《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
合集下载
工程结构荷载与可靠度设计原理
解决手段：模糊集合理论、模糊随机过程理论。
知识的不完善性：由于(yóuyú)人类认识上的局限性而造成的， 所以又叫主观认识的未确定性，如“人体有多少根头发”等。
解决手段：灰色系统理论。
2022/1/8
在结构(jiégòu)可靠性理论中以随机性为研究重点
第三页，共44页。
结构设计中的不确定性因素(yīn sù)
2022/1/8
第十九页，共44页。
验算(yàn suàn)点法基本原理
正态随机变量的情况
结构(jiégòu) Z gX1, X 2 ,....X n
功能函数
将Z在各变量的验算点X* （X1*, X2*,·····, Xn*）处展开成泰勒级数
Z
g(
X
1
,
X
2 ,,
X
n
)
n
(Xi
i 1
X
可靠度
失效概率
Ps PZ 0
0 f z (Z )dZ
Pf PZ 0
0
f z (Z )dZ
2022/1/8
Ps Pf 1
•结构可靠度满足： Z>0具有相当大的概率或 Z<0 具有相当小的概率； •通常采用失效概率来度量结构的可靠度。
第十页，共44页。
可靠(kěkào)指标
基本概念
i
)
g X i
X*
均值 (jū n
Z
g
(
X
1
,
X
2
,,
X
n
)
0
n
( X i
i 1
X
i
)
g X i
X*
zhí)
2022/1/8
结构可靠性设计基础结构可靠性理论的基本概念PPT课件
1. 基本假定
(1) S 表示构件总的荷载效应，其PDF和CDF：
(2) R 表示构件的抗力，其PDF和CDF：
fS (s) , FS (s) fR (r) , FR (r)
(3) R 和 S 是统计独立的，则有：
fRS (r, s) fR (r) fS (s)
2. 概率积分方法
– 功能函数 Z R S
Z
2 R
2 S
第27页/共61页
3.2 结构的失效概率
fS (s)
fR (r)
fS (s)
fR (r)
s, r
S 1 R1
s, r
S 2 R2
Pf 1 (
R1 S )
2 R
2 S
R2 R1 a1 a2
Pf 2
(
R2 S )
2 R
2 S
R2 R1
R1 S R2 S
3.1 结构可靠度的定义
2. 安全概率 和P失s 效概率 的关系P:f
fZ (z)
Ps Pf 1
Pf 1 Ps Ps 1 Pf
Pf Z ≤0
3. 结构可靠指标 – 结构可靠指标的定义：
1(Pf )
式中 为1正态分布函数的反函数。
Pf
Ps
Z Z >0
Z(z)
Ps
第17页/共61页
0
Z
第3章 结构可靠度理论的基本概念
第3页/共61页
3.1 结构可靠度的定义
GB50068—2001规定：结构设计使用年限分类
类别 1 2 3 4
设计使用年限（年） 5 25 50
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物 纪念性建筑和特别重要的建筑结构
工程结构可靠性设计原理(安工大研招办)
这是对结构稳健性、即防止连续倒塌方面的要 求。要求结构在偶然荷载下，可以发生局部破 坏，单由破坏构件原来承担的力能转移到附近 的其他构件，不致引起大面积的倒塌。近年来 船舶撞击跨海大桥事件时有发生，这就对跨海 大桥的此项功能提出一定要求；另外汶川地震 、日本地震也对房屋的抗震设计提出更高要求。
2.4 结构极限状态
2.整个结构或其一部分作为刚体失去平衡也是 结构失效较为常见的一种形式。近年来货车压 翻大型桥梁的事故时有发生，此时的桥梁就是 作为刚体而倾覆。
2.4.2 承载力极限状态
3.结构转变为机动体系，此类情况出现在地震 发生时为多。 4.结构或构件丧失稳定，包括整体失稳和局部 失稳，指结构所承受的外荷载尚未达到按强度 计算得到的结构强度破坏荷载时，结构已无法 承载并产生较大的变形，整个结构偏离原来的 平衡位置而倒塌。
2.4.1 极限状态概念
我国《工程结构可靠性设计统一标准》对结构 极限状态的定义：当结构或结构的一部分超过 某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能 要求时，此特定状态为该功能的极限状态。 承载力极限状态：结构达到极限承载力的状 态，对应于结构的安全性。 正常使用极限状态：指达到影响结构正常使 用的状态，关系到结构能否正常使用。对应 于结构的适用性、耐久性及整体稳定性。
