国外结构可靠性理论的应用与发展

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! 结构可靠性（ !"#$%& ’($"& )） ! 结构上的荷载、力及其他作用（!"#$%& ’($"& *） !"#$%& ’($"& ) 目 前 编 制 的 国 际 标 准 包 括 !"# ， !"# ,-,*.： ,’’) )*’+：,’’(《结 构 可 靠 性 总 原 则》 《结 构 设 计 基 础 / 建 筑 物 抗 振 适 用 性》 ， !"# ,)+’,： ,’’.《建筑材料和构件质量 控 制 中 的 统 计 方 法》和 。 !"#$01!" ,*())《结构设计基础 / 已有结构评定》 !"# )*’+：,’’(《结构可靠性总原则》 是一本关 于结构可靠性设计方法的国际标准。 ,’(2 年的版本 只有十几页，而 ,’’( 年的版本有六十多页，内容增 加很多，如增加了疲劳可靠性、已有结构可靠性评 估、基于试验的结构可靠性设计等方面的内容，有些 方面的内容也更加详尽，如引进了结构使用年限的概 念、环境影响等与结构耐久性有关的内容。 !"# )*’+ 在国际上有很大影响，许多国家有关规范编制、修订 都参考了该标准。 !"! !((! )3)3, 欧洲规范项目的背景 )- 世纪 (- 年代末和 ’- 年代，在欧洲标准技术委 员会 &45$%& / )6- 的组织和协调下，首先编制了一套 欧洲试行规范 457,’’, / 457,’’’。经过一段时间的 使用后，欧洲标准技术委员会决定，通过修订和补 充，将欧洲试行规范转变为欧洲正式规范，即欧洲规 范。欧洲结构规范是一配套使用的土木工程设计规 范，有英语、法语和德语三种语言的官方版本。这套
! 引
言
范的发展过程一样，概率极限状态设计方法本身也是 由简单到复杂，需要不断完善的过程。本文将根据作 者本人掌握的资料，对国外可靠度理论的应用情况做 简单的论述。
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。 结构设计规范是众多科技工作者智慧的结晶，代 表着一个国家结构设计理论发展的水平。作为标准， 它不是一成不变的，而是随着科学技术的不断发展和 对客观世界的新认识，在继承旧规范合理部分的同 时，不断吸收新的研究成果，逐步修订和完善。结构 安全性控制方法的发展也是如此，先是由定值设计法 发展为半概率法，目前正由半概率法逐步向概率极限
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贡金鑫等 ・ 国外结构可靠性理论的应用与发展
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钢筋混凝土柱四个例子介绍了直接用可靠度理论进行 设计的方法。 除《概率模式规范》外， !"## 还在编制《已有 结构评估规范》 。尽管 !"## 编制的规范不是正式的规 范，但这些文件及其中的方法对有关国际标准和规范 （如 $#% &’()、 *+ ,((- 等）编制和修订起了重要参考 作用。 !"# 国际结构安全度与可靠度协会 $%&&%’ 和国际 会议 $()&&%’ 国际结构安全度与可靠度协会（ $.##./）是一 个专门从事结构随机性、安全度和可靠度研究、教育 和将可靠性理论转化为工程应用的国际机构，在结构 随机性研究方面涉及的范围包括：计算随机力学，随 机动力学，系统可靠度和优化，随机有限元、疲劳和 损伤分析，系统识别。该协会自 ,(0( 年由结构可靠 度研究先驱 1234536789: .; <; 教授创始以来，共组织 了 = 次国际结构安全度和可靠度的大型会议（ $"%#> 。每次会议都出版一套关于结构随机性、可靠 #./） 性的论文集。为了表彰一直从事可靠性研究并做出杰 出贡献的学者，每次会议期间还针对上述 0 个研究领 域评选出一个 $.##./ 杰出研究奖和一个 $.##./ 青 年研究奖。除研究奖外，每次会议还评选出一个在可 靠性教育、将可靠性理论转化为工程应用方面做出突 出贡献的 $.##./ 特别贡献奖。 !"* 土木工程风险与可靠度协会 (+’’% 和统计与 概率应用国际会议 $(%&, 统计与概率应用国际会议（ $".#?）是一个由土 木工程风险与可靠度协会（ "*//.）资助的国际大型 会议，每 ) 年举行一次，其宗旨是为工程师、科学 家、教育家、研究人员和从事工程实践的人员提供一 个信息交流的舞台，会议主题包括所有土木工程方面 的风险和不确定性管理。最近召开的一次会议是第九 次会议，于 &--’ 年 @ 月 0 鶫 ( 日在美国旧金山召开， 由加利福尼亚大学伯克利分校土木与环境系和 "*/> /. 共同主办。第十次会议将于 &--@ 年在日本举行。
