结构可靠度1
桥梁结构可靠度设计统一标准
桥梁结构可靠度设计统一标准1.可靠度基本概念可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
可靠度设计考虑了各种不确定性因素，包括荷载、材料性能、结构设计方法等，以确保结构在预期寿命内的安全性和功能性。
2.荷载分析荷载是影响结构性能的主要因素之一。
荷载分析应考虑各种可能的自然和人为荷载，包括风、雨、雪、地震等自然力，以及车辆、人群等人为因素。
对每种荷载进行概率分布分析，以确定其对结构的影响。
3.材料性能材料性能是结构可靠性的关键因素。
材料性能应考虑其随机性和时变性，包括强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等。
在可靠度设计中，应采用合理的材料性能参数和概率模型进行描述。
4.结构设计方法结构设计方法是实现可靠度设计的重要手段。
结构设计应遵循结构分析理论和方法，结合结构优化和计算机辅助设计等技术，以提高结构的可靠度和经济性。
结构设计应考虑各种不确定性因素，包括材料性能、荷载等。
5.极限状态设计极限状态设计是可靠度设计的重要内容之一。
极限状态是指结构在正常工作状态下所能承受的最大荷载或变形。
极限状态设计应考虑结构的极限承载能力和极限位移，以确保结构在预期寿命内的安全性和功能性。
6.可靠度分析可靠度分析是实现可靠度设计的关键步骤。
可靠度分析应采用概率模型和方法，结合数值模拟和统计分析等技术，对结构进行概率分析和可靠性评估。
可靠度分析应考虑各种不确定性因素，包括材料性能、荷载等。
7.安全系数设计安全系数设计是传统结构设计方法的一部分。
安全系数是指结构在设计时所采用的安全裕度，以确保结构在预期寿命内的安全性和功能性。
安全系数设计应考虑各种不确定性因素，包括材料性能、荷载等。
8.地震抗力设计地震抗力设计是桥梁结构可靠度设计的特殊考虑之一。
地震抗力是指结构在地震作用下的承载能力和稳定性。
地震抗力设计应考虑地震的随机性和不确定性，以及结构的动力特性，以提高结构的抗震性能和可靠性。
9.耐久性设计耐久性是指结构在长期使用过程中的性能保持能力。
水工结构可靠度设计方法
水工结构可靠度设计方法一、前言水工结构是指用于防洪、排涝、引水、蓄水等水利工程中的建筑物或构筑物，如大坝、堤防、泄洪闸门等。
在设计和施工过程中，可靠度是一个非常重要的指标，它反映了结构在使用寿命内正常运行的概率。
本文将介绍水工结构可靠度设计方法。
二、可靠度基本概念1. 可靠度可靠度是指产品或系统在规定条件下，在规定时间内正常运行的概率。
通常用R表示。
2. 失效率失效率是指产品或系统在规定时间内失效的频率。
通常用λ表示。
3. 平均失效时间平均失效时间是指产品或系统平均运行时间与失效次数之比。
通常用MTTF（Mean Time To Failure）表示。
4. 可修复性和不可修复性可修复性是指产品或系统在出现故障时可以通过维修等手段恢复正常运行的能力；不可修复性则相反。
三、水工结构可靠度设计方法1. 可靠度分析方法（1）确定失效模式和失效原因：通过对水工结构进行全面分析，确定可能出现的失效模式和失效原因。
（2）确定失效率：根据失效模式和失效原因，采用适当的方法计算失效率。
常用方法有可靠性增长法、可靠度预测法、可靠度试验法等。
（3）确定设计寿命：设计寿命是指产品或系统在规定条件下正常使用的时间。
根据水工结构的实际使用情况和要求，确定设计寿命。
（4）确定可靠度目标值：根据水工结构的实际使用情况和要求，确定可靠度目标值。
（5）分析影响可靠度的因素：通过对水工结构进行全面分析，确定影响其可靠度的因素，如材料、结构形式、施工质量等。
（6）制定提高可靠度措施：根据影响可靠度的因素，制定相应的提高可靠度措施。
2. 可修复性分析方法在水工结构设计中考虑到其可修复性是非常重要的。
如果出现故障可以及时修复，则可以减少损失和维护成本。
以下是一些常用的可修复性分析方法：（1）故障模式与影响分析（FMEA）FMEA是一种通过分析可能出现的故障模式及其影响，提前采取相应措施防止故障发生的方法。
（2）可修复性分析（RCA）RCA是一种通过分析故障原因，找出根本原因，并采取相应措施预防故障再次发生的方法。
02第二章 结构可靠度的基本概念
r ≤s
∫∫
f RS ( r , s ) drds =
r ≤s
∫∫
f R ( r ) ⋅ f S ( s ) drds
干涉面积
s, r
结构的失效概率与随机变量R和S的概率密度干涉面积 密切相关，因此这种积分法又叫概率干涉法。 概率干涉法
2.2 结构的失效概率
–
首先对 r 积分, 在对 s 积分
Ps
Z
Z >0
3. 结构可靠指标
–结构可靠指标的定义：
φ Z ( z)
Ps
β = −Φ −1 ( Pf )
式中 Φ −1 为正态分布函数的反函数。 Pf
−β
0
Z
第 二 章 结构可靠度的基本概念
2. 2 结构失效概率
2.2 结构的失效概率 2.2.1 多总体基本变量的失效概率 1. 功能函数
Z = g ( X ) = g ( x1 , x2 ," , xn )
2.2 结构的失效概率
2.2.2 两综合变量的失效概率
1. 基本假定 (1) S 表示构件总的荷载效应，其PDF和CDF： f S ( s ) , FS ( s ) (2) R 表示构件的抗力，其PDF和CDF： f R ( r ) , FR ( r )
(3) R 和
