工程结构可靠性基本理论的发展与应用(2)
工程结构可靠性基本理论的发展与应用(2)
5 结构承载能力和正常使用极限状态 可靠度
承载能力极限状态和正常使用极限状态是结构 设计中要考虑的两个方面，它们表示了结构可靠与不 可靠的界限。本篇的介绍是针对静力可靠度而言的，
（50078009 ） 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （1964 作者简介： 贡金鑫 士， 副教授。 收稿日期： 2001 年 5 月 ） （汉族 ） ， 男 ， 河北衡水人， 工学博
年出现一次， 其量值服从极值 I 型分布。 取用这样的概 率分布除能符合实测资料外，更重要的原因是便于确 定设计基准期内荷载最大值的概率分布。持久性活荷 载可用泊松方波过程描述，荷载变化的时间间隔服从 指数分布， 荷载量值为前面分析的等效均布荷载， 服从 （国外有的也采用伽玛分布） 极值 I 型分布 。统计分析 表明， 持久性活荷载平均每 8 年变化一次， 实际应用时 一般取为 lO 年。临时性活荷载可用滤过泊松过程描 述， 荷载出现时持续的时间一般为几个小时， 与结构设 计基准期相比很短， 可视为不同时间点上的脉冲。 有的 文献将临时性活荷载每年出现的平均次数取为 l。一 些文献还提出了描述一般临时性活荷载的随机过程模 型， 模型是通过截去平稳高斯过程的负值部分得到的， 反映了荷载间歇和随机波动的特性。 尽管不同可变荷载的随机过程模型是不同的，在 结构设计统一标准中， 为应用方便， 一般统一取用极大 值模型进行分析
DeveIopments and AppIications of ReIiabiIity Theories for Engineering Structures ( 2 )
GONG Jinxin, ZHONG Weigiu, ZHAO Guofan ( The State Key Laboratory of coastaI and Offshore Engineering, DaIian University of TechnoIogy, DaIian 116023, china ) Abstract：Great progress has been achieved in the research of structuraI reIiabiIity theories and its appIications since 1920s when it became a topic of worIdwide interest. Based on extensive pubIished papers and research documents, a state of the art summary, consisting fundamentaI theories and approaches of structuraI reIiabiIity , structuraI system reIiabiIity, Monte-carIo modeIing in structuraI reIiabiIity anaIysis, uItimate and serviceabiIity Iimit state reIiabiIity, fatigue and aseismic reIiabiIity as weII as construction and wear-out period reIiabiIity of reinforced concrete structures, is presented in three parts. This is the second part of the seriaI papers which focuses on the aspects of deveIopment of uItimate Iimit state and serviceabiIity Iimit state reIiabiIity, as weII as fatigue reIiabiIity. Keywords: engineering structures, reIiabiIity, uItimate Iimit state, serviceabiIity Iimit state, fatigue 动力可靠度问题将在后面介绍。 承载能力极限状态可靠度 ( 1 ) 结构的抗力 结构抗力是结构抵抗作用效应的能力，包括结构 （特别是承 构件的承载力、 刚度、 抗裂度等。结构抗力 载力）一直是结构工程研究的重点内容之一，特别是 当采用新的结构材料或新的结构形式时。本文主要根 据结构可靠度研究的需要， 从统计方面加以论述。 结构抗力的不确定性包括材料性能不确定性、几 何参数不确定性和计算模式不确定性三个方面。按照 数理统计方法，抗力的平均值可由上述三项不确定性 参数的平均值计算，方差则利用误差传递原理由上述
建筑结构可靠性理论应用与发展
１ 结构体 系可 靠 性分 析步 骤
力水平 ， 劳寿命 （ 载反 复作 用 的次 数 ） 于 １ 如地 震 发生 疲 荷 低 ０， 时， 结构 的破坏 ； 高周 疲 劳破坏 时 ， 力水平 较低 ， 应 疲劳 寿命 大于
１ １ 寻找 主要 的失 效模 式 ．
分析结构 的可靠度 ， 首先要 寻找结构可 能出现 的各种失 效模 １ 如压力容器 、 ０， 铁路桥 梁 、 公路 桥梁和 吊车梁。 国内对疲劳可靠 式 。所谓 的寻找 主要失 效模式 ， 就是 在所有 可 能 的失 效模 式 中 ， 性的研究 比较多 ， 文献 ［ ］ ３ 讨论 了结构 构件 疲劳 断裂可 靠性 分析 找出对结构体 系的 失效概 率贡 献最 大或较 大 的失效 模式 。结 构 的新方法和新模 型。正常使用 极限状态 的分析 包括 变形 、 部损 局
