撞击、爆炸、某地区罕遇的龙卷风等1 按随空间的变异分类 固定荷载：在结构上具有固定分布的荷载如结构白重、结构上的固定设备荷载等 自由荷载：在结构上一定范围内可以任意分布的荷载如风、雪以及人员、家具等2 按结构的反应特点分类 静态荷载：使结构产生的加速度可忽略不计如永久荷载、家具、稳定风压动态荷载：使结构产生不能忽视的加速度如设备振动、脉动风压等3 按有无界限值分类有界荷载：具有明显的上界和(或)下界值(具有已知限值)如水坝静水压无界荷载：无明

6、显的亡界值和下界值(不具有已知限值)。 荷载的概率模型 一般而言，荷载是时间的函数统计分析表明，对任一特定时刻t=t1荷载并非定值，存在变异故对任一特定时刻，荷载可用随机变量来描述对整个设计基准期，荷载可用随机过程来描述荷载的概率模型可分为荷载的随机过程模型和荷载的随机变量模型。荷载的代表值有标准值，频遇值，准永久值和组合值。荷载的效应组合分为：基本组合，JCSS组合模型与J.C.TURKSTRA组合模型。四:结构构件抗力的统计分析结构构件承受作用效应的能力称为结构构件抗力一般而言，构成结构构件抗力不定性的主要因素有三 1结构构件抗力固有的随机变异性如构成结构构件抗力的主要因素结构构件的材料件

7、能及几何参数的变异性采用先进的生产和质量控制方法可降低此类不定性，但生产成本可能增加 2知识不足引起的不定性如结构构件抗力计算模式的不定性通过进一步研究与完善结构构件抗力计算模型可降低此类不定性 3统计不定性系指对结构构件抗力的概率分布及统计参数的估计偏差产生估计偏差的主要原冈有：对不问的统计总体缺乏认证和区分实验量偏少导致对结构构件抗力均值、标准差等统计参数的估算偏差忽赂严变量间可能存在的相关性忽略观察变量的系统变异性，例如对气候变量等通过增加试验量以及加强观测可降低统计不定性主要讨论结构构件材料性能的变异性，结构构件几何参数的变异性以及结构构件计算模型的不定性五：结构概率可靠度设计法1.结

8、构设计工作寿命我们称规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目标使用的时期为结构设计工作寿命，结构设计工作寿命分类见表一。 表一 2设计基准期 称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为设计基准期DJ变作用与材料性能随时间而变时域取值不同其概率模型及统计参数必然也不同，从而结构可靠度也将发生改变为便于结构可靠度分析与比较，应统一可变作用与材料性能取值时域这即产生设计基准期概念设计基准期的取值与设计工作寿命有关我国建筑结构可靠度设计统一标准规定结构设计基准期取值为安全等级为二级的建筑结构的设计工作寿命安全等级为二级的建筑为一般普通房屋与构筑物我国的结构设计基准期取值为50年

9、 3设计状况 设计状况为代表一定时段的物理条件组设计应做到结构在该时段内不超越有关的极限状态结构在施工及使用过程中，其性能及环境条件随时间而变进行结构设计时，对此应加以考虑这即产生结构设计状况概念根据其出现概率及持续期长短，设计状况可分二种： 持久状况：在结构使用过程中一定出现且其持续期很长的状况持续期一般与设计工作寿命为同一数量级； 短暂状况：在结构施工与使用过程中出现概率较大，与设计工作寿命相比，持续朗很短的状况，如施工和维修等； 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 4.基本设计原则 结构存在三种基本功能要求要满足此三种要求，原则上应对结构进行

10、二种极限状态设计即承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设计及整体性极限状态设计整体性极限状态设计尚处于研究中，未能进入工程实用故目前进行结构设计时仅进行结构承载能力极限状态设计与结构正常使用极限状态设计 考虑到结构存在三种设计状况，此三种设计状况出现概率不向，持续期不同，对结构功能影响也不同从经济、适用角度考虑，我国建筑结构可靠度设计统一标难规定： a针对不同设计状况，可采用相应的结构体系、基本变量及可靠度水淮等进行结构设计 b对持久状况，因其持续期长，且为必然出现，应进行承载能力极限状态设计与正常使用极限状态设计；对短暂状况，虽出现概率大但持续期短，对结构影响短暂应进行承载能力极限状态设计并视需要确定是否进行正常使用极限状态设计；对偶然状况，出现概率小且持续期十分短，可仅进行承载能力极限状态设计。