《結構可靠性分析》第1章 緒論

第一章緒論

工程結構1.1引言工程結構的設計步驟結構設計計算的兩個方面2/3/20231東南大學一、工程結構的定義

工業(yè)與民用建筑

公路、鐵路水利工程2/3/20232東南大學二、工程結構的設計步驟選擇合理的結構方案和型式根據選定的結構型式設計結構或構件的截面2/3/20233東南大學三、結構設計計算的兩個方面如何使結構的力學分析日趨完善如何合理地選擇影響結構安全的參數2/3/20234東南大學圖1.1結構可靠性設計

2/3/20235東南大學1.2工程結構可靠性概念

工程結構的功能

結構的可靠性

設計使用年限

設計基準期2/3/20236東南大學在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用一、工程結構的功能在正常使用時具有良好的工作性能

在正常維護下具有足夠的耐久性能在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性2/3/20237東南大學結構可靠性：結構可靠度：結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力。二、結構的可靠性2/3/20238東南大學類別設計使用年限（年）示例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構表1.1設計使用年限分類三、設計使用年限2/3/20239東南大學四、設計基準期設計基準期是為確定可變作用及與時間有關的材料性能取值而選用的時間參數

《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》規(guī)定：設計基準期為50年

2/3/202310東南大學1.3極限狀態(tài)和極限狀態(tài)方程

極限狀態(tài)的定義和分類承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)偶然狀況的處理極限狀態(tài)方程2/3/202311東南大學一、極限狀態(tài)的定義和分類整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足設計規(guī)范所要求的某一項功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)?！督ㄖY構可靠度設計統(tǒng)一標準》規(guī)定承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)2/3/202312東南大學二、承載能力極限狀態(tài)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡結構構件或連接因為超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因為過度變形而不適于繼續(xù)承載結構轉變?yōu)闄C動體系結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如壓屈）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）2/3/202313東南大學三、正常使用極限狀態(tài)影響正常使用或外觀的變形影響正常使用或耐久性能的局部破壞（包括裂縫）影響正常使用的振動變形影響正常使用的其他特定狀態(tài)

2/3/202314東南大學四、偶然狀況的處理采用下列原則之一按承載能力極限狀態(tài)進行設計：

允許主要承重結構因出現設計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時間內不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度。

按作用效應的偶然組合進行設計或采取防護措施，使主要承重結構不致因出現設計規(guī)定的偶然事件而喪失承載能力2/3/202315東南大學五、極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程是當結構處于極限狀態(tài)時各有關基本變量的關系式。它可用下式表示：Z＝g（X1,X2,…,XN）=0（1-1）式中：Xi（i=1,2,…,n）為基本變量Z＝g（·）稱為結構的“功能函數”或“功效函數”

2/3/202316東南大學一個只有兩個基本變量的線性問題，對于承載能力極限狀態(tài)，若令R為結構抗力，S為作用綜合效應，則極限狀態(tài)方程（1-1）可寫為：

Z＝g（R,S）=R-S＝0（1-2）若：Z＝R-S>0，結構處于可靠狀態(tài)；若：Z＝R-S＝0，結構處于極限狀態(tài)；若：Z＝R-S<0，結構處于失效狀態(tài)。例1.2/3/202317東南大學1.4結構可靠度發(fā)展和研究概況

結構設計方法的演變結構可靠度研究概況2/3/202318東南大學一、結構設計方法的演變

古代時期的設計方法

容許應力法

破損階段法極限狀態(tài)法2/3/202319東南大學2.容許應力法要求結構構件在使用期內，截面上任何一點的應力不得超過某一容許應力值。其表達式為：

σ≤[σ]=f/K式中：f為結構的材料性能，K為安全系數。2/3/202320東南大學3.破損階段法破損階斷法計算時，主要考慮材料的彈塑性性能。

以受彎構件為例，其一般表達式為

M≤Mp/K式中：Mp——截面破損時的抵抗彎矩K——構件強度總安全系數M—標準荷載作用下的截面彎矩。2/3/202321東南大學4.極限狀態(tài)法ΣniNib≦φ(m，kh，Rhb，mgkgRgb，s，…)式中：ni――

過（超）載系數Nib――標準荷載產生的內力m，mg――

結構構件或鋼筋的工作系數K，kg――勻質系數Rhb,Rgb――混凝土及鋼筋的標準強度S――截面幾何特征當時的極限狀態(tài)法一般設計表達式為：2/3/202322東南大學以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法按發(fā)展階段和精確程度分為3個水準：

水準Ⅰ－半概率法水準Ⅱ－近似概率法水準Ⅲ－全概率法2/3/202323東南大學二、結構可靠度研究概況

1983年完成了《建筑結構設計統(tǒng)一標準》（GBJ68-84）的編制工作。1997年開始修訂《建筑結