第３ ６卷 第 ３ ３期 ２０ １０年 １１月
文章 编 号 ：０ ９ ６２ ２ １ ３ －０ ５ ０ １０ －８５（００）３ ０ ７ －２
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ＿ ６ Ｎ ． ３ Ｉ３ ｏ ３
Ｎ ｖ ２ １ ｏ． ０ ０
中 图 分 类 号 ：Ｕ １ Ｔ ３ｔ 文 献 标 识 码 ： Ａ
０ 引言
变作用和偶然作 用 。在 设计 基准 期 内 ， 久作 用不 随时 间变 化 ， 永
可变作用随时 间变化 ， 用随 机过程模 型描述 ； 偶 我 国正处在大 规模 建设 阶段 ， 工业 和 民用 建筑 以钢筋混 凝 土 可视为随机变量 ； 然作用较为复杂 ， 根据其特点进 行专 门的分析 。可变作用 效应 要 结构 为主。我 国现 行规 范明确 规定 ， 筑结 构必 须满 足安 全 性 、 建 如果 结构 同时 承受 多个不 同 的可 变作用 ， 这些 作用 的效 则 适用性 和耐久性 三项要 求 ， 统称 为可靠性 。工程结构 往往 为大量 组合 ， 构件组成 的超静 定结 构 ， 一个 构件或 多个 构件 失效后 ， 下 的结 剩
工程结构的可靠性分析与应用
工程结构的可靠性分析与应用一、引言工程结构是现代工业制造的核心基础，各种建筑、机械、电气设备都对结构的可靠性有着极高的要求，可靠性分析成为工程学科的核心内容之一。
结构可靠性分析与应用是解决结构工程实际问题不可缺少的一项技术，本文将从可靠性概念入手，讨论结构可靠性分析的方法及应用。
二、可靠性概念可靠性是一个系统在规定条件下，按照设计要求能够正常运行的概率，可表示成P（T>t）=R（t）,其中P表示概率，T表示随机变量，t表示时间，R（t）表示系统在时间t中能够正常运行的概率。
可靠性是系统设计中最为重要的指标之一，它是系统以及各个部件按照设计要求按照规定条件下正常工作的概率。
在计算可靠性时，需要将系统分解成各个部件，确定其失效概率、故障间的关系以及故障发生的概率。
此外，还需要计算系统的寿命分布以及所需的维护成本。
三、工程结构的可靠性分析方法1.可靠度的基本概念在进行结构可靠性分析前，需要对可靠度的概念进行了解。
可靠度即系统在规定的时间内能够正常运行的概率，用符号R来表示。
如果系统能够正常运行的时间为t，则可靠度为R(t)。
R(t)是在规定时间t内没有失效的概率，它可以用以下公式计算：R(t) = P(T>t)，其中P是概率，T是时间。
2. 可靠性指数的计算方法可靠性指数是指系统在规定时间内能够正常运行的概率，它是可靠性分析的重要参数之一。
一般来说，可靠性指数越高，说明系统的可靠度越高。
可靠性指数的计算方法一般有两种：（1）基于参数分布的方法该方法主要是对系统进行分解，分析系统的各个部分的失效概率和故障间的关系，然后将结果进行综合，得到系统的可靠性指数。
（2）基于模拟的方法该方法是将系统的运行过程建立成数学模型，通过随机模拟的方式计算系统的可靠性指数。
四、工程结构可靠性的应用1. 计算可靠性参数在工程结构设计过程中，对关键零部件的可靠性参数进行计算和分析，可以指导结构设计和材料选型，提高结构的可靠性和安全性。
结构工程技术的发展和应用
结构工程技术的发展和应用随着现代社会的快速发展，建筑工程行业的技术也在不断进步。
其中，结构工程技术的发展和应用是一个重要的方向。
结构工程技术是建筑工程中的核心技术之一，它可以决定建筑的稳定性、安全性、美观性等方面。
在本篇文章中，我将探究结构工程技术的发展史以及现代应用，并分析其在未来的发展趋势。
一、结构工程技术的发展史结构工程技术的发展可以追溯到人类开始建造房屋的历史。
早期的房屋主要采用木头、土坯等自然材料建造，其结构设计和承重能力都比较简单。
直到公元前2000年左右，埃及人开始使用石材和巨石建造金字塔等伟大的建筑物，此时结构工程技术开始有了一些发展。
到了中世纪，罗马式建筑和哥特式建筑的出现，使结构工程技术有了更大的发展。
罗马式建筑采用拱形和穹顶的结构，哥特式建筑采用拱形和尖塔的结构，这些结构都能够承受更大的压力和扭矩。
同时，在中世纪，人们还开始使用水泥和石灰混合物来建造建筑物，这一技术也有利于结构工程技术的发展。
到了近现代，结构工程技术有了更快的发展。
20世纪初期，钢结构和混凝土结构开始逐渐被引入建筑工程中。
1929年，美国建筑师兰德克雷特发明了钢筋混凝土，该材料结构稳定性更高、使用寿命更长，因此获得了广泛的应用。
20世纪中后期，建筑工程中出现了大型跨度的悬索桥、钢筋混凝土拱桥等结构，标志着结构工程技术的高峰发展。
二、结构工程技术的现代应用随着科技的发展和建筑工程的需求，结构工程技术在现代社会中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 高层建筑和地铁在高楼大厦和地铁的建设中，结构工程技术是必不可少的。
高楼大厦需要在有限的空间内承受更多的扭矩和挤压力，因此，建造高层建筑需要采用更加复杂的结构工程技术。
地铁的建设也需要考虑到地下水位、地下建筑、地质条件等因素，这些都需要在结构工程设计中得到充分考虑。
2. 桥梁和隧道桥梁和隧道的建设也是结构工程技术的应用领域之一。
大型跨度的悬索桥和斜拉桥需要采用更加精密的结构设计技术，以保证稳定性和安全性。
结构可靠度-可靠性的基本理论
Z gx x1, x2,, xn 0
结构的“极限状态方程”
1.5 结构可靠性的数学模型
➢ “全随机过程”模型
将结构的抗力和作用效应都视为随机过程，结构 的功能函数也是一个随机过程。其极限状态方程为
Z (t) R(t) S(t) R(t) 结构抗力随机过程 S (t) 荷载效应随机过程
结构可靠 性理论
半概率法-------- 水准一 近似概率法------水准二 全概率法---------水准三
关键如何确定结构的安全度
结构安全度的确定