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国外结构可靠性理论的应用与发展
贡金鑫 赵国藩
（大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室） 摘要：!" 世纪 #" 年代，结构可靠性理论有了长足发展，许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，特别是国 际标准 $%& !’() 的颁布和欧洲规范由试行规范逐步转变为正式规范，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时 期。本文根据大量的文献资料，从涉及结构可靠性的国际机构、国外规范中可靠性理论的应用、与可靠性有关 的其他领域的研究及结构可靠度培训和教育四个方面论述了国外结构可靠性理论的应用和发展。 关键词：工程结构；可靠性；标准；规范 中图分类号：*+’,,-! 文献标识码：. 文章编号：,"""/,’,0（!""1）"!/""",/"#
!""#$%!&$’() !(* *+,+#’"-+(&) ’. )&/0%&0/!# /+#$!1$#$&2 &3+’/2 !1/’!* ()*" !+",*# （ *23 %4543 637 859:;54:;7 :< =:5>45? 5@A &<<>2:;3 B@CD@33;D@C，E5?D5@ +@DF3;>D47 :< *3G2@:?:C7） !4567896：HD42 423 A3F3?:IJ3@4 :< >4;KG4K;5? ;3?D59D?D47 423:;7， D@ 423 ,(#"’ >， J5@7 G:K@4;D3> D@ 423 L:;?A 25F3 >45;43A 4;7D@C 4: ;3FD>3 >4;KG4K;5? A3>DC@ G:A3> :; >I3GD<DG54D:@> 95>3A :@ ;3?D59D?D47 423:;7 M B>I3GD5??7 LD42 423 IK9?DG54D:@ :< 423 D@43;@54D:@5? >45@A5;A“ $%&NE$%!’()：O3@3;5? I;D@GDI?3> :@ ;3?D59D?D47 <:; >4;KG4K;3>”5@A B+P&=&EB 93G:JD@C 423 @:;J5? G:A3 <:; BK;:/ I35@ G:K@4D3>，423 5II?DG54D:@> :< >4;KG4K;5? ;3?D59D?D47 423:;7 25F3 3@43;3A 5 @3L 3;5 M Q5>3A :@ 5 ;5423; A345D?3A ;3FD3L :< ;3/ ?543A A:GKJ3@4>，42D> I5I3; :K4?D;3> 423 5II?DG54D:@> 5@A A3F3?:IJ3@4> :< >4;KG4K;5? ;3?D59D?D47 423:;7 59;:5A，LD42 3JI25>D> :@ 423 5>I3G4> :< D@43;@54D:@5? :;C5@DR54D:@> A35?D@C LD42 >4;KG4K;5? ;3?D59D?D47，>4;KG4K;5? ;3?D59D?D47 423:;7 DJI?3J3@454D:@> D@ A3/ >DC@ G:A3>，;3>35;G2 D@ :423; 5;35> 5> L3?? 5> 4;5D@D@C 5@A 3AKG54D:@ M :;<=>7?5：>4;KG4K;5? 3@CD@33;D@C；;3?D59D?D47；>45@A5;A；G:A3 状态设计法（可靠度设计方法）过渡。同结构设计规 !"#$ %&#’&#
* ， ;&"" 一直致力于编制一本《概率模式规范》 其目的是探讨直接用概率原理对结构进行设计的方 ［ ］
欧洲标准化委员会 #$% 与欧洲规范 $% &’’(：
