2可靠度.ppt

结构可靠性设计理论1二、 结构可靠度的基本概念根据方案做结构设计,包括构件和截面的设计;应使所设计的结构在设计基准期内,经济性的满足下有以下要求:(1)能承受正常施工和使用期间可能出现的各种作用(包括荷载及外加变形或约束变形);(2)在正常使用时具有良好的工作性能;(3)具有足够的耐久性;(4)在偶然事件发生及发生后,能保持必要的整体稳定性;静态和瞬态动载作用——安全性循环荷载作用——耐久性3(1).(4)——安全性(2)——适用性(3)——耐久性可靠度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规定的时间——设计基准期T=100年规定的条件——正常设计、正常施工、正常使用预定功能——上述四项基本功能4结构上的作用定义:作用在结构上的集中力、分布力或引起结构外加变形的原因。“施加的荷载、温度、地震、地基沉陷”分类:按随时间的变异分:永久作用可变作用偶然作用按随空间的变异分:固定作用自由作用按结构反映特性分:静态作用动态作用描述作用的概率模型:随机变量概率模型随机过程概率模型(时间序列),早期的工程结构设计方法是容许应力法。假定材料是匀质弹性体,用结构力学及材料力学的方法分析结构构件在使用荷载作用下的应力,要求最大应力不超过材料的容许应力。[σ] =R /K[σ]——容许应力; R——按线性弹性理论计算的材料强度:K——安全系数;这一方法在我国目前仍在一些部门中应用. 其优点是计算简单。缺点:1 没有考虑工程材料的非线性塑性变形性能;2 采用该方法设计结构不能充分发挥材料的潜力,因为构件某一截面的最大应力达到破坏应力时构件未必就引起破坏;3 破损阶段设计法随着考虑材料非弹性及几何非线性以及考虑时间因素,内力分析方法的进一步发展。在1938年前苏联钢筋混凝土结构设计规程首先采用“破坏阶段”的设计方法。使结构达到破损阶段时的计算承载能力R (结构抗力)应不低于标准荷载引起的构件内力S (荷载效应)与安全系数K的乘积即K·S ≤R。这一方法优点:考虑了材料的塑性变形性能可以充分发挥材料的潜力,极限荷载可直接由实验验证,计算所得的结果给出了一个清晰简明的总安全度概念。缺点在于1 安全系数的确定仍依赖经验且是一个定值. 实际上统一的单一安全系数是不能确切地度量结构的安全性的。2 “破坏阶段”设计方法的不足对与这两种设计方法,可以用结构试验检验,但是在结构设计时,不能取用一次试验结果作为设计的依据,这是因为:,在今后相当长的使用期内承受荷载,不同于在试验室中所施加的破坏荷载,它可大可小。在一定范围内变动;,也不可能同实验室事先检验而预知其强度的材料完全一致,所使用材料的强度,可能比设计预定的数值大或小,在一定范围内波动;,如实际施工是钢筋的施工位置、截面尺寸等都有可能与设计的预定数值有或大或小的偏离;;这些因素都会影响结构的安全性和可靠性。 概率极限状态设计法用概率论和数理统计学来分析全部参数或部分参数,或者用可靠度分析结构在使用期限内满足基本功能要求的概率。当前的发展趋势是,结构设计正逐步由经验设计法向概率设计法转变。在目前阶段,按其发展进程国际上通常将基于可靠度的设计划分为三个水准,即水准Ⅰ、水准Ⅱ和水准Ⅲ。水准Ⅰ——半概率设计法这一水准设计方法的特点是,虽然在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则,然而,它把荷载和抗力分开考虑,而不是从结构构件的整体性出发考虑结构的可靠度,并且各分项安全系数主要依据工程经验确定,所以称其为半概率设计法。半概率设计法基本上分为如下三个步骤:按照概率取值原则确定极限状态函数中抗力变量R和荷载变量S的标准值;半概率地(根据工程实际经验)规定材料设计强度及设计荷载;由材料设计强度值计算出截面抗力,由设计荷载计算出荷载效应,并进行判断。9水准Ⅱ——近似概率设计法这是目前在国际上已经进入实用阶段的概率设计法。它采用的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法对工程结构、构件或截面设计的“可靠概率”,做出较为近似的相对估计。《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50135—92)《建筑结构设计统一标准》(GB 68—84)《铁道工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216—94)《公路工程结构设计统一标准》(GB/T50283—1999)这种概率方法由于在分析中忽略了或简化了基本变量随时间变化的关系;确定基本变量的分布时受现有信息量限制而具有相当的近似性;并且,为