抗力R、荷载S的取值 规定的安全度指标
全经验法
➢特征：
荷载与抗力的取值
凭经验
安全度指标
凭经验
“安全系数”
➢不足：
K R S K
所有取值凭经验 如：英国规定各种房屋的安全系数为4，
1、结构可靠性的基本概念 2、结构可靠性理论的数学基础 3、结构可靠度的分析方法 4、建筑结构作用与抗力的统计分析 5、结构体系可靠度 6、模糊可靠度理论 7、结构动力可靠性理论 8、结构时变可靠性理论
1.1 结构可靠性的定义
结构可靠性：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。 结构可靠度：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。
R、S或各变量都采用随机变量或随机过程来描述。 用失效概率直接衡量结构的可靠性，不借助于安全
系数 或可靠指标 。
K
Pf PR S Pf
1.4 结构的极限状态
整个结构或结构的一部分作为刚体失去平
衡，如倾覆、滑移
承
载 能
结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包
力
括疲劳破坏）或因过度变形而不适于继续承载
工程结构可靠性理论与应用(习题及问题详解)
（5）求该地区设计基准期T＝50年，最大风压的统计特征值。
不考虑风向时：
由此得到： ，
考虑风向时：
＝ ＝
由此得到：
，
由于 所以规规定的风荷载标准值 即相当于设计基准使用为50年的考虑了风作用方向的最大风荷载 概率分布的平均值。
4.2求钢筋混凝土轴心受压构件的抗力统计参数。
已知C30混凝土 ， ，
20MnSi钢筋 ， ，
风压
22.25
31.44
21.83
19.80
16.04
14.82
13.81
20.42
20.20
年份
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
风压
19.80
11.89
19.80
16.04
12.67
7.98
10.12
（2）对荷载进行统计分析，依据该地区25年实测最大风压力绘制计统计频率分布直方图，为偏态，所以初步判断年最大风压力服从极值I型分布，试用极值I型分布拟合。已知极值I型分布函数
截面尺寸 ， ， ，
配筋率 ＝0.015，稳定系数 ，抗力表达式
钢筋截面积： ，
计算模式： ，
解：
计算公式为： ，统计参数为：
＝1.41 17.5 300 500 +1.14 340 0.015 1 300 500
＝4573350N
令
＝0.0248
得：
1.35
=0.165
4.3已知极限状态方程Z=g(R,S)=R-S=0， =100， =50， 0.12， 0.15，试求下列情况下 。
设 及2，目标可靠度指标 ＝3.5，试求相应的设计分项系数。
国内外结构可靠性理论的应用和发展
结构 系统可靠性理论是一门新兴 的边缘学科。它以概率论 、 数理统计方法 和随机过程理论为基 础 ， 以结构分析的有 限元法 和
研究它们 的分布规律和相关特性 ， 从而制订出一整套新 的合理 的
网络分 析技术 为工具 ，从系统角度 出发 ，将结构系统的设计 、 分 设计 规范 。 Ｂ ｒｅ 研究 了荷载 和应 力的分布规律 。Ｔ ｒ ｊ ｏｇｓ ｏｒ ａ和 Ｐａ 根据 ｏ ｅｚ 析、 评价 、 检测 和维护等融为一体。 作为一种科学分析方法和实用 技术 ， 狭义地讲 ， 它研究结构系统在规定 的使用条件与环境下 ， 在 荷载和应 力分散现象产生 的各种原 因作 了推 断其所 属分布类型 ｒｕｅ ｔａ采用全概率分析方 法 ， 研究 了传统 的安 给定的使用 寿命期 间 ， 能有效地承受载荷和耐受 环境影 响而正常 的初 步尝试 。ＦｅｄｎｈＸ
保 障体 系和监督检查措施 ， 努力增加教育在各 级政府 预赛 中投入
比重 ， 步 消 化 历 史 债 务 问题 ， 保 学 校 办学 经 费 足 额 及 时 到 位 ， 逐 确
各级政府 和执法部 门要采取切实措施 ， 严厉打击危害未成年
人身心健康的犯罪 活动 ， 切实加强保 护未成年人权益方面 的立法 环境及文化市场的整治 ， 对网吧、 游戏室、民族精神 、 反映时代特点 、 有益 于未成
李金涛 ， 昌茂 宣
（ 河南省第一建筑工程集团有限责任公 司， 河南 郑州 ４０５ ） ５０２
结构 系统可靠性作为一 种新 的设计思想和分析方法并未 引起 【 摘要 】 系统可靠性理论是一 门新兴的边缘 学科 ， 前 已 结构 目 要， 有关机 成为结构设计领域 中的一个研 究热点。 文章通过 对国 内外结构 可 社会 的足够重 视。第二次世界大战期问及随后 的岁月 中， 靠性理 论概述 ， 分析 了结构可靠性理论在国 内外的应 用与发展 。 【 关键词 】 结构可靠性 ； 理论应用 ； 设计领域
可靠性工程的理论与应用研究
可靠性工程的理论与应用研究在现代工业生产中，可靠性工程是一个非常重要的领域，它关乎着产品的质量、生产的效率和企业的利润。
可靠性工程既是一门学科，也是一种方法和技术，涉及到生产过程中的诸多环节，如设计、制造、测试、维修等。
本文将就可靠性工程的理论和应用进行探讨。
一、可靠性工程的定义和目的可靠性工程是一门应用科学，它研究如何设计、制造、测试和维护具有高可靠性的工程系统和产品。
可靠性工程的主要目的是提高产品的寿命、可靠性和安全性，降低产品故障率和维修成本。
可靠性工程要求通过科学的方法和技术，提高产品的设计水平，增强生产的质量控制能力，建立健全的质量管理体系，推动企业可持续发展。
二、可靠性工程的基本理论1. 可靠性的定义与度量可靠性是指产品在规定的使用条件下，一定时间内能够完成规定功能的概率。
它是指产品的正确性、安全性和稳定性等特性的表现。
可靠性的度量可以采用故障率、平均故障间隔时间、失效率、可用性等指标。