4.发生火灾时，在规定时间内保持足 够的承载力
目前我国常用的建筑材料 是混凝土和钢材，当
受到火烧时，混凝土会发 生爆裂，钢筋软化，
强度降低，两者的粘结力 也降低，构件承载力 下降，危及结构安全。 2001年美国“911”事件中 的世贸大厦“双子楼”， 是最具代表性的。
5.发生撞击、地震等偶然事件时，结 构可保持必须得整体稳定性
2.4.2 承载力极限状态
第二章 重力-课件
(1)对于求弯矩和剪力分别加不同的均布荷载。 (2)均布荷载和集中荷载随荷载等级而异。 (3)对于连续梁，求最大负弯矩时，除在最大影响线值所 在跨上布置上述荷载外，在其他产生相同符号弯矩的各跨上 还要布置量值相同的集中荷载；求最大正弯矩时，影响线最 大值所在跨上布置上述荷载，并要在其他产生相同符号弯矩 的跨上布置相同数值的均布荷载。
在实际设计应用时，应根据实际情况确定。附录给出了常 用材料和构件的自重。对于自重变化较大的材料根据对结 构不利或有利取上限或下限。
各种荷载的简化计算
在进行建筑结构方案设计时，为了工程上应用力便，有时 把建筑物看成一个整体，将结构自重转化为平均楼面恒裁。 作为近似估算，对一般的木结构建筑。其平均楼面恒载可 取为1.98—2.48kN／m2；对钢结构建筑，平均恒载大约为 2.48—3.96kN／m2，对钢筋混凝土结构的建筑，其值在 4.95—7.43kN／m2之间；而对预应力混凝土建筑，建议可
图2-5 各级汽车车队的纵向排列
图2-6 各级汽车的平面尺寸和横向尺寸
图2-7 各级验算车的纵向排列和横向布置
车道荷载： 即一集中力加一均布荷载的汽车重力荷载形式，车道
荷载在结构构件上产生的内力与车列荷载在结构构件上产生 的内力等效，它的优点是便于构件内力加载计算。图2—13 所亦为我国城市桥梁设计荷载标推规定的城—A级。 车道荷载具有以下特点；
2.汽车、平板挂车和履带车荷载
我国在对现有车型、车辆行车规律等方面进行大量实地观 测和调查研究的基础上，根据汽车工业发展和国防建设的需 要，制定了适用于公路桥涵和其它受车辆重力影响的构筑物 设计的车辆重力荷载标准。
车辆荷载：把大量经常出现的汽车荷载排列成车队形式作为 设计荷载（车辆荷载）；
验算荷载：把偶然出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。 汽车车列荷载分为四个等级；汽车—l0级、汽车—15级、汽 车—20级、汽车—超20级。
在实际设计应用时，应根据实际情况确定。附录给出了常 用材料和构件的自重。对于自重变化较大的材料根据对结 构不利或有利取上限或下限。
各种荷载的简化计算
在进行建筑结构方案设计时，为了工程上应用力便，有时 把建筑物看成一个整体，将结构自重转化为平均楼面恒裁。 作为近似估算，对一般的木结构建筑。其平均楼面恒载可 取为1.98—2.48kN／m2；对钢结构建筑，平均恒载大约为 2.48—3.96kN／m2，对钢筋混凝土结构的建筑，其值在 4.95—7.43kN／m2之间；而对预应力混凝土建筑，建议可
图2-5 各级汽车车队的纵向排列
图2-6 各级汽车的平面尺寸和横向尺寸
图2-7 各级验算车的纵向排列和横向布置
车道荷载： 即一集中力加一均布荷载的汽车重力荷载形式，车道
荷载在结构构件上产生的内力与车列荷载在结构构件上产生 的内力等效，它的优点是便于构件内力加载计算。图2—13 所亦为我国城市桥梁设计荷载标推规定的城—A级。 车道荷载具有以下特点；
2.汽车、平板挂车和履带车荷载
我国在对现有车型、车辆行车规律等方面进行大量实地观 测和调查研究的基础上，根据汽车工业发展和国防建设的需 要，制定了适用于公路桥涵和其它受车辆重力影响的构筑物 设计的车辆重力荷载标准。
车辆荷载：把大量经常出现的汽车荷载排列成车队形式作为 设计荷载（车辆荷载）；
验算荷载：把偶然出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。 汽车车列荷载分为四个等级；汽车—l0级、汽车—15级、汽 车—20级、汽车—超20级。
【正式版】结构可靠度设计方法PPT
i 2
恒荷载标准值GK=0.
