工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理(已修改)
2025-01-06 15:11 本頁(yè)面
【正文】 結(jié)構(gòu)可靠度分析的概念和原理 荷載與結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析 第一部分小結(jié) 工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展 ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展： 從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了各種演變，可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行歸納： 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論上 彈性理論 極限狀態(tài)理論 從設(shè)計(jì)方法上 定值設(shè)計(jì)法 概率設(shè)計(jì)法 ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的理論和方法 ? 容許應(yīng)力法 ? 破損階段設(shè)計(jì)法 ? 多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 ? 基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法 2023/1/14 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性因素 ? 不確定性 ? 隨機(jī)性： 由于事件發(fā)生的條件不充分，使得在條件與事件之間不能出現(xiàn)必然的因果關(guān)系，從而導(dǎo)致在事件的出現(xiàn)上表現(xiàn)出的不確定性，如“拋硬幣”等。 —— 人類認(rèn)識(shí)到的第一種不確定性。 解決手段： 概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程理論。 ? 模糊性： 由于概念邊界劃分標(biāo)準(zhǔn)的模糊不清而產(chǎn)生的不確定性稱為模糊性，例如，“高與矮”，“冷與熱”等。 解決手段： 模糊集合理論、模糊隨機(jī)過(guò)程理論。 ? 知識(shí)的不完善性： 由于人類認(rèn)識(shí)上的局限性而造成的，所以又叫主觀認(rèn)識(shí)的未確定性，如“人體有多少根頭發(fā)”等。 解決手段： 灰色系統(tǒng)理論。 在結(jié)構(gòu)可靠性理論中以 隨機(jī)性 為研究重點(diǎn) 2023/1/14 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性因素 ? 結(jié)構(gòu)工程中的隨機(jī)性 ? 物理、幾何不確定性：如材料、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等相關(guān)因素。 ? 統(tǒng)計(jì)的不確定性：在統(tǒng)計(jì)與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時(shí)，總是根據(jù)有限樣本來(lái)選擇概率密度分布函數(shù)，因此帶來(lái)一定經(jīng)驗(yàn)技術(shù)性，這種不確定性稱為統(tǒng)計(jì)的不確定性，是缺乏理論因素而成。 ? 模型的不確定性：為了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，所提假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前結(jié)構(gòu)技術(shù)水平難以在計(jì)算中反映的種種因素，是很多不具備施工者完成因素，所導(dǎo)致理論值實(shí)際承截力的差異，都?xì)w結(jié)為模型的不確定性。 2023/1/14 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性因素 ? 總結(jié) ? 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中存在大量的隨機(jī)不確定性因素； ? 荷載及結(jié)構(gòu)的抗力不是確定性的量，它們是隨機(jī)變量，因此絕對(duì)可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不存在的！ ? 由于結(jié)構(gòu)的荷載和抗力存在隨機(jī)不確定性，所以必須采用結(jié)構(gòu)可靠度理論研究結(jié)構(gòu)的可靠性問(wèn)題。 2023/1/14 結(jié)構(gòu)可靠度的概念 ? 結(jié)構(gòu)的功能要求 1. 能承受在施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用； 2. 保持良好的使用性能； 3. 具有足夠的耐久性能； 4. 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可保持足夠的承載力； 5. 當(dāng)發(fā)生爆炸、撞擊、人為錯(cuò)誤等偶然事件時(shí)，結(jié)構(gòu)能保持必需的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞后果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。 （ 1）、（ 4）、（ 5）為結(jié)構(gòu)的安全性； （ 2）為結(jié)構(gòu)的適用性； （ 3）為結(jié)構(gòu)的耐久性 統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性 2023/1/14 結(jié)構(gòu)可靠度的概念 ? 結(jié)構(gòu)可靠度 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下 ， 完成預(yù)定功能的概率 。 是 結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。 ? 規(guī)定的時(shí)間：一般是指設(shè)計(jì)使用基準(zhǔn)期。在同樣的條件下，規(guī)定的時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)的可靠度越低。 ? 規(guī)定的條件：指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用、正常維修，排除人為錯(cuò)誤或過(guò)失因素。 ? 結(jié)構(gòu)可靠性 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能 力。 2023/1/14 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則 ? 極限狀態(tài) ? 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。 ? 區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”。 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)，就不能滿足設(shè)計(jì)指定的某一功能要求，這個(gè)特定狀態(tài)成為該功能的極限狀態(tài)。按此狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的原則稱為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則。 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的可靠、失效和極限狀態(tài)概念 結(jié)構(gòu)的功能 可靠 極限狀態(tài) 失效 安全性 受彎承載力 M M u M = M u M M u 適用性 撓度變形 f [f ] f = [f] f [f] 耐久性 裂縫寬度 w m a x [w m a x ] w m a x = [w m a x ] w m a x [w m a x ] 2023/1/14 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)與極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)所處狀態(tài) 作用效應(yīng) S 抗力R R1 R2 Z1 Z2 S2R2（失效） S1R1（可靠） S1 S2 2023/1/14 結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算 結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量 。結(jié)構(gòu)在 規(guī)定的時(shí)間內(nèi) （設(shè)計(jì)使用基準(zhǔn)期）， 規(guī)定的條件下 （正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用、正常維修）， 完成預(yù)定功能的概率 。 ? 基本計(jì)算公式 ? ? dZZfZPP zs )(00?????可靠度 ? ? dZZfZPP zf )(0 0? ?????
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