2. 可靠性设计原则可靠性设计是指设计者在设计产品的过程中，要充分考虑产品的可靠性问题，尽可能地消除或降低产品失效或故障的可能性。
可靠性设计的原则包括：先进的设计思想和技术、合理的材料选用、严格的质量控制、充分的试验验证、合理的维修策略等。
3. 可靠性统计分析可靠性统计分析是对产品失效数据、维修数据、测试数据等进行分析和处理，以评估产品的可靠性水平，并找出导致产品失效和故障的原因和因素。
常用的可靠性统计分析方法包括冗余度分析、失效模式与影响分析（FMEA）、失效树分析等。
三、可靠性工程的应用1. 制造业在制造业中，可靠性工程主要应用于产品设计、原材料选用、生产工艺流程控制、质量监控、维修保养等环节。
可靠性工程能够帮助制造企业提高产品质量水平，缩短产品开发周期，降低生产成本，提高企业市场竞争力。
2. 能源工业在能源工业中，可靠性工程主要应用于电力、石油、天然气等能源的输送和供应系统，以保证能源的稳定供应和安全使用。
结构工程施工系统可靠性理论方法及其应用的研究
但 是 ，对 于 规 定 的 时 间 内指 的 是 结 构 工 程 结 构 设 计 的 使 用 年 限 ，规 定 的 条 件 则 指 工 程 结 构 正 常 设 计 、
量的可靠性研究 ，主要 是对建 筑工程结构的可靠性 进 行 研 究 。结 构 建 筑 的可 靠 性 研 究 主 要 通 过 下 面 几 个方面来进行 ：首先 ，对施 工工期的 ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｅｓ ｒ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ
ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｒ ｅｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．
对 施 工 现 场 的 测 试 ；再 次 ，施 工 的 荷 载 与 调 查 ；最 后 就 是 施 工 期 不 确 定 性 的研 究 。 结 构 工 程 质 量 的 可
【 关键词 】 施工系统 可靠性 研究方法及其应用
浅谈工程结构设计可靠度理论
浅谈工程结构设计可靠度理论摘要：本文简单评述了工程结构设计理论的发展，总结了结构可靠度理论的国内外研究现状；详细叙述并分析了可靠度理论的各种适用方法，指出了我国结构设计可靠度理论的不足及发展方向。
关键词：结构设计；可靠度理论1 工程结构设计理论的发展工程结构设计的基本目的，是在结构的可靠性与经济性之间，选择一种最佳平衡力求以最经济的途径，使结构在预定的使用期（设计工作期）内完成预定的各种功能。
自1638年伽利略奠定现代建筑力学以来，工程结构设计方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法。
目前应用于国内外实际工程设计都是以近似概率法为基础，规定了工程结构可靠度设计的基本原则和方法。
2结构可靠度分析方法从研究的对象来说可分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法。
由于可靠度研究本身的复杂性，目前对结构体系可靠度的研究还很不成熟，仍处于探索阶段。
而结构点可靠度的计算方法已较成熟。
主要有：一次二阶矩法、高次高阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法、帕罗黑莫法及随机有限元法等。
2.1 一次二阶矩法一次二阶矩法是近似计算可靠度指标最简单的方法，只需考虑随机变量的前一阶矩（均值）和二阶矩（标准差）和功能函数泰勒级数展开式的常数项和一次项，并以随机变量相对独立为前提，在笛卡尔空间内建立求解可靠指标的公式。
因其计算简便，大多情况下计算精度又能满足工程要求，已被工程界广泛接受。
基于一次二阶矩的分析方法主要有四种（中心点法、验算点法、映射变换法、实用分析法）。
2.2 二次二阶矩法当结构的功能函数在验算点附近的非线性化程度较高时，一次二阶矩法的计算精度就不能满足一些特别重要结构的要求了。
国外早期的做法是将非线性功能函数在验算点处做二次展开，此法虽能解决问题，但因计算复杂而不便应用。
近年来，一些学者把数学逼近中的拉普拉斯渐进法用于可靠度研究中，取得了较好的效果。
因该法用到了非线性功能函数的二阶偏导数项，故应归属于二次二阶矩法。
基本理论与设计施工在结构工程中的应用
基本理论与设计施工在结构工程中的应用结构工程是一门涉及建筑物和其他工程结构设计、施工和维护的学科。
在结构工程中，基本理论和设计施工是至关重要的，它们对于确保建筑物的安全性和稳定性起着重要作用。
首先，基本理论在结构工程中的应用是至关重要的。
基本理论包括力学、材料力学和结构力学等方面的知识。
力学是研究物体受力和运动规律的学科，它对于结构工程师来说是必备的基础知识。
材料力学研究材料的物理性质和力学性能，它对于选择合适的建筑材料和确定其使用寿命至关重要。
结构力学是研究结构受力和变形规律的学科，它是结构工程设计的基础。
基本理论的应用可以帮助结构工程师理解和分析结构的受力情况，从而设计出安全可靠的建筑物。
其次，设计施工在结构工程中的应用也是不可或缺的。
设计施工是指将结构设计方案转化为实际建筑物的过程。
在设计施工过程中，结构工程师需要考虑到建筑物的功能需求、使用寿命、施工工艺等因素。
设计施工需要合理选择建筑材料、确定结构的构造形式和施工方法，并进行相关计算和分析。
此外，设计施工还需要考虑到建筑物的可持续性和环境友好性。
通过合理的设计施工，可以确保建筑物的安全性、稳定性和耐久性。
在结构工程中，基本理论和设计施工相互依存，相互促进。
基本理论为设计施工提供了理论依据和指导，而设计施工则是基本理论的应用和实践。
基本理论和设计施工的结合可以提高结构工程的效率和质量，确保建筑物的安全性和可靠性。