f RS ( r , s ) = f R ( r ) ⋅ f S ( s ) S 是统计独立的，则有：
安全状态 极限状态 失效状态
0 Ø结构的极限状态方程
Z = g ( R, S ) = R − S = 0
S
2.1 结构可靠度的定义 Ø 极限状态方程的特点
–Z
为安全余量
结构可靠度
Z g ( R, S ) R S
(3)结构的极限状态 （GB50068-2001) 结构的期望状态：结构处于 满足其功能要求的状态.其功能 函数 g ( X1 ,, X n ) 0 结构的不期望状态：结构处 于未能满足其功能要求的状态. 其功能函数 g ( X1 ,, X n ) 0 结构的极限状态：结构整体或部分超越某一状态 结构就不能满足设计规定的某一功能的要求，此状 态即称为结构该功能的极限状态。其功能函数满足:
• 根据结构极限状态被超越后的结构状况分类： • 1、不可逆极限状态 • 当引起超越极限状态的作用被移掉后，仍将永久地保持超越效应 的极限状态。即因超越极限状态而产生的结构的损坏或功能失常 将一直保持，除非结构被重新修复。 • 承载力极限状态一般是不可逆的，正常使用极限状态有时可逆有 时不可逆。 • 2、可逆极限状态 • 产生超越极限状态的作用被移掉后，将不再保持超越效应的极限 状态。即因超越结构极限状态而产生的结构损坏或功能失常仅在 超越的原因存在时保持。 • 总之，极限状态的分类没有固定的规则，主要以设计需要为 依据。如日本，地震经常发生，所以其《建筑及公共设施结构设 计基础》给出了可恢复极限状态；对于钢桥，车辆反复作用引起 的疲劳破坏严重，所以，美国的《荷载与抗力系数桥梁设计规范》 单独列出了疲劳极限状态，在大地震、洪水、车辆、冰流撞击等 条件下，该规范还列出了极端事件极限状态。
• 5、极限状态很多，为便于设计时掌握，按其性质分类 是必要的（包括破坏性和使用性）。 • 前苏联学者提出分成三类： • 第一类：承载力极限状态，包括结构的强度、稳定性、 疲劳等 • 第二类：由过大的变形引起的极限状态 • 第三类：由裂缝的形成或开展引起的极限状态（不适用 于钢结构）。 • 许多学者认为，第一类极限状态应当包括塑性变形的极 限状态，因而，将变形极限状态独立为第二极限状态， 似乎不恰当。为此，欧洲有关学术组织将极限状态重新 分为承载力极限状态和正常使用极限状态两类。
结构基本计算原则
第2章结构基本计算原则2.1极限状态2.1.1 结构上的作用使结构产生内力或变形的原因称为“作用”，分直接作用和间接作用两种。
荷载就是直接作用，混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用。
间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。
例如，地震对结构物的作用，不仅与地震加速度有关，还与结构自身的动力特性有关，所以不能把地震作用称为“地震荷载”。
结构上的作用使结构产生的内力(如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等)、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。
荷载与荷载效应之间通常按某种关系相联系。
1）荷载的分类按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：（1）永久荷载在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。
例如，结构的自身重力、土压力、预应力等荷载，永久荷载又称恒荷载。
（2）可变荷载在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
例如，楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等，可变荷载又称活荷载。
（3）偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。
例如，爆炸力、撞击力等。
2）荷载的标准值荷载标准值是荷载的基本代表值。
实际作用在结构上的荷载的大小具有不定性，应当按随机变量，采用数理统计的方法加以处理。
这样确定的荷载是具有一定概率的最大荷载值称为荷载标准值。
《建筑结构荷载规范》(GBJ 50009)规定，对于结构自身重力可以根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定。
可变荷载通常还与时间有关，是一个随机过程，如果缺乏大量的统计资料，也可近似地按随机变量来考虑。
考虑到我国的具体情况和规范的衔接，《建筑结构荷载规范》采用的基本上是经验值。
2．1．2 结构的功能要求1）结构的安全等级建筑物的重要程度是根据其用途决定的。
例如，设计一个大型体育馆和设计一个普通仓库，因为大型体育馆一旦发生破坏引起的生命财产损失要比普通仓库大得多，所以对它们的安全度的要求应该不同，进行建筑结构设计时应按不同的安全等级进行设计。
结构可靠度的基本概念
建筑结构设计目标：使得结构在规定的设计使用年限内以适 当的可靠度且经济的方式满足规定的各项功能要求。
第一节 结构可靠度基本概念
●结构的功能要求
四项基本功能：
(1) 能承受在正常施工和正常使用时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能； (4) 在偶然事件发生时（如地震、火灾等）及发生后，仍能保