2、在设计规定的偶然事件，如的证、爆炸等，发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不知发生连
续倒塌。
通常称为永久荷载或恒荷载。
n
(S S )R (f,a ) 580kN
柱底截面轴心压力设计值
临时活荷载是短暂出现0 的，如G 人员G 临时聚K 会，上Q 课i等。 CiQik
结构可靠度设计方 法
结构上的作用按时间的变异，可分为三大类：
1、永久作用：在结构使用期间，其值不随时间变化， 或者变化与平均值相比可以忽略不计，或者变化是单 调的并能趋于限制的作用，如结构的自身重力、土压 力等。通常称为永久荷载或恒荷载。
2、可变作用：其值随时间变化且变化与平均值相比不 可忽略的作用，如楼面活荷载、桥面或路面的行车荷 载、风荷载、雪荷载等。通常称为可变荷载。
恒荷载标准值GK=0.
安全性、适用性和耐久性称为结构的可靠性。
荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。
(S S S) R (f,a ) SGk:永久荷载标准值的效应。
n
当结构上作用有几个可变荷载时，各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍用各荷载作用效应设计值叠加，则可能
性
的变形或过宽的裂缝。
耐久 4、在正常维护下具有足够的耐久性能，如结构材料的 性 风化、腐蚀和老化不超过一定限度。
安全性、适用性和耐久性称为结构的可靠性。
结构可靠度指结构在规定的时间、条件下，完成预定功能 的概率，它是可靠性的概率度量
结构功能的表达
S < R 可靠
S = R 极限状态 S > R 失效
化很小。 建筑结构的楼面活荷载、风荷载和雪荷载等都属于可变荷载，其数值随时间而变化。
第二章 建筑结构设计基本原理 ppt课件
PPT课件 5
二、按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上具有固定分布的 作用。 可动作用—在结构空间位置上的一定范围内可 以任意分布的作用。 三、按结构的反应分类 静态作用—使结构产生的加速度可忽略不计的 作用。 动态作用—使结构产生的加速度不可忽略的作 用。
PPT课件 6
2.2.3荷载的代表值
时称上式为极限状态方程。
PPT课件 19
若功能函数Z仅与荷 载效应S和结构抗力R有 关时，结构极限状态方 程可写为： Z=R—S=0 当Z＞0时， 结构 处于可靠状态， 当Z＝0时， 结构处 于极限状态， 当Z＜0时， 结构 处于失效状态。
PPT课件 20
2.3.5结构可靠度、失效概率与可靠指标
PPT课件 26
2.4.1 承载能力极限状态设计表达式
oS R
S——承载能力极限状态的荷载效应(内力) 组 合的设计值 。 对于承载能力极限状态，结构构件应按 荷载效应的基本组合进行计算，必要时尚应按 荷载效应的偶然组合进行计算。 对于基本组合，其内力组合设计值可按以 下两公式中最不利值确定： 27 PPT课件
结构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，即 结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 结构可靠性是指结构在规定的时间内(即 设计使用年限)，在规定的条件下(结构正常的 设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功 能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久 性和动力性能等)的能力。
2.2.2作用的分类 一、按随时间的变异分类 永久作用 —在设计基准期内其量值不随时间 变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的 作用。 可变作用— 在设计基准期内其量值随时间变 化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。 偶然作用—在设计基准期内出现或不一定出 现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的 作用。
二、按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上具有固定分布的 作用。 可动作用—在结构空间位置上的一定范围内可 以任意分布的作用。 三、按结构的反应分类 静态作用—使结构产生的加速度可忽略不计的 作用。 动态作用—使结构产生的加速度不可忽略的作 用。
PPT课件 6
2.2.3荷载的代表值
时称上式为极限状态方程。
PPT课件 19
若功能函数Z仅与荷 载效应S和结构抗力R有 关时，结构极限状态方 程可写为： Z=R—S=0 当Z＞0时， 结构 处于可靠状态， 当Z＝0时， 结构处 于极限状态， 当Z＜0时， 结构 处于失效状态。
PPT课件 20
2.3.5结构可靠度、失效概率与可靠指标
PPT课件 26
2.4.1 承载能力极限状态设计表达式
oS R
S——承载能力极限状态的荷载效应(内力) 组 合的设计值 。 对于承载能力极限状态，结构构件应按 荷载效应的基本组合进行计算，必要时尚应按 荷载效应的偶然组合进行计算。 对于基本组合，其内力组合设计值可按以 下两公式中最不利值确定： 27 PPT课件
结构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，即 结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 结构可靠性是指结构在规定的时间内(即 设计使用年限)，在规定的条件下(结构正常的 设计、施工、使用和维修条件)，完成预定功 能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久 性和动力性能等)的能力。
2.2.2作用的分类 一、按随时间的变异分类 永久作用 —在设计基准期内其量值不随时间 变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的 作用。 可变作用— 在设计基准期内其量值随时间变 化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。 偶然作用—在设计基准期内出现或不一定出 现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的 作用。