然而，在实际的结构工程中，仅仅依靠基本理论和设计施工是远远不够的。
结构工程师还需要具备丰富的实践经验和创新能力。
实践经验可以帮助结构工程师更好地理解和应用基本理论，解决实际工程中的问题。
创新能力可以帮助结构工程师设计出更加安全、经济和环保的建筑物。
因此，结构工程师需要不断学习和提升自己的专业知识和技能，以适应不断变化的工程需求和技术发展。
总之，基本理论和设计施工在结构工程中的应用是至关重要的。
它们为结构工程师提供了理论基础和实践指导，帮助他们设计出安全可靠的建筑物。
论述可靠性理论在国内外规范中的应用情况
论述可靠性理论在国内外规范中的应用情况论述可靠性理论在国内外规范中的应用情况1 引言工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。
结构安全性的设定是一个涉及国家政策、经济发展水平、社会文化背景、历史传统等多方面的问题，在相当程度上反映在一个国家的设计规范中。
2 涉及结构可靠性的国际机构、标准和大型会议2.1国际标准化组织ISO与国际标准ISO 2394ISO是由世界上148个国家组成的国际标准机构，是一个非政府组织，遵循一个国家为一个代表的原则。
1947年2月23日成立，总部设在瑞士日内瓦。
ISO/TC 98为结构设计基础委员会，该委员会的职责是从总体上分析和协调制订有关结构(包括钢、砖石、混凝土、木等)可靠性的基本要求。
所以说ISO/TC 98是协调、组织建筑和土木工程领域国际标准的一个机构。
其主要工作领域为：结构可靠性中的术语和符号(ISO/TC98/SCI)结构可靠性(ISO TC 98/ SC 2)结构上的荷载、力及其他作用(ISO/TC 98/ SC 3) ISO'TC 98/SC 2目前编制的国际标准包括ISO2394: 1998《结构可靠性总原则》，ISO 10137 : 1992《结构设计基础一建筑物抗振适用性》，ISO 12491:1997《建筑材料和构件质量控制中的统计方法》和ISO/ FDIS 13822《结构设计基础一已有结构评定》。
ISO 2394 : 1998《结构可靠性总原则》是一本关于结构可靠性设计方法的国际标准。
1986年的版本只有十几页，而1998年的版本有六十多页，内容增加很多，如增加了疲劳可靠性、已有结构可靠性评估、基于试验的结构可靠性设计等方面的内容，有些方面的内容也更加详尽，如引进了结构使用年限的概念、环境影响等与结构耐久性有关的内容。
工程结构设计中可靠度理论的研究现状和趋势-结构工程论文-土木建筑论文
工程结构设计中可靠度理论的研究现状和趋势-结构工程论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——工程结构设计是为了用最经济低廉的方式来完成建筑物预定的各种功能。
而可靠度理论就是工程结构设计的控制参数。
所以为了使工程结构设计完成的更加顺畅，必须要深入的研究分析工程结构的可靠度理论。
1 工程结构设计理论的发展。
工程结构设计理论的发展经历了三个阶段。
分别是容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法。
1.1 容许应力设计法。
容许应力设计法是在我国使用时间最久的一种设计方法，现今仍然在公路、铁路工程设计中沿用。
但是这种设计方法有很多的不足之处，例如在设计时不是按照科学化的方法，而是凭借设计者的设计经验来确定安全系数。
设计时没有考虑工程材料的非线性塑性变形性能，设计没有办法对材料进行充分的利用。
1.2 破损阶段设计法。
破损阶段设计法相对于容许应力设计法来说更加准确一些，能够对材料充分运用，也能够考虑到非线性塑性变形性能，但是依赖设计经验这一个缺陷仍然没有改善[1].同时也无法对采用了极限平衡理论荷载作用下结构的应力分布和位移变化进行很好的估计。
1.3 极限状态设计法。
极限状态设计法是把这个结构在各种极限的状态之下会产生的结果进行分析，并且要引入可靠性理论的设计方法和概率论数理统计两种方法加以佐证。
这种方法相对于容许应力法和破损阶段法有了很大的进步，不是仅靠设计者的经验，也靠理论上的分析，所以具有了一定的科学性。
2 结构可靠度理论的研究现状。
从二十世纪七十年代以来，可靠性理论开始被各国相继采用，自从康奈尔提出一次二阶矩法，林德就根据他的理论推证出了一套荷载和抗力安全系数，他是将可靠度分析和实际上的设计方法联系和结合起来，从而形成了他的研究成果。
但是康奈尔的研究成果中，可靠指标存在着不一致性的弊病。
但这一问题后来被哈绍弗和林德所解决，德国的拉克维茨换热菲斯勒紧随其后的提出了等价正态变量求法，这种方法在后来被系统的整合成结构安全度联合委员会的文件附录推荐给了土木工程界，从而被许多国家所采纳应用。
可靠性理论教程讲解
2012
绪论
16
Changsha University of Science & Technology
2、国外主要标准机构及标准、规范介绍
美国《荷载与抗力系数桥梁设计规范》
（AASHTO LRFD）
加拿大《国家建筑规范》（NBC） 《加拿大公路桥梁设计规范》（CHBDC） 日本《建筑和公共工程的结构设计基础》 日本《建筑结构极限状态设计指南》（2002）
直接可靠度设计法 实用设计表达式
2012
绪论
13
Changsha University of Science & Technology
极限状态设计法方法特点
把单一安全系数改为多个分项系数 把影响可靠度的因素视为随机变量 以失效概率或可靠指标度量结构可靠度 反映结构的全面性能
2012
绪论
14
度在结构设计中的应用；同期，前苏联尔然尼钦提出一次二 阶矩的基本概念；
1969年美国康奈尔建立结构安全度的二阶矩模式；
1971年加拿大林德采用线性分离法建立分项系数设计表达式。
未完，待续...
