工程結(jié)構(gòu)可靠度(已修改)
2025-01-06 15:06 本頁面
【正文】 工程結(jié)構(gòu)可靠度 課程內(nèi)容 ? 介紹工程結(jié)構(gòu)可靠度、安全度理論和規(guī)范設(shè)計方法； ? 介紹以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法（一次二階矩理論）； ? 介紹荷載和抗力的統(tǒng)計分析方法； ? 介紹材料性能的質(zhì)量控制； ? 介紹可靠度研究的動向。 1 緒 論 ? 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計的兩個步驟： ? ：包括結(jié)構(gòu)總體布置、結(jié)構(gòu)方案和型式的選擇； ? ：根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的截面和可行的施工方案。主要包括結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面內(nèi)力或應(yīng)力的分析，以及根據(jù)截面的內(nèi)力或應(yīng)力，選擇截面尺寸，確定材料用量等。 兩種水準的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)中的荷載及材料強度是通過統(tǒng)計取值而確定的，再取用適當?shù)?、定值的、由?jīng)驗確定的單一安全系數(shù)或分項系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)的安全性或可靠性，通常稱為 水準 Ⅰ 的設(shè)計方法 ，即半經(jīng)驗半概率設(shè)計法。 ? 將設(shè)計中的各參數(shù)視為隨機變量，利用近似的可靠度方法按照規(guī)定的目標可靠指標確定設(shè)計表達式中的分項系數(shù)，該設(shè)計方法為 水準 Ⅱ 方法 。 1． 1 影響工程結(jié)構(gòu)可靠性的三種不確定性 ? 1． 1． 1 事物的隨機性。 ? 研究方法：概率論、數(shù)理統(tǒng)計和隨機過程。 ? 1． 1． 2 事物的模糊性。 ? 研究和處理模糊性的數(shù)學方法主要是 1965年美國自動控制專家查德 (L． A． Zadeh)教授創(chuàng)始的“模糊數(shù)學”。 ? 1． 1． 3 事物知識的不完善性。 ? 白色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)和灰色系統(tǒng)。 1． 2 結(jié)構(gòu)可靠度理論的發(fā)展歷史及工程應(yīng)用 ? 近年來我國可靠性理論以及應(yīng)用成果： ? (1)結(jié)構(gòu)可靠性一般理論的若干問題 ? (2)結(jié)構(gòu)體系可靠性問題。 ? (3)結(jié)構(gòu)動力可靠性問題。 ? (4)結(jié)構(gòu)疲勞可靠性問題。 ? (5)巖土工程的可靠性問題。 ? (6)已有工程結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定問題。 ? 《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》是研究成果的綜合體現(xiàn)。 1． 3 計劃項目專題及國家自然科學基金項目的研究內(nèi)容 ? 1． 3． 1 結(jié)構(gòu)可靠性基本理論 ? 1． 3． 2 結(jié)構(gòu)模糊可靠度 ? 1． 3． 3 結(jié)構(gòu)體系可靠度。包括：尋找結(jié)構(gòu)主要失效模式、結(jié)構(gòu)體系失效概率計算、并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算。 ? ． 4 結(jié)構(gòu)可靠度分析的蒙特卡羅方法 ? 1． 3． 5 隨機有限元與結(jié)構(gòu)動力可靠度 ? 1． 3． 6 結(jié)構(gòu)抗震可靠度 ? 1． 3． 7 基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 ? 1． 3． 8 結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)組合。 ? 1． 3． 9 結(jié)構(gòu)施工期和老化期可靠度 .見趙國藩《工程結(jié)構(gòu)生命全過程可靠度》 2023 2 結(jié)構(gòu)隨機可靠度分析的基本概念和原理 ? 2． 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的變量 ? 2． 2 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) ? 2． 3 結(jié)構(gòu)可靠度 ? 2． 4 結(jié)構(gòu)可靠指標 ? 2． 5 結(jié)構(gòu)可靠指標與中心安全系數(shù)的關(guān)系 3 結(jié)構(gòu)可靠度分析的一次二階矩方法 ? 隨機變量相互獨立時的四種近似方法，即中心點法、驗算點法 (JC法 )、映射變換法和實用分析法 ：由于用這些方法計算可靠指標只需要隨機變量的前一階矩和二階矩(驗算點法、映射變換法和實用分析法尚需考慮隨機變量的分布概型 )，而且只需考慮功能函數(shù)泰勒級數(shù)展開式的常數(shù)項和一次項，因而 統(tǒng)稱為一次二階矩方法 。 3． 1 中心點法 ? 中心點法是結(jié)構(gòu)可靠度研究初期提出的一種方法，其 基本思想 是 首先將非線性功能函數(shù)在隨機變量的平均值 (中心點 )處作泰勒級數(shù)展開并保留至一次項，然后近似計算功能函數(shù)的平均值和標準差?？煽恐笜酥苯佑霉δ芎瘮?shù)的平均值和標準差表示 。 ? 中心點法 計算的結(jié)果比較粗糙，一般 常用于 結(jié)構(gòu)可靠度要求不高的情況，如 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的可靠度分析 。 中心點法的特點 ? 將功能函數(shù) Z在隨機變量的平均值處展開為泰勒級數(shù)并保留至一次項，即 ? ZL的平均值和方差為 ? 結(jié)構(gòu)可靠指標為 中心點法的特點 ? 優(yōu)點：計算簡便 。可以直接給出可靠指標與隨機變量統(tǒng)計參數(shù)之間的關(guān)系，對于 β＝ l～ 2的正常使用極限狀態(tài)可靠度的分析，較為適用。 ? 缺點 ：①不能考慮隨機變量的分布概型，只是直接取用隨機變量的前一階矩和二階矩；②將非線性功能函數(shù)在隨機變量的平均值處展開不合理，由于隨機變量的平均值不在極限狀態(tài)曲面上，展開后的線性極限狀態(tài)平面可能會較大程度地偏離原來的極限狀態(tài)曲面；③對有相同力學含義但數(shù)學表達式不同的極限狀態(tài)方程，求得的結(jié)構(gòu)可靠指標值不同。 3． 2 驗算點法 (JC法 ) ? 它的特點是能夠考慮非正態(tài)的隨機變量，在計算工作量增加不多的條件下，可對可靠指標進行精度較高的近似計算，求得滿足極限狀態(tài)方程的“驗算點”設(shè)計值，便于根據(jù)規(guī)范給出的標準值計算分項系數(shù)，以利于設(shè)計人員采用慣用的多系數(shù)設(shè)計表達式。 兩個正態(tài)隨機變量的情況 多個正態(tài)隨機變量的情況 ? 極限狀態(tài)方程 ? 可變荷載效應(yīng) Q/永久荷載效應(yīng) G/ ? 類似于兩個正態(tài)隨機變量的情況，此時可靠指標 β是標準正態(tài)坐標系中原點 o到極限狀態(tài)曲面的最短距離，也就是 P*點沿其極限狀態(tài)曲面的切平面的法線方向至原點 0的長度。圖 3— 2所示為三個正態(tài)隨機變量的情況，與兩個正態(tài)隨機變量情況相同，法線的垂足 P* 。為“設(shè)計驗
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