工程结构荷载与可靠度设计原理复习资料(doc 8页)
工程结构荷载与可靠度设计原理复习资料(doc 8页)《工程结构荷载与可靠度设计原理》复习题第一章荷载类型1.荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
2.作用：能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种因素总称为作用。
3.荷载与作用的区别与联系.区别：荷载不一定能产生效应，但作用一定能产生效应。
联系：荷载属于作用的范畴。
第二章重力1.土是由土颗粒、水和气体组成的三项非连续介质。
2.雪压：单位面积地面上积雪的自重。
3.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
第三章侧压力1.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力，这个力称为冻胀力。
（2）冻土：具有负温度或零温度，其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土，称为冻土。
（3）冻胀原理：水分由下部土体向冻结锋面迁移，使在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，底层隆起。
（4）影响冻土的因素：含水量、地下水位、比表面积和温差。
第四章风荷载1.基本风压：按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压称为基本风压。
通常应符合以下五个规定：标准高度的规定（10m）、地貌的规定(空旷平坦)、公称风速的时距（10分钟）、最大风速的样本时间（1年）和基本风速重现期（30-50年）。
2.风效应可以分为顺风向结构风效应和横风向结构风效应两种。
3.速度为的风流经任意截面物体，都将产生三个力：物体单位长度上的顺风向力p D、横风向力P L以及扭力矩P M。
第五章地震作用1.地震按其产生的原因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。
2.（1）震源：即发震点，是指岩层断裂处。
（2）震中：震源正上方的地面地点。
（3）震源深度：震中至震源的距离。
（4）震中距：地面某处到震中的距离。
（5）震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。
（6）地震能：一次地震所释放的能量。
工程结构荷载与可靠度设计原理(第3版)总结
工程结构荷载与可靠度设计原理（第3版）目录第1篇工程结构荷载第1章荷载类型§1.1 荷载与作用(概念与分类)§1.2 作用的分类思考题第2章重力(怎样算荷载，雪荷载，楼面活荷载)§2.1 结构自重§2.2 土的自重应力§2.3 雪荷载（定义，影响因数）§2.4 车辆荷载（分类，荷载分布形式）§2.5 楼面活荷载（折减的问题；面积越大，荷载布满可能性越小）§2.6 人群荷载思考题第3章侧压力（三种土压力，不考计算）§3.1 土的侧向压力（了解）§3.2 水压力及流水压力（了解）§3.3 波浪荷载（了解）§3.4 冻胀力（影响因素，三要素，原理，消除措施）§3.5 冰压力（了解，公式计算，种类）§3.6 撞击力（了解，用公式求撞击系数）思考题第4章风荷载（种类；平均风、脉动风计算）§4.1 风的有关知识（种类，非标准转化为标准怎么调整）§4.2 风压（风与风压的关系，横向风、顺风向怎么考虑影响因素）§4.3 结构抗风计算的几个重要概念§4.4 顺风向结构风效应（计算，由哪系数来体现）§4.5风向结构风效应（由哪系数来体现，怎样考虑影响因素）思考题第5章地震作用（不考）§5.1 地震基本知识§5.2 单质点体系地震作用§5.3 多质点体系地震作用思考题第6章其他作用（了解）§6.1 温度作用§6.2 变形作用§6.3 爆炸作用（原理，计算不考）§6.4 浮力作用（概念）§6.5 制动力、牵引力与冲击力（概念）§6.6 离心力§6.7 预加力思考题第2篇工程结构可靠度设计原理第7章荷载的统计分析（模型）§7.1 荷载的概率模型（知道属于什么概率模型，平稳二项随机过程的基本假定）§7.2 荷载的各种代表值（掌握）§7.3 荷载效应及荷载效应组合（掌握）思考题第8章结构抗力的统计分析§8.1 影响结构抗力的不定性（影响因素，这些因素怎样考虑，三个不定性）§8.2 结构构件材料性能的不定性§8.3 结构构件几何参数的不定性§8.4 结构构件计算模式的不定性§8.5 结构构件抗力的统计特征（对数正态分布及正态分布）思考题第9章结构可靠度分析§9.1 结构可靠度基本概念（重点掌握）§9.2 结构可靠度分析的实用方法（中心点法，验算点法的优缺点、计算，迭代计算的步骤）§9.3 随机变量间的相关性对结构可靠度的影响（了解，有影响，怎么考虑）§9.4 结构体系的可靠度（概念，判断，上下界怎么考虑）思考题第10章结构概率可靠度设计法§10.1 结构设计的目标（可靠指标怎么确定，有哪些影响因素）§10.2 结构概率可靠度的直接设计法（中心点法计算）§10.3 结构概率可靠度设计的实用表达式（公式看，系数怎么得到的原则、基本原理）思考题。
第二章-结构可靠性的基本概念和原理
若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，则认为其达到正常使用极限状态。如：影响正常
使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
(3)整体性极限状态(抗连续破坏极限状态)
结构由于局部损坏而达到其余部分将发生连续破坏(或
连续20倒21/塌4/)9状态限值。
5
2.2 可靠度基本概念
第二章：结构可靠性的基本概念和原理
2.2 可靠度基本概念
2.2.1 极限状态
1、工程结构的功能函数
无论是房屋、桥梁、隧道等工程结构设计时，应使其在
使用期内，力求在经济合理前提下满足下列各项要求：
(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)—结构的安全性；
(2)在正常使用时具有良好的性能—结构的适用性；
N(S,S )
对R，S作标准化变
换
Sˆ
Rˆ
S S S
R R
R
显然, Sˆ , Rˆ 均服从 N (0 ,1分) 布.