2012
绪论
18
Changsha University of Science & Technology
2、国外主要标准机构及标准、规范介绍
国际标准化组织（ISO）与国际标准ISO2394《结
构可靠性总原则》
国际安全度联合委员会（JCSS）与《概率模式规
范》
欧洲标准化委员会（CEN）与欧洲规范 美国《建筑及其他结构最小设计荷载》规范
（ASCE7）
美国《建筑规范对结构混凝土的要求》（ACI318）
制了《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-92）；
自-土木工程结构可靠度理论的发展与实际应用
土木工程结构可靠度理论的发展与实际应用摘要：由于影响工程结构可靠性的各种因素存在不确定性,而且这些影响具有随机性，因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量，可靠度的概念也因此产生。
随着实践经验的积累和工程力学、材料试验、设计理论等各种学科的发展而不断地演变并应用与实践之中。
本文将介绍结构可靠度理论的发展及应用实例。
关键词:可靠度理论发展实际应用１引言自公元前２250年巴比伦国王Hammuｒubi制定的结构安全度法典,到16世纪末意大利人Gａｌileo制作的用来进行结构设计的结构试验机，乃至177３年Cｏuｌomb规定的安全系数等级无一不贯彻着可靠性设计的概念。
但在结构可靠度理论发展的早期阶段，由于数学和力学上的困难，很长一段时间内研究进展缓慢。
19世纪时,由于材料力学、弹性力学和材料试验科学的发展,在Navier等的共同努力下,提出了基于弹性理论的容许应力设计法。
自此可靠度理论的发展进入了一个新阶段,各种与之相关的理论不断提出，结构可靠度理论的发展有了大的跃进。
美国的Ａ．Ｍ.Frｅdeｎtｈａl在20世纪40年代开创了美国结构安全度的研究工作，并在195１年提出破坏概率的选择原则为“应使结构建造费用与期望的破坏损失费的总和为最小”，奠定了结构可靠度理论的基础,标志着可靠度理论的建立。
20世纪４0年代到６0年代是结构可靠度理论发展的主要时期现在提到的经典可靠度理论大都是在这个时期形成的。
大致在2０世纪60年代和70年代，土木工程结构可靠度的研究工作广泛的开展并逐步进入实用阶段。
2结构可靠度理论的发展土木工程结构可靠度理论发展早期大多根据实际经验，制定以经验为主的安全系数，这个阶段的可靠度理论仅为经验性的结论，并无科学严谨的定量分析理论产生。
１９世纪,容许应力设计法出现后,还有一大批可靠度理论及文献涌现。
１9３8年，出现了国际上第一本，破损阶段设计的《钢筋混凝土结构设计标准及技术规范》(全苏标准OＣT9003-38）。
工程结构可靠性理论发展综述
工程结构可靠性理论发展综述专业：结构工程学号：112100003 姓名：刘德鹏摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。
许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。
本文从结构可靠性基本理论和方法、结构体系可靠度、结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度等六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。
分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其规范使用提出了建议。
关键词：工程结构可靠性理论发展Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories and its applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the six aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability, structural system reliability, Monte-Carlo modeling in structural reliability analysis, a ultimate and serviceability limit state reliability, fatigue and a seismic reliability as well as construction and wear-out period reliability of reinforced concrete structures into three parts. The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some advice about the standard.工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。
土木工程结构可靠性理论的发展与实际应用
结构可靠度理论的发展与实际应用摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。
许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。
本文从结构可靠性基本理论和方法、可靠度在抗震方面的应用、可靠度在实际工程的应用以及可靠度的发展等四个方面，对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。
分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其发展提出了见解关键词：工程结构可靠性理论发展Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories andits applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the four aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability on seismic resistance , structural system reliability, as well as development of structural reliability theories The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some understanding about the theories.1 结构可靠度理论的概念1.1 可靠度理论的概念结构构件的设计中，应该使所有设计的结构构件在其使用期内，力求在经济合理的前提下满足安全性、适用性和耐久性，具体而言如下：（1）能够承受在施工和使用期间内可能出现的各种作用；（2）在正常使用期间内有良好的工作性能；（3）具有足够的耐久性能；（4）在偶然事件发生时以及发生后，能够保持必要的整体稳定性。
