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可靠度作业
土木工程中的结构可靠度理论
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名: 焦彤业: 结构工程号: 21106067 院: 建设工程学部
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土木工程中的结构可靠度理论
1. 结构可靠度概述
结构可靠度相关概念
结构所要满足的功能要求是指结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
3、在正常维护下具有足够的耐久性
4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必要的整体稳定性在以上四项功能要求中,第1、4两项通常指结构的强度、稳定,即所谓的安全性;第2项是指结构的适用性;第3项是指结构的耐久性,三者总称为结构的可靠性,即结构可靠性,是指结构在规定的时间内,在规
定的条件下,完成预定功能的能力。
在工程上,一般所说的可靠度,指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时,可能出现的各种作用;在正常使用时,具有良好的作用性能;在正常维修和保护下,具有足够的耐久性能:在偶然事件(如地震,爆炸,撞击等)发生实际发生后,仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为: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。
结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素;荷载及结构的抗力不是确定性的量,它们是随机变量,因此绝对可靠的结构设计是不存在的!由于结构的荷载和抗力存在随机不确定性,所以采用结构可靠度理论研究结构的可靠性问题是非常必要的。

1947年,Freudenthal在历史上首次提出“结构的安全性”问题。1956年,第一次明确提出结构的失效概率和可靠指标的概念。
1969年,Cornell在历史上第一个明确给出可靠指标的计算公式;至1974年,与Ang A. H.-S.(洪华生)建立了均值一次二阶矩方法的基本理论,并将其应用于结构设计中。
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1983年,Shinozuka首次将设计点的确定表达为约束优化问题,并证明设计点是“最可失效点”;同时,第一次将“重要抽样法”引入结构可靠度的数值模拟分析。
1983年,Hohenbichler和Rackwitz第一次提出了结构体系可靠度的FORM近似。
1989年,意大利女学者Faravelli首次提出结构可靠度分析的响应面法。 20世纪70年,以概率论为基础的可靠度理论趋于成熟;发展了基于构件可靠度设计的荷载抗力系数设计方法;各个国家、不同行业的设计规范逐步向LRFD设计方法过渡;在特别重要的重大工程结构设计中采用全概率设计法。

土木工程设计理论和方法的发展经历了几个阶段,包括几何学设计法、荷载系数设计法、容许应力设计法、破损阶段设计法和极限状态设计法。

在材料力学及弹性力学方法发展以后,早期的结构设计方法是许用应力法。他设计材料为均匀弹性体,分析结构上所受到的载荷作用,用结构理学或材料力学的方法算出结构应力分布,确定危险点上的工作应力之;再根据经验及统计资料确定许用应力;设计时保证最大应力不超过材料的许用应力,这成为强度判据,它满足了结构的强度要求,因而认为结构在工作不会破坏。考虑到工作中的各种不确定因素,又许用应力乘以安全系数后,就得出了结构强度,确定结构的规格尺寸。
R
K??[?]?
式中,K—安全系数; R—材料强度。
容许应力法使用方便,按此法设计可以满足正常使用的要求,所以此法能较长时期被应用,但此法存在明显的缺点:
1) 该法按照线弹性理论以一点的强度来确定整个结构构件是否安全可靠,这对于脆性材料制作的结构构件来说有一定的合理性,但是对于弹塑性材料制作的构件而言,由于没有考虑结构在非弹性阶段仍具有承受荷载的能力,以及没有将荷载、结构抗力等作为随机因素加以考虑,所以是
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不合理的。
2) 此法所给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的可靠度水平。
3) 此法认为荷载的变化具有相同的比例,采用单一安全系数法。
按破坏阶段设计法
设计原则:结构构件达到破损阶段时的计算承载能力Φ应不低于标准荷载引起的构件内力N乘以由经验判断的安全系数K。即
KN≤Φ
作为设计方法,破损阶段法是要考虑结构材料的塑性性质及其极限强度,从而确定结构的最终承载能力。单在结构可靠性方面,还是由安全系数来保证,这与容许应力法相同,也存在类似的缺点。

通过结构的不同极限状态,采用半概率的方法。此法并不要求必须保证结构以规定的小概率进入极限状态,而只要求在