Z R ˆR R (S ˆSS ) 0
c
o
s
S
用
2 R
2除上式得
S
S ˆcosSR ˆcosˆR0
c
o
s
R
S
2 R
2 S
R
2 R
2 S
2021/4/9
14
由解析几何知，在标准正态化坐标系SˆOˆ Rˆ 中，上式为极 限状态直线的标准法线式方程。 为原点 O ˆ 到极限状态 直线的法线距离 Oˆ p (见图2-4)。cosS,cosR为法线对各 坐标向量的方向余弦。 的几何意义为标准正态坐标 系中原点 O ˆ 到极限状态直线的最短距离。对结构极限 状态方程为若干相互独立、正态变量构成非线性方程 情况，同样可证明 的合理近似取值为标准正态坐标 系中原点 O ˆ 到极限状态曲面的最短距离。
工程结构荷载与可靠设计原理重力
6§2-3 雪荷载7
一、基本雪压
❖ 定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料 经统计得到的在结构使用期间可能出现 的最大雪压值。
S - 雪压(N/m2) γ - 雪重度（N/m3）
d - 雪深(m)
8
雪重度随雪深的变化
9
雪密度随时间的变化
➢ 基本雪压最好是直接 量测，即直接记录地 面雪压值。
n：从天然地面起到深度z处的土层数;
hi: 第i层土的厚度（m）;
5
i :第i层土的天然重度，若土层位于地下水
位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积 中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称
为土的有效重度, i， 即：
w为水的重度，一般取10 kN/m3,这时计算土
的自重应力应取土的有效重度 i代替天然 重度 i。
一 、车列荷载
设计荷载 —— 大量经常出现的汽车荷载 验算荷载 —— 偶然出现的车辆（平板车或
履带车）荷载
20
公路桥涵车辆设计荷载
各级车辆荷载纵向排列：
21
公路桥涵车辆设计荷载布置图
100、150、200kN汽车平面尺寸 300kN汽车平面尺寸
尺寸单位：m
22
公路桥涵车辆设计荷载布置图（续）
550kN汽车平面尺寸
§2-1 结构自重
结构的自重 是由地引力产生的组成结构的材料重力。
Gb：构件的自重(kN)
γ：构件材料的重度(kN/m3) V：构件的体积，一般按设计尺寸确定(m3)
1
按面积分布自重F 按长度分布自重f
2
§2-2 土的自重应力
均质土中竖向自重应力分布
3
成层土中竖向自重应力沿深度的分布
4
成层土z处的竖直有效自重应力：
一、基本雪压
❖ 定义：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料 经统计得到的在结构使用期间可能出现 的最大雪压值。
S - 雪压(N/m2) γ - 雪重度（N/m3）
d - 雪深(m)
8
雪重度随雪深的变化
9
雪密度随时间的变化
➢ 基本雪压最好是直接 量测，即直接记录地 面雪压值。
n：从天然地面起到深度z处的土层数;
hi: 第i层土的厚度（m）;
5
i :第i层土的天然重度，若土层位于地下水
位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积 中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称
为土的有效重度, i， 即：
w为水的重度，一般取10 kN/m3,这时计算土
的自重应力应取土的有效重度 i代替天然 重度 i。
一 、车列荷载
设计荷载 —— 大量经常出现的汽车荷载 验算荷载 —— 偶然出现的车辆（平板车或
履带车）荷载
20
公路桥涵车辆设计荷载
各级车辆荷载纵向排列：
21
公路桥涵车辆设计荷载布置图
100、150、200kN汽车平面尺寸 300kN汽车平面尺寸
尺寸单位：m
22
公路桥涵车辆设计荷载布置图（续）
550kN汽车平面尺寸
§2-1 结构自重
结构的自重 是由地引力产生的组成结构的材料重力。
Gb：构件的自重(kN)
γ：构件材料的重度(kN/m3) V：构件的体积，一般按设计尺寸确定(m3)
1
按面积分布自重F 按长度分布自重f
2
§2-2 土的自重应力
均质土中竖向自重应力分布
3
成层土中竖向自重应力沿深度的分布
4
成层土z处的竖直有效自重应力：
工程结构荷载与可靠度设计原理-完整版
车辆荷载标准 • 车列荷载 • 车道荷载
2021/3/4
§2.4 车辆荷载
➢ 公路车辆荷载 • 汽车荷载分为两个等级：公路Ⅰ级和公路Ⅱ级； • 对于桥梁结构的整体计算，汽车荷载采用车道荷
载；对于桥梁的局部加载； • 对于涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算，汽车荷
载采用车辆荷载。 • 对于多车道桥涵，可根据多个车道上同时出现最
变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。例 如，结构自重、土压力、水压力、预加应力、基 础沉降、焊接等。 （2）可变作用：在结构设计基准期内其值随时间变 化，且其变化与平均值相比不可忽略。例如，车 辆重力、人员设备重力、风荷载、雪荷载、温度 变化等。 （3）偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现而 一旦出现其量值很大且持续时间较短。例如，地 震。
• 作用—能使结构产生效应的各种因素总称为作用；
• 直接作用—直接作用在结构上的各种荷载； • 间接作用—能引起结构内力、变形等效应的非直接
作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降等。
2021/3/4
§1.1 荷载与作用
直接作用
作用
2021/3/4
间接作用
狭义荷载
广义荷载
§1.2 作用的分类
1. 按随时间的变异分类 （1）永久作用：在结构设计基准期内其值不随时间
hi
i
2021/3/4
第i层土的厚度（m）
第i层土的天然重度，若土层位