45 ,’’- 是一本以结构可靠性原理作为指导原则 的规 范，其 理 论 背 景 是 !"# )*’+ 和 &48 公 报。 45 ,’’- 的“附录 &：分项系数设计与可靠性分析基础” 和“附 录 8：工 程 结 构 可 靠 性 的 管 理”解 释 了 45 ,’’- 的理论基础。在 45 ,’’- 正式颁布之前， "9:#、 北欧结构事务联合会受 5:8 和 !5"%9 / 8 的委托，针 对北欧的情况，考虑混凝土、钢材和木材三种主要结 构材料，通过可靠度分析对不同永久作用与可变作用 比值下安全水平的一致性进行了比较。项目完成后， 分别由法国、比利时和丹麦的三位知名教授进行了独 立评审。 )3)3) 欧洲规范的地位、应用领域及执行时间表 如前所述，按照欧洲标准化委员会的规定，欧洲 规范作为标注为 45 的欧洲标准，它负有必须被各成 员国一级采用的责任，一旦采用后就具有国家标准的 合法地位，而其他的原有国家标准必须撤消。所以， 欧洲规范规定，这些执行欧洲规范国家的标准应包括 欧洲规范的全文（包括所有附录） ，可以在各自国家
" 涉及结构可靠性的国际机构、标准和大型 会议
@AB 国际标准化组织 $)’ 与国际标准 $)’ @CDE
$%& 是由世界上 ,)S 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。,()# 年 ! 月 !’ 日成立，总部设在瑞士日内瓦。 $%&N*= (S 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 $%&N*= (S 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（ $%&N*= (SN%= ,）
［)］ 。 规范的第一本为 45,’’-：)--) 结构设计基础 ［,］
标准的前面附以国家标题页和前言，后面附以国家附 录。考虑到每一成员国规范管理机构的责任，国与国 之间安全水平的不同，保留各成员国根据他们的具体 情况确定与安全有关的参数值的权利。而国家附录仅 包括那些欧洲规范中留做待定、供成员国选择的参数 和有关信息，这些参数称为用来进行建筑和土木工程 设计的国家参数，包括：!欧洲规范给出的可供选择 的值或等级；"在欧洲规范中只给出了符号的值； # 国家的专用数据（地理，气候等） ，如雪分布图； $ 欧洲规范给出的可供选择的方法，包括应用信息性附 录和为帮助用户使用欧洲规范，无抵触的补充参考资 料。 欧洲标准化委员会 &45 与国际标准化组织 !"# 有 着极其密切的关系。根据 ,’’, 年 !"# 和 &45 之间缔 结的维也纳协定，对于 &45 先行制定的标准， !"# 将 不再另行制定，用 &45 制定的标准作为 !"# 相应部分 标准的草案。勿容质疑，像欧洲规范这样的地域性标 准改为国际规范的做法将会受到世界各国的关注。 !") 国际结构安全度联合会 *#++ 与概率模式规范 ,’., 年，协调六个国际土木工程协会活动的联 络委员会创建了国际结构安全度联合会 ;&""。 ;&"" 先后起草并出版了多个有关结构安全性的文件，这些 文件成为编制不同类型结构设计和建造指导文件的背 景材料，其中包括 !"# 文件、 &48 和 4&&" 模式规范。 ,’(6 年 ;&"" 改组后制定的主要工作目标是： <）将新的基础科学知识转化为规范编制前可以 应用的原理。 =）承担编写关于安全性、可靠性和质量保证最 新文献的任务，包括可靠度方法和模式的发展动态。 >）增进安全性、可靠性方面的一般知识和了解， 加强结构质量保证技术与结构可靠性评估的交流。 ?）为成员协会在相关主题的技术合作提供一个 框架，鼓励研究，传播信息。
法。 《概率模式规范》共分四部分，第一部分— — —设 计基础，阐述了结构可靠性的基本概念，在附录中以 较多的篇幅论述了结构可靠度的计算原理。特别在 “附录 1：概率的贝叶斯解释”中，提到了用贝叶斯 方法理解结构可靠性的重要性；第二部分— — —荷载模 型，讨论了结构设计中各种荷载的随机变量、随机场 和随机过程模型及荷载组合方法；第三部分— — —材料 特性，论述了各种材料的随机特性和质量控制策略及 结构抗力的概率模型；第四部分— — —应用实例，用钢 筋混凝土板、钢梁、二层钢框架结构和多层框架中的