可靠性的论文
工程结构可靠性理论的发展现状本文从结构可靠性基本理论、结构体系可靠度、结构可靠度的模拟方法等几个方面,对结构可靠性理论和应用的国内外研究现状进行总结,分析了工程结构可靠性理论的发展现状,并对其规范使用提出了建议。
工程结构;可靠性理论;发展现状作为基本建设的主体,工程结构不仅关系到国计民生,还会影响到一个国家的现代化进程,因此,保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用,满足设计要求的各项使用功能,及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的,即要保证结构的安全性、适用性和耐久性,这三个方面构成了工程结构可靠性的基本内容。
为了实现这些内容,本文总结了几个方面的理论和方法。
1. 结构可靠性基本理论与方法1.1 一次二阶矩法:按照现行结构可靠度设计统一标准的定义,结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。
结构可靠性理论的研究,起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的不确定性的认识,以及结构设计风险决策理论中计算结构失效概率的需要。
早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所谓“二阶矩模式”,可靠度用可靠指标表示。
对于结果功能函数随机变量服从正态分布的情形,在概率密度曲线坐标中,功能函数的平均值为曲线的峰值点到结构功能函数等于0(极限状态方程)点的距离,可用标准差的倍数表示,这个倍数就是二阶矩模式中的可靠指标。
而如果将结构功能函数随机变量线性变换为一个标准正态随机变量,则在新的概率密度曲线坐标中,可靠指标为坐标原点到极限状态面的距离。
将这一几何概念进行推广,提出了结构可靠指标的新定义,将可靠指标定义为标准正态空间内(随机变量的平均值为0,标准差为1),坐标原点到极限状态曲面的最短距离,原点向曲线垂线的垂足为验算点。
可以很容易的证明,如此定义的可靠指标,也是将非线性功能函数在其验算点处线性化后的线性函数所对应的二阶矩模式的可靠指标。
国际上常用的变换方法称为JC法,国内提出了简便实用、精度与JC法相差不多的实用分析法。
可靠度理论在铁路桥梁中的应用
可靠度理论在铁路桥梁中的应用摘要：鉴于铁路桥梁结构设计由长期沿用的“容许应力法”向“概率极限状态设计法”转变已经势在必行且迫在眉睫，本文将着重阐述结构可靠度理论在铁路桥梁设计中应用方面。
首先，介绍了结构可靠度的基本概念与原理，包括可靠性、可靠度、失效概率、可靠指标等；其次，阐述了几种可靠度计算分析的常用方法，包括一次二阶矩法、蒙特卡罗法、高次高阶矩法等；最后，重点叙述了可靠度理论在铁路桥梁构件抗弯承载力方面和铁路桥梁疲劳方面的应用，供有关设计及技术人员参考。
关键词：结构可靠度；铁路桥梁；极限状态；疲劳0引言近年来随着自然科学与工程技术的发展，世界各国铁路工程朝高速铁路方向大力发展。
1964年，全长515.4km日本新干线开通运营，210km/h的时速开启了世界高速铁路的新时代。
随后的几十年中，德国、法国、意大利等国家也相继对高速铁路展开试验研究，并取得了丰硕的成果。
我国对高速铁路的研究起步较晚，秦沈客运专线的建成标志着国内高速铁路时代的到来。
2008年，时速高达350 km/h的京津城际高速铁路正是运营；2009年，世界上一次建成、里程最长的武广客运专线，时速最高350 km/h；2012年，世界上第一条地处严寒地区的哈大高铁通车。
截止2013年底，我国高速铁路已开通11152公里，“四纵四横”主骨架中的京沪、京广、哈大、东南沿海、沪汉蓉、晚海-郑宝路段等线路均已开通。
目前，国内高铁建设正处于高速发展的态势。
国内外高速铁路的飞速变革促使着铁路工程的设计向着更加精细化的方向发展。
欧洲规范EN 1990:2002（含铁路桥梁设计）已经用了极限状态设计体系；美国建筑规范和公路桥规也已釆用了极限状态设计体系，而美国铁路混凝土桥梁则是依据其铁路工程师协会手册AREMA中的荷载设计法和荷载系数设计法而设计的。
我国铁路钢筋混凝或预应力混凝土桥梁仍以容许应力法进行设计，而公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵早在2004年部颁的公路桥规（D60-2004系列）中已经转变为极限状态设计法。
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小和风向的二维联合概率分布问题，有关文献讨论了 风向对结构可靠度的影响，及在设计规范中如何考虑 风向的问题。风对结构的作用还与结构的体型及结构 本身的动力特性有关，目前风工程已形成一个专门的 学科。 楼面可变荷载是人和物产生的荷载，分为持久性 活荷载和临时性活荷载。持久性活荷载是指在楼面上 经常出现，而且出现期间其值不变化或变化可以忽略 的荷载， 如办公楼的办公设备、 工作人员的重量， 住宅 中家具、 物品及常住人员产生的荷载等； 临时性活荷载 是指在楼面上持续时间很短的荷载，如在会议室内开 会或集会时聚集的人员，房屋维修时工具和材料的堆 积荷载等。根据结构概率极限状态设计的需要， 自 #% 世纪 &% 年代起， 国内外对办公楼和住宅的楼面持久性 活荷载和临时性活荷载进行了大量的实测和统计分 析。分析结果表明， 在一定的影响面积范围内， 持久性 活荷载单位面积的平均值基本不随影响面积变化，而 方差随影响面积的增加而减小。所以， 荷载规范规定， 对于不同的结构， 当楼面的从属面积超过一定值时， 对 可变荷载标准值要进行折减。持久性活荷载的量值 （大小） 可用随机场模型描述， 模型由四个部分组成： 反 映同一类建筑物持久性活荷载总体的平均值，反映同 一类建筑物之间荷载差异的随机变量，反映同一建筑 物不同楼层之间荷载差异的随机变量，反映同一楼层 不同位置荷载变化的随机场，有的模型还考虑了不同 楼层荷载间的相关性。对于临时性活荷载，一般将楼 面分为若干区块，统计每一区块内的集中荷载大小及 数目，然后再建立随机场模型。由于临时性活荷载并 不经常出现， 而且离散性大， 完全用统计方法来分析有 一定困难， 一般要参考或结合工程经验进行处理。 在确定了持久性活荷载和临时性活荷载量值的概 率模型后， 还要根据设计需要， 将其等效为均布荷载， 等效的条件要与结构设计中内力和变形的分析相适 应， 分析内容包括梁跨中弯矩、 梁跨中剪力、 内柱内力、 梁端弯矩、 梁端剪力、 外柱内力、 梁塑性铰机构、 梁跨中 （ 变形等。按这些条件确定的等效均布荷载 或其平均 值和方差） 是不同的， 但相差不大， 可综合取用一个统 一的值。 如上所述， 永久作用是一个随机变量， 一般认为服 从正态分布。可变作用要根据其特点选用不同的随机 过程模型。风荷载和雪荷载取用年最大值，可认为每 !
第 !3 卷第 4 期 !99! 年 :9 月 文章编号： :999 < =>=? @ !99! A 94 < 999! < 9?