于地下水位以下，计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下，由于受到水的 浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度， 是土的有效密度与重力加速度的乘积
2021/3/4
§2.4 车辆荷载
➢ 公路车辆荷载 • 汽车荷载分为两个等级：公路Ⅰ级和公路Ⅱ级； • 对于桥梁结构的整体计算，汽车荷载采用车道荷
载；对于桥梁的局部加载； • 对于涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算，汽车荷
载采用车辆荷载。 • 对于多车道桥涵，可根据多个车道上同时出现最
变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。例 如，结构自重、土压力、水压力、预加应力、基 础沉降、焊接等。 （2）可变作用：在结构设计基准期内其值随时间变 化，且其变化与平均值相比不可忽略。例如，车 辆重力、人员设备重力、风荷载、雪荷载、温度 变化等。 （3）偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现而 一旦出现其量值很大且持续时间较短。例如，地 震。
• 作用—能使结构产生效应的各种因素总称为作用；
• 直接作用—直接作用在结构上的各种荷载； • 间接作用—能引起结构内力、变形等效应的非直接
作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降等。
2021/3/4
§1.1 荷载与作用
直接作用
作用
2021/3/4
间接作用
狭义荷载
广义荷载
§1.2 作用的分类
1. 按随时间的变异分类 （1）永久作用：在结构设计基准期内其值不随时间
hi
i
2021/3/4
第i层土的厚度（m）
第i层土的天然重度，若土层位
于地下水位以下，计算土的自
重应力时应取土的有效重度
' i
§2.1 结构自重
土的有效重度
' i
若土层位于地下水位以下，由于受到水的 浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重 力扣除浮力后的重度称为土的有效重度， 是土的有效密度与重力加速度的乘积
工程结构可靠度课件
第3章 结构可靠度的计算
2 一次二阶矩法 （1）随机变量服从正态分布 ①功能函数为线性函数
Z g X ( X 1 , X 2 ,, X n ) a0 ai X i
i 1 n
可靠指标
Z Z
a 0 ai X i
i 1 2 2 a i Xi i 1 n
i i i
迭代计算步骤 0） X i（ （ 1 ）假定验算点初值 ； ④ F x f x （2）由④计算 X 、 X ； ； g （ 3 ）由①计算 g ( X , X , , X )+ ( X ) X cos X ； （ 4 ）由③计算 ① g (1) X X i （ 5 ）由②计算 ； （ 1） （ 0） X X i i （ 6 ）如果 ，停止迭 X i X cos X X (1 i n) ② 0） 1） X i（ =X i（ 代；否则，取 转④ g X 继续迭代。 cos (1 i n) ③ g
序言——结构可靠度？
如何描述结构的安全度？ 结构应该具有多大的安全度 （How safe is safe enough）？ 如何按规定的安全度进行结 构设计？
本课程基本内容
结构设计中的随机性 结构设计方法的发展过程 可靠度理论及基本概念 可靠度计算方法 荷载和抗力统计分析 可靠度理论在规范中的应用
第2章 基本概念和原理
1 结构分析中的不确定性
（1）随机性 （2）模糊性 （3）知识的不完善性
第2章 基本概念和原理
2 结构功能要求 （1）能够承受施工和使用期间可能出现的各种 作用 （2）保持良好的使用性能 （3）具有足够的耐久性能 （4）当发生火灾时，在规定的时间内能够保持 足够的承载力 （5）当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件 时，结构仍可保持必须的整体稳定，不会出现 与起因不相称的后果
工程结构可靠度计算方法ppt课件
10
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
足够的耐久性--指结构在规定的工作环境中，在预定 时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接 受的失效概率。 从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条 件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。
整体稳定性--指在偶然事件发生时和发生后，建筑结 构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌
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
1项、4项 结构安全性的要求
2项
结构适用性的要求
3项
结构耐久性的要求
8
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
设计使用年限(design working life)
——设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其 预期目的使用的时期
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构 9
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
设计基准期(design reference period) ——为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而
选用的时间参数 规范所采用的设计基准期为50年 ——设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限