£
[t ]
Þ
Tmax
£ [t ] ×Wp
M max W
£ [s ]
Þ
M max
£ [s ] ×W
单筋矩形截面 抗弯计算式
0M
1
fcbx
h0
x 2
结构抗力R
荷载效应S 结构抗力R
指结构或结构构件承受荷载效应S的能力
建筑结构设计目标：荷载效应S ≤ 结构抗力R
R≥S 不能绝对满足，只在一定概率意义下满足，即：
结构的荷载效应S与结构抗力R
作用在
荷载
荷载效应
建筑结构上
轴力 剪力 弯矩 …… 挠度 转角 裂缝 ……
内力效应 变形效应
荷载效应统称为S
结构的荷载效应S与结构抗力R
材料特性
强
轴向拉压杆件 度
安
受扭转杆件
全 校
核
受弯杆件
公 式
构件的几何特征
FN max A
£
[s ]
Þ
FN max
£
[s ] ×
A
Tmax Wp
持必需的整体稳定性。
4
第一节 结构可靠度基本概念
(1)、(4)为结构的安全性 (2)为结构的适用性 (3)为结构的耐久性
第04章 结构可靠度与可靠指标
4.1 结 构
பைடு நூலகம்
假定 R 和 S 为相互独立的随机变量，则二 者在 ds 区域内同时发生的概率应等于上 述两种概率的乘积，即
f S (s)ds f R (r )dr
0 s
可
靠 度 与 失 效 概 率
结构的失效概率 Pf 是在整个区间 (0 ， ∞) 上R小于S的概率，所以有
Pf
0 s f S ( s ) f R (r )dr ds FR ( s ) f S ( s )ds 0 0
1. 正态变量表示的线性极限状态方程
对于具有两个正态变量R、S的线 性极限状态方程 Z=R–S=0 由前面的讨论得到可靠指标 β 的计算 公式为：
Z
mZ mR mS
2 R
2 S
(4-22)
4.4 计 算 可 靠 指 标
式 (4-22) 可以推广到 n 个变量的情况， 设具有n个正态变量Xi(i = 1，2，…，n)的 线性极限状态方程为：
2
dz (4-10)
4.1 结 构
2. R、S为非正态分布变量
设 抗 力 R、 荷载效应S的概 率密度函数分别 为fR(r)、fS(s)，如 图4-2所示。
f S ( s) f R ( r)
可
靠 度 与 失 效 概 率
mS
mR
干涉区
s,r
失效概率用数学式子表示为：
Pf P(Z 0) PR S 0
4.2 结 构
式(4-15)表示了失效概率与可靠指标 的关系。利用式 (4-5) 还可导出可靠度与 可靠指标的关系为
Pr 1 Pf 1
可靠度理论
2 2 Z R S
R R R
S S S
R R R 1 Z
S S S 1 Z
具体公式为：
f k (1 )
式中， fk——特征值； α——在特征值取值的保证率下所对应的系数。 保证率α——对应的可靠概率ω α＝1 ω＝84.13% α＝1.645 ω＝95% α＝2 ω＝97.72% α＝3 ω＝99.865%
结构可靠度指标的计算方法
（一）均值一次二阶矩法
中心点法是结构可靠度研究初期提出的一种方法,其 基本思想是首先将非线性功能函数在随机变量的平均 值(中心点)处进行泰勒展开并保留至一次项,然后近似 计算功能函数的平均值和标准差,进而求得可靠度指标。 该法的最大优点是计算简便,不需进行过多的数值计算, 但也存在明显的缺陷:1)不能考虑随机变量的分布概型, 只是直接取用随机变量的前一阶矩和二阶矩;2)将非线 性功能函数在随机变量均值处展开不合理,展开后的线 性极限状态平面可能较大程度地偏离原来的极限状态 曲面;3)可靠度指标会因选择不同的变量方程而发生变 化;4)当基本变量不服从正态或对数正态分布时,计算 结果常与实际偏差较大。故该法适用于基本变量,服从 正态或对数正态分布,且结构可靠度指标β=1～2的情 况。
验算点坐标
考虑到设计验算点p*应位于极限状态曲面上故g （X1*,…,Xn*）=0 因此
比较2-1求出的β。均值一次二阶矩法缺点是明显的。
（三）验算点法(JC法) 很多学者针对中心点法的弱点,提出了相应的改进措施。 验算点法,即Rackwitz和Fies-sler 提出后经hasofer 和 lind改进,被国际结构安全度联合委员会(JGSS)所推荐 的JC法就是其中的一种。作为中心点法的改进,主要 有两个特点:1)当功能函数Z为非线性时,不以通过中心 点的超切平面作为线性相似,而以通过Z=0上的某一点 x3( x31, x32, x33, …, x3n)的超切平面作为线性近似,以避 免中心点法的误差;2)当基本变量x3 具有分布类型的信 息时,将x3 分布在x31, x32, x33, …, x3n处以与正态分布等 价的条件变换为当量正态分布,这样可使所得的可靠指 标β与失效概率pf 之间有一个明确的对应关系,从而在 β中合理地反映分布类型的影响。该法能够考虑非正 态的随机变量,在计算工作量增加不多的条件下,可对 可靠度指标进行精度较高的近似计算,求得满足极限状 态方程的“验算点”设计值,便于根据规范给出的标准 值计算分项系数,以便于工作人员采用惯用的多系数表 达式。
结构可靠度理论ppt课件
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
均匀分布随机变量X的取值具有“均匀性” 均匀性特点:均匀分布随机变量X落在(a,b) 内任意子区间的概率只与子区间的长度有关, 而与子区间的位置无关. 可假设有这种特性的随机变量服从均匀分 布.
