第九章-结构可靠度的基本概念.ppt

1、结构的荷载效应S与结构抗力R,荷载,荷载效应,作用在,建筑结构上,轴力 剪力 弯矩 挠度 转角 裂缝 ,内力效应,变形效应,荷载效应统称为S,结构抗力R,指结构或结构构件承受荷载效应S的能力,轴向拉压杆件,受弯杆件,受扭转杆件,强度安全校核公式,荷载效应S,结构抗力R,材料特性,构件的几何特征,结构的荷载效应S与结构抗力R,建筑结构设计目标：荷载效应S 结构抗力R,单筋矩形截面抗弯计算式,R S,建筑结构设计目标：使得结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。,不能绝对满足，只在一定概率意义下满足，即： P R S =Ps Ps-结构可靠概率或结构可靠度,第一

2、节 结构可靠度基本概念,结构的功能要求 四项基本功能： 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用； (2) 在正常使用时具有良好的工作性能； (3) 在正常维护下具有足够的耐久性能； (4) 在偶然事件发生时（如地震、火灾等）及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。,4,第一节 结构可靠度基本概念,结构的功能函数 令 Z = R S R：结构抗力； S：结构荷载效应。,5,第一节 结构可靠度基本概念,则有三种情况： Z 0 结构可靠 Z 0 结构失效 Z = 0 结构处于极限状态 称 Z = R S 为结构的功能函数 Z = R S = 0 为结构极限状态方程 由于影响荷载效应S和结构抗力R

3、都有很多基本的 随机变量，则结构功能函数的一般形式为,6,第一节 结构可靠度基本概念,结构极限状态 定义：如果整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态。 两类极限状态承载能力与正常使用 1.承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。,7,第一节 结构可靠度基本概念,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）； (2) 结构构件或连续因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载； (3) 结构转变为机动体系； (4) 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。,8,第一

4、节 结构可靠度基本概念,2.正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 (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损坏（包括裂缝）； (3) 影响正常使用的振动； (4) 影响正常使用的其他特定状态。,9,第一节 结构可靠度基本概念,结构可靠度 定义：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。是结构可靠性的概率量度。 规定的时间一般指结构设计基准期。在同样的条件下，规定时间越长，结构的可靠度越低。 规定的条件指正常设计、正常施工、正常使用条件，排除人为错误或过失因素。,10,第一节 结构可靠度基本概念,基本计算公式 可靠

5、度 失效概率 或 如果与相互独立，则,11,第一节 结构可靠度基本概念,12,第一节 结构可靠度基本概念,结构可靠指标 如果和为两个相互独立的正态随机变量，则 其中,13,令 标准正态随机变量 则 （）：标准正态分布函数,14,第一节 结构可靠度基本概念,与Pf的关系 越大，Pf越小， Ps越大,15,与Pf的数值关系,16,P RS =ps,一、设计要求,RS,不能绝对满足，只能在一定概率意义下满足，即:,目标可靠度 的确定应考虑：经济与安全的合理平衡,二、目标可靠度, 可靠度 的大小对结构设计的影响,ps太大 成本高 ps太小 失效概率大,各种因素对目标可靠度的影响,一般需考虑以下四个因素

6、：,(1) 公众心理 (2) 结构重要性 (3) 结构破坏性质 (4) 社会经济承受力,1、公众心理的影响,一些事故的年死亡率,一般结构 ps 重要结构 ps 次要结构 ps,2、结构重要性的影响,经济越发达 ps,3、结构破坏性质的影响,脆性结构 ps 延性结构 ps,4、社会经济承受力的影响,承认传统设计所具有的可靠度的合理性，通过计算得出的传统设计的可靠度水平作为参考目标可靠度。,目标可靠度指标, 校准法,简单示例： 已知S、 R 、S，求R 。,第二节 结构概率可靠度的直接设计法,直接设计法,间接设计法,单一系数设计法,多系数设计法,结构概率可靠度设计法, 直接设计法定义：,直接基于结

7、构可靠度分析理论的设计方法。,由,由上式可解得R 。,计算繁琐，计算工作量大,除重要工程结构：核反应堆容器、海上采油平台、大坝等宜采用可靠度直接设计法，大量一般性工程，均常用可靠度间接设计法。,可靠度间接设计法： 采用方便实用的设计表达式，使其具有的可靠度水平与设计目标可靠度尽量一致或接近。,设计使用年限：,结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的 使用年限，在这个年限内，结构只需要进行正常的维护而不需要进行 大修就能够按预期目的使用。如果达不到这个年限则意味着在设计、 施工、使用和维护的某一环节上出现了不正常情况，应查找原因。,表10-3 结构设计使用年限分类,功能要求：,结

8、构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求： 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。 2、在正常使用时具有良好的工作性能。如吊车梁1、风摇晃2 ，水池等。 3、在正常维护下具有足够的耐久性。如材料的使用寿命3 。 4、当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载能力。钢结构。 5、在偶然事件发生时（如地震、爆炸等）及发生后，仍能保持必要的整体稳定性，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。 1项、4项、5项 结构安全性的要求 2项 结构适用性的要求 3项 结构耐久性的要求, 1项、4项、5项 结构安全性的要求 2项 结构适用性的要求 3项 结构耐久性的要求 这些功

9、能要求概括起来称为结构的可靠性， 即结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能（安全性、适用性和耐久性）的能力。,结构的可靠性,R S,建筑结构设计目标：使得结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。,可靠概率（或可靠度）、可靠性的关系： 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- Ps（结构可靠概率或结构可靠度）。 可靠度是对结构可靠性的一种定量指标，亦即概率度量。,不能绝对满足，只在一定概率意义下满足，即： P R S =Ps Ps-结构可靠概率或结构可靠度,显然，增大结构的设计余量，如加大结构构件的截面尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求，总是能够增加或改善结构的安全性、适用性和耐久性要求，但这将使结构造价提高，不符合经济的要求。 因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构可靠性与经济性之间的矛盾，既要保证结构具有适当的可靠性，又要尽可能降低造价，做到经济合理。,R S,不能绝对满足，只在一定概率意义下满足，即： P R S =Ps,建筑结构设计目标：使得结构在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。,整个结构