很难有足够的数据保证边缘分布函数和协方差是可信的； 其次，即使联合概率密度函数是已知的，但当变量较多或 功能函数为非线性时，上式确定的积分也会亦得相当复杂。
17
§8.2 中心点法
§8.2.1两个正态分布随机变量的模式
中心点法： 只适用于基本变量为正态分布、功能函数 为线性的情况
失效概率 Pf
效概率Pf
具有一一对
Pf
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
足够的耐久性--指结构在规定的工作环境中，在预定 时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接 受的失效概率。 从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条 件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。
整体稳定性--指在偶然事件发生时和发生后，建筑结 构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌
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
1项、4项 结构安全性的要求
2项
结构适用性的要求
3项
结构耐久性的要求
8
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
设计使用年限(design working life)
——设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其 预期目的使用的时期
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构 9
§8.1 可靠度的基本概念
§8.1.1 可靠度的定义
设计基准期(design reference period) ——为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而
选用的时间参数 规范所采用的设计基准期为50年 ——设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限
很难有足够的数据保证边缘分布函数和协方差是可信的； 其次，即使联合概率密度函数是已知的，但当变量较多或 功能函数为非线性时，上式确定的积分也会亦得相当复杂。
17
§8.2 中心点法
§8.2.1两个正态分布随机变量的模式
中心点法： 只适用于基本变量为正态分布、功能函数 为线性的情况
失效概率 Pf
效概率Pf
具有一一对
Pf
2008建筑结构可靠度原理
aci 第i 种材料相应的构参 件数 几何
XP 计算模式的不定性
抗力不定性表达为 p ： R /Rk
2020/11/16
2020/11/16
RpfcbhfyAs
例题 85 求钢筋混凝土 构轴 件心 抗受 力压 统计参数
RpfcbhfsAs
1.753005003400.015300500
339kN 0
令C ： ffcyb AhsXXf cfffycykk0.236
2 Rp
f2cb 2h 2C2( (1C)2
f2yA 2)s0.025
R
2 2
X R R p
0.025 0.02 0 5 .166
2020R /11/116 R /Rk 1.349
第 9 章 结构可靠度分析
9.1结构的功能要求 承载能力要求 偶然事件发生时稳定性要求 满足正常使用要求 结构耐久性要求
T
i
4N
N p
2.极值 I 型分布
FT (x) [Fi(x)]N exp{Nexp[i(xui)]}
exp{exp(lnN)exp[i (xui )]}
exp{exp[i (xui
ln N)]}
i
exp{exp[i (xuT )]}
2020/11/16
因此可得： T 时段极值 I 型分布函数的统计参数为：
函数Y 的平均值： Y(x 1 , x2,..x .) n ,
函数Y 的方差：
Y2
n
[ i1 xi
xi
]2
x2i
函数Y 的变异系数：
Y
Y y
2020/11/16
第 8 章 结构抗力的统计分析
结构抗力
承载能力
XP 计算模式的不定性
抗力不定性表达为 p ： R /Rk
2020/11/16
2020/11/16
RpfcbhfyAs
例题 85 求钢筋混凝土 构轴 件心 抗受 力压 统计参数
RpfcbhfsAs
1.753005003400.015300500
339kN 0
令C ： ffcyb AhsXXf cfffycykk0.236
2 Rp
f2cb 2h 2C2( (1C)2
f2yA 2)s0.025
R
2 2
X R R p
0.025 0.02 0 5 .166
2020R /11/116 R /Rk 1.349
第 9 章 结构可靠度分析
9.1结构的功能要求 承载能力要求 偶然事件发生时稳定性要求 满足正常使用要求 结构耐久性要求
T
i
4N
N p
2.极值 I 型分布
FT (x) [Fi(x)]N exp{Nexp[i(xui)]}
exp{exp(lnN)exp[i (xui )]}
exp{exp[i (xui
ln N)]}
i
exp{exp[i (xuT )]}
2020/11/16
因此可得： T 时段极值 I 型分布函数的统计参数为：
函数Y 的平均值： Y(x 1 , x2,..x .) n ,
函数Y 的方差：
Y2
n
[ i1 xi
xi
]2
x2i
函数Y 的变异系数：
Y
Y y
2020/11/16
第 8 章 结构抗力的统计分析
结构抗力
承载能力
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
雪荷载
屋面雪压的影响因素：风、屋面形式（坡度）、屋面散热 1、风的影响（漂积作用）
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
土的自重应力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
走廊2.1米。标准层3.3m，共6层，如何确定结构计算
简图？如何计算竖向荷载?