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
图 2.3 可靠度指标的几何意义及验算点
根据前面所 述，将结 构功能函 数 Z 在假 定验算 点 X*= (x1*, x2*,, xn* ) 处运用泰勒 级数展开且只 保留线 性项：
X * Xi
( X * Xi
2
xi*)
由可靠度指标 的几何 意义，验 算点和 可靠度指 标之间 具有如下 关系：
xi* Xi Xi cosi
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
结构可靠度分析
Pf min Pfi
i1, n
对于超静定结构，当结构失效形态唯一时，结构体系的可 靠度总大于或等于构件的可靠度；当结构失效形态不唯一时， 结构每一失效形态对应的可靠度总大于或等于构件的可靠度， 而结构体系的可靠度又总小于或等于结构每一失效形态所对应 的可靠度。
（3）串-并联模型
在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效形态不 限于一种，则这类结构系统可用串 -并联模型表示。
* 多失效形态的超静定结构的失效分析——串-并联模型。 * 由脆性构件组成的超静定结构，其并联子系统可简化为一个
元件——串联模型。(当一个元件发生破坏，就可近似认为整个结构破坏)
中心点法的优缺点
优点： 计算简便，可靠指标β具有明确的物理概念和几何意义。 缺点： （1）中心点法建立在正态分布变量基础上，没有考虑有关基本 变量分布类型的信息。 （2）当功能函数为非线性函数时，因该方法在中心点处取线性
近似，由此得到的可靠指标β将是近似的，其近似程度取决于线
性近似的极限状态曲面与真正的极限状态曲面之间的差异程度。
当结构的功能函数为非线性函数时：
结论2：当X=[X1，X2，…，Xn]T为独立正态随机向量时，可靠指 标β的绝对值近似等于在标准化空间中原点到过极限状态非线性 曲面上某点（常取为均值点）切面的距离。
结论3：当X=[X1，X2，…，Xn]T为独立正态随机向量时，且在X 的标准化空间中极限状态曲面为单曲曲面，则用原点到极限状态 曲面的最短距离代替可靠指标所产生的误差最小。 （见图9-5）
构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响也不同。
2、结构体系的失效模型
组成结构的方式（静定、超静定） 构件失效性质（脆性、延性）
三种基本失效模型：串联模型、并联模型、串-并联模型。
关于结构可靠度的一点理解
关于结构可靠度的一点理解可靠度理论是在上世纪80年代引进我国的，经过三十年的研究和发展，已经形成了中国特色的理论体系。
现在可靠度理论已经被写入建设规范，引导着结构向高质量方向发展。
1.可靠度理论的基本概念1.1可靠度的概念工程结构的设计应在经济合理的条件下满足如下要求：①能承受正常施工和正常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在正常维修和养护下，具有足够的耐久性；④在偶然事件（如地震、爆炸、龙卷风等）发生时及发生后，能够保持必要的整体稳定性[1]。
在上述四项中，第①、④项是指结构的安全性，第②项是指结构的适用性，第③项是指结构的耐久性。
所以结构可靠性的概念，应该包括三个方面：安全性、适用性及耐久性。
这三者是相互联系、相互影响的。
结构的可靠性可用可靠度指标β来衡量，β越大，就表示结构越可靠（即可靠度越大）。
1.2可靠度的不确定性因为结构在设计、施工和使用过程中常常会遇到各种不确定的因素影响，导致其在安全、适用及耐久上存在不确定性，这些不确定性又表现为以下几个方面：（1）随机性事物的条件和结果之间没有必然的因果联系，导致结果出现与否的不确定，无法根据现在状况推测未来的发展趋势。
（2）模糊性对于事物的分类界限不是很清晰，很难明确地划分到属于哪个类别。
（3）不完善性人们对世界知识无法做到完全掌握，总有未能探知的领域，对熟悉的领域也有未能完全掌握的知识，所以对某一单一物体无法做到完全的分析。
2.可靠度理论对结构设计的指导作用可靠度理论在结构上强调三个正常：正常设计、正常施工和正常使用[2]。
而其中最基本的是要保证正常设计，以确保结构的安全和使用功能。
2.1结构设计的安全性结构的安全度是结构存在的首要前提，在设计时，要按照最不利条件设计，保证结构在日常使用和突发事件时能做到“小震（众值烈度）不坏、中震（基本烈度）可修、大震不倒”。