建 筑 结 构 学 报 "#$%&’( #) *$+(,+&- ./%$0/$%12
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工程结构可靠性基本理论 （! ） 的发展与应用
贡金鑫，仲伟秋，赵国藩
（大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁大连 ::=9!3）
摘要：自 !9 世纪 !9 年代以来， 工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。本文根据大量的文献， 从结构可靠 性基本理论和方法、 结构体系可靠度、 结构可靠度的 B#&/1CD’%(# 模拟方法、 结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、 结 构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究 的现状进行了概括性总结， 以期为我国在这方面研究的进一步发展提供一个参考。 本篇是其中的第二部分， 主要介绍了结 构承载能力和正常使用极限状态可靠度， 以及结构疲劳可靠度研究和应用方面的发展。 关键词：工程结构；可靠性；承载能力极限状态；正常使用极限状态；疲劳 中图分类号：EF3::6 ! 文献标识码：G
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三项不确定性参数的方差计算。实际中使用的是结构 抗力与其标准值比值的统计参数，因此抗力不确定性 的分析也是分项按其比值进行的，有关文献对此有详 细的分析。我国在编制各种结构的可靠度设计统一标 （混凝土结构、 准时， 对不同材料的结构构件 钢结构、 砖 （轴拉破坏、 石结构） 、 不同破坏方式 轴压破坏、 弯曲破 坏、偏心受压破坏（大偏心受压破坏和小偏心受压破 坏） 、剪切破坏、冲切破坏）的抗力统计参数进行了分 析， 由于各种结构设计规范的设计公式不完全相同， 以 及材料性能取值和统计分析方法的差异， 同种材料、 同 种破坏方式构件的抗力统计参数间有一定的差别。 （随机变量） 如果结构抗力可表示为各设计参数 乘 积或商的形式，则其对数就为多个随机变量对数和的 形式， 按照概率论中的大数定理， 抗力的对数近似服从 正态分布， 从而推知抗力服从对数正态分布。工程中， 不管抗力表达式的形式如何，均假定抗力服从对数正 态分布。在结构使用过程中，结构的抗力可能会随时 间发生变化，有关的分析将在第三部分介绍。结构设 计规范中并不考虑结构抗力可能的变化， 而是从设计、 施工、 使用中的维护等角度来保证结构的耐久性。 " # $ 结构上的作用 （直接作用） 结构上的作用包括结构上的荷载 和外 （ ） 加约束或约束变形 间接作用 。在实际中， 只有荷载 是可统计分析的，因此可靠度分析和设计只是针对荷 载作用下的情形而言的，间接作用则根据经验或用构 造方法处理。按所考虑作用特点的不同，作用有不同 的分类方法， 最常用的是按时间的分类方法， 可分为永 久作用、 可变作用和偶然作用。在设计基准期内， 永久 作用不随时间变化， 可视为随机变量； 可变作用随时间 变化， 用随机过程模型描述； 偶然作用较为复杂， 要根 （如地震具有动态作用， 据其特点进行专门的分析 爆炸 具有冲击作用） 。 结构形式不同及结构的用途不同，可变作用的形 式也不同，下面只针对建筑结构的作用进行分析。对 （屋） 于一般的公用和民用建筑， 可变作用主要有楼 面 可变荷载、 风荷载、 雪荷载等。风荷载和雪荷载属自然 荷载，根据不同地区的历史记录进行统计分析。我国 在编制建筑结构统一标准时，在风荷载和雪荷载统计 分析方面作了大量工作。对于风荷载，规范使用的是 年最大风压的分析结果， 实际上， 风是有方向性的， 不 仅大小不确定，方向也不确定。一些文献研究了风大
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（伴随） 部分 可变作用标准值进行折减。 如果作用效应组合是可变作用效应的线性组合， 则组合的目的就是求设计基准期内总作用效应随机过 程最大值的概率分布函数， 但一般情况下， 理论上给出 一个准确的解是非常困难的。将持久性活荷载视为泊 （脉冲荷 松方波过程、 临时性活荷载视为滤过泊松过程 载） ， 有关文献曾通过解积分方程或拉普拉斯变换， 给 出这两种荷载组合的一个理论解法， 文献 & $+ ’ 则给出 一个简单的解析表达式。文献 & $, ’ 给出了多个临时性 （持续时间很短， 活荷载 但不为 %） 组合的近似概率分 （-./01/23013 4356.2） ， 该方法考 布公式， 称为叠合方法 虑了每个荷载单位时间内的平均出现率， 两个、 三个荷 载单位时间内同时出现的平均出现率，及每个荷载的 平均持续时间。 当有持久性活荷载参与组合时， 则将组 合后的临时性活荷载视为一个临时性活荷载，再进行 组合。有关的文献还将该方法推广于非线性极限状态 和动力分析的情形， 并且证明具有较好的分析精度， 同 时以该方法为基础研究了结构体系可靠度问题。 可变荷载是一个复杂的随机过程， 依结构用途、 使 用环境的不同而不同，上面是对一些特定可变荷载组 合的分析， 对于其他的可变荷载并不适用。 近年来国际 上倾向于用随机过程的跨阈率理论研究结构的荷载组 合问题 & $# ’ 。跨阈率为随机过程变量单位时间内跨越规 定水平的平均次数， 如果只有一个随机过程变量， 则为 上跨阈率，可由著名的 7/13 公式计算，如多个随机过 程变量构成一个随机过程向量，则组合后的跨越为外 跨阈率， 可由广义的 7/13 公式计算。求得了多个荷载 组合的外跨阈率，就可用时变可靠度方法计算结构的 失效概率。关于跨阈率的计算， 一般比较复杂， 对不同 的情况和随机过程模型， 要采用不同的方法和公式， 详 有时为分析简便也使用跨阈率的上下限 见文献 & $8 ’ ， 公式。如果是非线性荷载组合， 为近似计算外跨阈率， 需将极限状态曲面展开为超平面， 为减小误差， 还需选 择一个合适的展开点。 有三个点可以考虑作为展开点： ! 一次二阶矩方法的验算点； "最大平均外跨阈率点； # 最大局部平均外跨阈率 （跨越极限状态曲面单位面 积的平均外跨阈率） 点。有的文献分析认为， 三种方法 在可靠指标趋于无穷大时均能渐近于精确结果，以第 三种方法最好， 但从简便实用的角度， 使用第一种方法 较为合适。 为进一步提高分析精度， 有的文献还给出了 跨越极限状态二次展开曲面的跨阈率计算公式。
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