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
q1
q2
q2
q2
左图仅为示意找图坡，层
不全面！
q2
竖向荷载下框架结构 计算简图（示意图）
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
屋面恒载
SBS防水卷材 +铝箔保护层 0.4kN/m2
恒载 活载
第二章 重力
2.1 结构自重 2.2 土的的自重应力
2.3 雪荷载 2.4 2.5 楼面活荷载 2.6
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
某钢砼框架结构平面示意图，底层层高4.2m，基础
顶面标高-1.2米，房屋开间4.2米（3.3米）进深6.6米，
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
雪压：单位面积地面上积雪的自重 s d
基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料 经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压 值。 雪的深度、温度、风速、海拔高度都会对基本雪压 大小产生影响。
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
土的自重 ：参见地基基础教材
n
cz ihi i1
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重 力
活荷载
对于建筑结构，通常指楼屋面活荷载；
对于桥梁结构，指车辆和行人荷载。
楼面活荷载是指人群、家具、物品（民用建筑）和机器、 设备、堆料等产生的分布重力荷载；
屋面活荷载是指检修人员及维修工具等产生的分布重力
楼面恒载
12mm大理石地面
28kN/m3×0.012mm＝0.34kN/m2
30mm细石混凝土
24kN/m3×0.03mm＝0.72kN/m2
100mm现浇楼板 2.5kN/m2
25kN/m3×0.1m＝
15mm天棚抹灰 0.26kN/m2
17kN/m3×0.015m＝
3.86kN/m2
q2＝3.86×4.2＋4.09＝20.30kN/m
荷载；有大量排灰的工业建筑及其附近建筑，往往有积
灰荷载，有些建筑的屋面还设置屋顶花园或直升机停机
坪。
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重 力
雪荷载
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重 力
雪荷载
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重 力
莫斯科市中心的鲍曼市场发生屋顶坍塌事件
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
Ⅱ
0.40 0.55 0.60 0.10 0.15 0.15
Ⅱ
0.40 0.55 0.65 0.10 0.15 0.15
Ⅱ
0.25 0.40 0.45 0.20 0.30 0.35
Ⅱ
0.25 0.40 0.45 0.25 0.35 0.45
Ⅱ
0.25 0.35 0.40 0.20 0.35 0.40
20mm厚水泥砂浆找平层 20kN/m3×0.02m＝0.4kN/m2
50mm苯板保温层 0.5kN/m2
1：10水泥珍珠岩找坡层（3％）
1/2×15.3m×3％×1/2×11kN/m3＝ 1.26kN/m2
隔气层 0.1kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层 0.4kN/m2
100mm现浇楼板
2
25kN/m ×0.1m＝ 3 《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
Ⅱ
0.30 0.40 O.45 0.25 0.40 0.45
Ⅱ
0.30
0.40 0.45
《工程结构可靠度设计原理》课件第二章重力
雪重度随雪深的变化
雪重度随时间的变化
基本雪压一般根据年最大雪压进行统计分析确定
最大雪深与最大雪压两者并不一定同时出现
一般山上积雪比附近平原地区积雪大，且随海拔高度增
大而增大。
省市名 城 市 名
海拔高度(m)
风压(kN／m2)
雪压(kN／m2)
雪荷载准 永久值系 n＝10 n＝50 n＝100 n＝10 n＝50 n＝100 数分区
青岛市
海阳
荣城市石岛
山
菏泽市
东
兖州
莒县
临沂
日照市
76.0 65.2 33.7 49.7 51.7 107.4 87.9 16.1
0.45 0.60 0.70 0.15 0.20 0.25