具体的设计分两阶段，首先是按小震进行计算，使结构处于弹性阶段以保证不坏，然后进行构造设计以保证大震不倒[3]。
建筑结构可靠度设计统一标准
众智软件.gisroad.1 总那么为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的根本原那么和方法，使设计符合技术先进、经济合理、平安适用、确保质量的要求，制定本标准。
本标准适用于建筑结构，组成结构的构件与地基根底的设计。
制定建筑结构荷载规以与钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规应遵守本标准的规定；制定建筑地基根底和建筑抗震等设计规宜遵守本标准规定的原那么。
本标准所采用的设计基准期为50年。
结构在规定的设计使用年限应具有足够的可靠度。
结构可靠度可采用以概率理论为根底的极限状态设计方法分析确定。
结构在规定的设计使用年限应满足以下功能要求：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能；4 在设计规定的偶然事件发生时与发生后，仍能保持必需的整体稳定性。
建筑物中各类结构构件的平安等级，宜与整个结构的平安等级一样。
对其中局部结构构件的平安等级可进展调整，但不得低于三级。
为保证建筑结构具有规定的可靠度，除应进展必要的设计计算外，还应对结构材料性能、施工质量、使用与维护进展相应的控制。
对控制的具体要求，应符合有关勘察、设计、施工与维护等标准的专门规定。
当缺乏统计资料时，结构设计应根据可靠的工程经历或必要的试验研究进展。
2 术语、符号2.1 术语2.2 符号3 极限状态设计原那么对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志与限值。
极限状态可分为以下两类：1 承载能力极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构构件到达最大承载能力或不适于继续承载的变形。
当结构或结构构件出现以下状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：1〕整个结构或结构的一局部作为刚体失去平衡〔如倾覆等〕；2〕结构构件或连接因超过材料强度而破坏〔包括疲劳破坏〕，或因过度变形而不适于继续承载；3〕结构转变为机动体系；4〕结构或结构构件丧失稳定〔如压屈等〕；5〕地基丧失承载能力而破坏〔如失稳等〕。
结构的可靠度名词解释
结构的可靠度名词解释
可靠度：
1、可靠性：指设备、产品、系统或过程可以在持续的时间内按预期工作的能力。
可靠性的度量方法分为安全性、可用性、有效性等，解决的核心问题是可靠性概念被实现。
2、稳定性：指程序、硬件或系统在其运行过程中，在给定参数、条件限制下，能够按预期运行程序，不会产生意外情况、崩溃等问题，以免程序来回切换或重启，当程序停止失败时可以恢复到先前正常状态或有新改进。
3、恢复能力：指系统或单元能够经历失效或故障之后可以进行恢复，使其再次恢复到正常的运行和可用的状态，也就是说系统或单元能够在出现故障或失效情况时，根据设定的备份机制或故障恢复程序，在有限的时间内进行故障恢复。
4、故障推迟：也称为故障应对能力，指系统在出现问题之后，能够合理地缓解设备故障，并且能够持续大约一定时间故障起状态，以多次发生故障然后仍能正常使用，直到系统最后累积故障次数，使得系统失效致使系统完全停止工作。
5、可再生性：指系统能够在经历故障和失效之后，能够进行修复和恢
复，使其重新达到正常运行的状态，以及在经历故障和失效的情况下，能够进行适当的更新，使系统能够满足新的性能需求，从而实现故障
处理和自我救援。
6、容错性：指系统能够控制，管理以及恢复系统可能出现的所有问题，使它们不会影响系统的正常运行，比如在出现故障或失效的情况下，
能够实现系统的容错切换，以保证系统的正常运行。
7、可扩展性：指系统可以根据实际使用的情况，快速扩展新的功能或
性能，使其能够满足新的业务需求，并能够兼容以前的设备和系统性能。
8、冗余性：指系统保持冗余备份，当系统出现故障或失效时，能够使
用冗余备份进行降级或替代，以保证系统老具备预期的性能和可用性。
结构设计知识：结构设计中的可靠度分析
结构设计知识：结构设计中的可靠度分析在工程结构设计过程中，可靠度分析是一项非常重要的工作。
结构的可靠度实际上是指设计的结构在其使用寿命内，能够满足其设计要求的能力。
因此，在设计结构时需要做好可靠度分析，以确保结构的安全可靠性。
1.可靠度的概念在结构设计中，可靠度表示一种评估设计的各种可能结果中，保证在其使用寿命内能够符合其设计要求的概率。
这种概率值通常使用R 代表，其数值一般在0到1之间。
R越大，说明结构的可靠度越高，越接近于1，也就是结构设计的风险越小。
2.可靠度分析方法为了确保工程结构的可靠性，在设计中需要进行可靠度分析。
可靠度分析的目的是评估结构的安全性和可靠性，用于确定在结构使用过程中可能出现的问题以及其概率。
下面介绍两种常用的可靠度分析方法。
2.1概率方法概率方法是一种基于概率理论的分析方法，可以对结构的可靠性进行定量分析。
概率方法要求对各种可能的负荷和材料属性不确定性进行评估，并对可能的结构失效模式进行分析，以此确定结构的可靠度。
采用概率方法的可靠度分析，可以得出工程结构的可靠度指数，以及可能致使结构失效的因素和概率。
2.2确定性方法确定性方法是一种基于工程经验和模型分析的可靠度分析方法，在工程结构分析中应用广泛。
一般情况下，确定性方法被用于结构设计工作的初期阶段。
采用确定性方法分析工程结构的可靠度，不考虑负载和材料属性的随机变化，只考虑一定的工程经验和假设，以此预测结构所承受的负载和应力。
3.应用案例实际工程结构中应用可靠度分析的案例非常多。
以桥梁工程为例，桥梁在使用的过程中，其承受的交通、风力等各种载荷，在时间和空间上都可能有很大的变化。
同时，由于桥梁的特殊结构形式，其所承受的负荷不容易用常规方法来计算。
因此，在桥梁设计中进行可靠度分析非常必要。
通过可靠度分析确定桥梁结构的可靠度，可以综合考虑各种负荷的影响，确保桥梁在使用寿命内能够安全可靠地承受各种负载。
4.可靠度分析的意义可靠度分析是结构设计中不可缺少的一部分，其意义主要体现在以下几个方面。
9结构可靠度分析
9结构可靠度分析目录
一、结构可靠度概述1
1.1结构可靠度定义1
1.2结构可靠度评价理论2
二、结构可靠度分析方法3
2.1稳定性分析3
2.2疲劳分析4
2.3失效成因及风险分析5
2.4网络分析5
三、结构可靠度分析工具6
3.1顺序式结构可靠性分析6
3.2 Pert-CPM法分析 7
3.3危险计算法8
四、结构可靠度分析实例9
4.1水坝垫层结构可靠度分析实例9
4.2桥梁结构可靠度分析实例12
五、结论15
一、结构可靠度概述
1.1结构可靠度定义
结构可靠度是指在设计、运行和维护的过程中，结构的物理性能在规
定的时间内和使用环境条件下具有相应的可靠性。
它表示了结构性能的可
控性。
结构可靠度评价是指根据结构系统的结构特性、使用环境条件、故
障可能性、可能出现的负荷等因素，利用物理计算，结合统计学原理，评
估结构系统运行过程中可能发生的失效概率。
1.2结构可靠度评价理论
结构可靠度评价的基本原理主要有：统计原理、系统论和可靠性工程。
统计原理首先把可靠度视为多可能性的发生概率的统计。
按照统计原则，基于失效概率的计算，可以估计结构在使用过程中的可靠性。
建筑结构可靠度
建筑结构可靠度建筑结构的可靠度是指建筑物在设计寿命内满足建筑物设计使用目标和运行指标的能力。
在现代社会中，建筑结构的可靠性对人们的生活和财产安全至关重要。
因此，建筑结构的可靠度不仅是建筑设计的重要指标，也是社会发展和人民生活质量提高的保障。
一、可靠度的定义和意义可靠度是一个物理系统持续正常工作所必需的特性，它是指在一定环境条件下，系统在给定期间内完成特定任务的概率。
对于建筑结构来说，可靠度即指建筑物在考虑各种不确定性因素的综合作用下，实际使用寿命内不发生结构失效的概率。
建筑结构的可靠度不仅决定了建筑物是否能够安全和持久地使用，还影响到建筑物的使用价值、抗灾能力和维护成本。
若建筑结构可靠度较高，能够有效地抵御自然灾害和外部冲击，从而减少了人员伤亡和财产损失；同时，结构可靠度高的建筑物在使用寿命内不需要频繁进行维修和加固，减少了维护成本和对环境的不良影响。
二、影响建筑结构可靠度的因素1. 材料选择与设计建筑材料的性能直接影响到结构的可靠度。
选择高强度、耐久性好、具有抗震和抗风能力的优质材料能够大幅度提高建筑结构的可靠性。
同时，合理的结构设计也是确保建筑结构可靠度的重要因素。
通过合理布置和设计结构部件，使得结构在受力时能够较好地分担荷载，避免结构破坏。
2. 施工质量控制良好的施工质量是确保建筑结构可靠度的重要前提。
建筑施工过程中，需要确保合理的施工工艺和规范的施工流程，防止存在施工质量问题，如材料配比不当、施工工艺不合理等。
同时，完善的质量控制体系和有效的监理手段也是确保施工质量的重要手段。
3. 自然环境和外部载荷自然环境和外部载荷是影响建筑结构可靠度的重要因素之一。
地震、风灾、洪水等自然灾害可能对建筑物造成巨大的破坏，给人们的生命和财产带来巨大威胁。
因此，在设计建筑结构时，需要充分考虑周围环境的特点和外部载荷的大小，采取相应的防护措施，确保结构的安全。
4. 日常维护和保养日常维护和保养对于延长建筑结构的使用寿命和提高可靠度至关重要。
结构可靠度
1.什么是可靠度?结构的可靠度指的是结构或构件在规定的时间内，在规定的条件下具备预定功能的概率。
2.规定时间是什么?这里规定的时间，指的是结构的设计基准期。
3.安全系数法的定义。
在容许应力法和按破坏阶段设计法中，为了保证结构设计的安全，都引入大于1的安全系数K 。
这种设计方法简称为安全系数法。
4.安全系数法的特点。
1.由于安全系数是根据经验进行粗略确定的数值，结果使结构设计非常粗糙。
2.安全系数法不能作为度量结构可靠度的统一尺度。
3.加大结构的安全系数，不一定能过按比例的增加结构的安全度。
5.结构可靠度方法的特点。
1.所有的结构都有破坏的可能性 2.与结构相关的变量都是随机变量3.结构设计的出发点：结构抗力大于荷载效应 6.结构可靠度分析的目的是？1.已知结构尺寸、荷载、材料特性以及目标可靠度，校核结构的可靠度。
2.校核现行规范，给出规范中有关系数所对应的安全水准。
3.在给定目标可靠度指标下，计算现行规范设计式中的系数（即分项系数），得出具有心的分项系数下的设计表达式，以供设计使用。
7.结构的功能是什么？1.能承受在施工和使用期内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.具有足够的耐久度；4.在偶然时间发生时及发生后，能保持整体稳定性。
8.结构的极限状态是？结构整体或部分在超过某状态时，结构就不能满足设计规定的某一功能的要求的这种状态，称为结构的极限状态。
可以分为承载力极限状态，正常使用极限状态，逐渐破坏极限状态。
9.什么是统计独立？如果两个时间E1与E2中任一事件的发生，不影响另一事件的概率，那么称他们在统计上是独立的。
10.3Ơ法则1.随机变量落在正负σ内的面积Ω=0.683，实际上表示落在这个范围内的概率。
2.随机变量落在正负2σ内的面积Ω=0.954，实际上表示落在这个范围内的概率。
3.随机变量落在正负3σ内的面积Ω=0.997，实际上表示落在这个范围内的概率。
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荷载统计分析
持久性活荷载在50年设计基准期内最大值概率分布函数 F（x） = exp{-exp[-(x-52.96)/13.89]} u=60.98kg/m2 σ =17.81kg/m2
荷载统计分析
民用建筑楼面活荷载：持久性活荷载和临时性活荷载 办公楼楼面临时性活荷载Lr(t) 持续时间短，以最近若干年内的最大一次荷载作为时段内 的最大荷载Lrs，取m = 5（已知T = 50年），即 = 10，则 其样本函数与持久性活荷载相似（见图）。
第一章 绪论
风险是事故的严重性和发生概率决定的 1 事故发生的严重性 2 确定事故发生的概率 3 概率是否能够被接受
第一章 绪论
风险是事故的严重性和发生概率决定的 1 事故发生的严重性 2 确定事故发生的概率 3 概率是否能够被接受
第一章 绪论
严重等级 灾难性 对环境和人的影响 对设备的影响
致命的或大量严重的伤害或严重破坏 系统失效 环境 严重的 一个致命的伤害或 严重的伤害/对环境 主要系统失效 破坏明显 不重要的 微小的伤害/对环境明显的危险 系统严重破坏 极微小的 可能的微小伤害 微小系统破坏
荷载统计分析
可变荷载频遇值(正常使用极限状态)
荷载统计分析
可变荷载准永久值 其值在设计基准期内被超越的总时间为设计基准期的一半
荷载统计分析
荷载效应的设计值
荷载效应组合的原则 JCSS组合原则 将荷载Q1(t)在[0，T]内的最大值效应(持续时段为1) ，与 下一荷载Q2(t)在时段1内的局部最大值效应 (持续时段为 2)，以及第三个荷载Q3(t)在时段2内的局部最大值效应 (持续时段为3)相组合
荷载效应组合
荷载效应组合的原则 JCSS组合原则
概率论
概率论
均匀分布
设连续型随机变量X的分布函数为 F(x)=(x-a)/(b-a), f(x)=1/(b-a), a≤x≤b 则称随机变量X服从[a,b]上的均匀分布,记为X~U[a,b]. 若[x1,x2]是[a,b]的任一子区间,则 P{x1≤x≤x2}=(x2-x1)/(b-a) X落在[a,b]的子区间内的概率只与子区间长度有关,而与子 区间位置无关,因此X落在[a,b]的长度相等的子区间内的可 能性是相等的,所谓的均匀指的就是这种等可能性.
荷载统计分析
风荷载W(t) 按每年出现的最大值考虑，T = 50年，该期间最大风荷载 共出现50次，每年时段内，年最大风荷载必出现，因此p = 1，则m = pr = 50。年最大风荷载随机过程的样本函数 见图。
荷载统计分析
各种荷载的概率模型应通过调查实测，根据资料和数据进 行统计分析确定，使之尽可能反映荷载的实际情况，并不 要求一律采用平稳二项随机过程的概率模型。
第一章 绪论
Severity Classification Catastrophic Hazardous Major Minor
Probability Objective Quantitative Descriptive Extremely Improbable Extremely Remote Remote Reasonably Probable Frequent < 10-9 10-7 to 10-9 10-5 to 10-7 10-3 to 10-5 > 10-3
荷载统计分析
永久荷载（恒荷载） 1 在T 内取值基本不变（持续出现），即p = 1， = T，时段 数r = T/ = 1，则m = pr = 1，FQT(x) = FQ(x)。 2 设计基准期最大恒载的概率分布函数与任意时点恒载的概 率分布函数相同。 3 永久荷载的任意时点分布函数FQ(x)服从正态分布。
荷载统计分析
代表值：在设计中用以验证极限状态的荷载量值 永久荷载代表值：标准值 可变荷载代表值：标准值 频遇值 准永久值
荷载统计分析
荷载标注值是荷载的基本代表值 按设计基准期T内荷载最大值概率分布FQT（x）的某一分 位值确定，使其在T内具有不被超越的概率pk，即
荷载统计分析
各国对pk没有统一的规定 我国对于不同荷载的标准值，其相应的pk也不一致
荷载统计分析
临时性活荷载在50年设计基准期内最大值概率分布函数 F（x） = exp{-exp[-(x-55.13)/19.00]} u=66.10kg/m2 σ =24.37kg/m2
荷载统计分析
办公楼楼面活荷载的统计参数 考虑持久性活荷载与临时性活荷载的组合 u=104.72kg/m2 σ =30.18kg/m2
荷载统计分析
永久荷载标准值 一般取pk = 0.5确定，即正态分布的平均值。 某些自重变异性较大构件的自重标准值，应通过可靠度分 析，取某一分位值确定。 设计时，永久荷载标准值可按设计规定的尺寸和材料或构 件单位体积的自重平均值确定。
荷载统计分析
可变荷载标准值 可变荷载标注值是由设计基准期内荷载最大值概率分布的 某一分位值确定的。 例如： 办公楼的设计基准期最大活荷载LT概率分布的平均值加 3.16倍的标注差。 Lk=104.72kg/m2+3.16x30.18kg/m2 ≈2.0kN/m2
荷载统计分析
永久荷载（恒荷载） KG=G/Gk KG 正态分布 平均值 1.06
变异系数 0.017
荷载统计分析
民用建筑楼面活荷载：持久性活荷载和临时性活荷载 办公楼持久性活荷载 在T 内都存在，p = 1，其平均持续时间约为 = 10年，若T = 50年，则有r = T/ = 5，m = pr = 5，其样本函数见图。
第一章 绪论
概率论
随机变量 随机过程
概率论
随机事件 掷一颗骰子时出现的点数 电灯泡的寿命 随机变量 离散性随机变量 非离散性随机变量
概率论
设X是一个随机变量，x是任意实数，函数 F(x)=P{X≤x} 称为随机变量X的分布函数
X P 0 0.04 1 0.26 2 0.46 3 0.24
可靠度
结构的功能函数 Zபைடு நூலகம்R-S
可靠度
由于荷载效应S结构和结构抗力R都是随机变量或随机过程 ，因此要绝对地保证R总是大于S是不可能的。
可靠度
可靠度
按随时间的变异可分为三类： 永久作用 可变作用 偶然作用
荷载概率模型
荷载的概率模型(活荷载、风荷载、雪荷载等）
荷载概率模型
荷载的概率模型
荷载概率模型
荷载的概率模型 （1）荷载出现一次的平均持续时间 ； （2）任一时段上荷载Q(t)出现的概率p； （3）任意时点荷载的概率分布FQ(x)。
统计参数和p可通过调查测定或经验判断确定； 参数FQ(x)是结构可靠度分析的基础，应根据实测数据，选择 典型的概率分布进行优度拟合。
荷载概率模型
任一时段内的最大荷载概率分布函数FQ(x)
0, 0.04, X的分布函数 F（x）= 0.3, 0.76, 1,
x<0 0 ≤x<1 1 ≤x<2 2 ≤x<3 x≥3
概率论
0, F(x)= x^2, 1, P(0.5<x≤0.8) x≤0 0<x≤1 x>1
概率论
设随机变量X的分布函数为F（x），如果存在一个非负可积 函数f（x），使得对任意实数x，都有
第一章 绪论
极限状态可分为下列两类： 2 正常使用极限状态（适用性、耐久性）。这种极限状态对 应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定 限值。 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超 过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）； 3）影响正常使用的振动； 4）影响正常使用的其他特定状态
结构可靠度
索清辉
西南大学
工程技术学院建筑系 suoqinghui@
02.2011
第一章 绪论
结构可靠度: 结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力成 为可靠性. 可靠度: 结构在在规定时间内完成预定功能的概率.
第一章 绪论
极限状态可分为下列两类： 1 承载能力极限状态（安全性）。这种极限状态对应于结构或结 构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。 当结构 或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限 状态： 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）； 2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）， 或因过度变形而不适于继续承载； 3）结构转变为机动体系； 4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）； 5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）
(per flight hour)
第一章 绪论
Category Frequent Description Likely to occur frequently. The hazard will be continually experienced. Probable Will occur several times. The hazard can be expected to occur often. Occasional Likely to occur several times. The hazard can be expected to occur several times Remote Likely to occur sometime in the system lifecycle. The hazard can reasonably be expected to occur Improbable Unlikely to occur, but possible. It can be assumed that the hazard will exceptionally occur. Incredible Extremely unlikely to occur. It can be assumed that the hazard may not occur.