结构概率可靠度设计法
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（3）标准荷载和材料标准强度的统计取值 将荷载及材料强度作为随机变量，以数理统计手段统计确定。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
四、基于可靠性理论的概率极限状态设计法 概率极限状态设计法：
以可靠性理论为基础，将影响结构可靠性的几乎所有参 数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数或 部分参数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校 核结构。
荷载与结构设计方法
第十章 结构概率可靠度设计法
第十章 结构概率可靠度设计法
本章内容 第一节 土木工程结构设计方法的演变发展 第二节 结构设计的目标和原则 第三节 结构概率可靠度直接设计法 第四节 结构概率可靠度设计的实用表达式
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
设计理论 弹性理论
极限状态理论
设计方法 定值法
建筑物类型 重要的房屋（如核电站、影剧院、体育馆等）
一般的房屋（如一般工业与民用建筑） 次要的房屋（如临时仓库、车棚等）
第二节 结构设计的目标和原则
安全等级 一级 二级 三级
表b 公路工程结构的安全等级
路面结构 高速公路路面 一级公路路面 二级公路路面
桥涵结构 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥
小桥、涵洞
注意：同一结构中各类构件的安全等级宜与整体结构同 级，同一技术等级公路路面结构的安全等级也宜相同。
第二节 结构设计的目标和原则
三、结构的设计方法和设计状况 根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，分三种状况： ➢ 1.持久状况——在结构使用过程中一定出现，其持续期很长
的状况（如结构承受自重等 ）；
第二节 结构设计的目标和原则
四、结构的目标可靠指标
目标可靠指标： 预先给定作为结构设计依据的可靠指标， 表示结构设计应满足的可靠度要求。
综合各种因素优化确定： （1）公众心理
对工程结构，年失效概率小于1×10-4较为安全，年失 效概率小于1×10-5是安全的，而年失效概率小于1×10-6则 是很安全的。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
➢水准Ⅰ——半概率法
对效应和抗力的变量部分地进行数理统计分析，并引 入某些经验系数，因而不能定量地估计结构的可靠性。
➢水准Ⅱ——近似概率法
目前使用方法
以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并 建立结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，设 计时则采用分项系数的简便实用表达式。
概率法
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
一、容许应力设计法 截面应力 ≤
材料容许应力
即
[ ] f
K
二、破损阶段设计法
按材料进入塑性状态截面所能抵抗的内力建立公式 缺点：采用总安全系数估计荷载与材料的离散性
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
三、多系数极限状态设计法 特点： （1）结构极限状态概念 规定承载能力、变形、裂缝出现和开展三种极限状态。
第二节 结构设计的目标和原则
结构可靠度与结构设计使用年限的关系 实际使用年限超过设计使用年限后，结构失效概率将
比设计预期值增大，并不意味结构立即丧失功能或报废。
各类建筑结构设计使用年限见下表。
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
➢ 2.短暂状况——在结构施工和使用过程中出现概率较大，而 与设计使用年限相比，持续期很短的状况（如施工和维修 等）；
➢ 3.偶然状况——指在结构使用过程中出现的概率很小，且持 续期很短的状况（如火灾、爆炸、撞击等）。
第二节 结构设计的目标和原则
三种设计状况应分别进行下列极限状态设计： ➢ 1.对三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计； ➢ 2.对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计； ➢ 3.对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
➢水准Ⅲ——全概率法 对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失
效概率作为可靠度的直接度量。 该方法目前不成熟，仍处于研究阶段
第二节 结构设计的目标和原则
工程结构设计的基本目标： 在一定的经济条件下，赋予结构一定的可Fra Baidu bibliotek度，使
得结构在规定的设计使用年限内能满足设计所预定的各 种功能要求，即安全性、适用性和耐久性要求。
设计使用年限≠设计基准期
第二节 结构设计的目标和原则
二、结构的安全等级
根据结构破坏可能产生的各种后果（危及人的生命、造 成经济损失、产生社会影响等）的严重程度，对不同的工程 结构采用不同的安全等级。
我国将工程结构的安全等级划分为三级
安全等级 一级 二级 三级
破坏后果 很严重 严重 不严重
表a 建筑结构的安全等级
（2）承载能力极限状态设计的多系数表达 以多个系数来分别反映荷载、材料性能及工作条件等方
面随机因素的影响：
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
M（ ni qik） mM（u ks fsk，kc fck，a，）
式中 qik ——标准荷载或其效应； ni ——相应荷载的超载系数； m ——结构构件的工作条件系数； fsk、fck ——钢筋和混凝土的标准强度； ks、kc ——钢筋和混凝土的材料匀质系数； a ——结构构件的截面几何特征。
第二节 结构设计的目标和原则
我国标准的要求
承载能力极限状态设计：
建筑和公路《统一标准》规定了目标可靠指标 值，
见表a、表b和表c。
表a 建筑结构构件的目标可靠指标 值
第二节 结构设计的目标和原则
（2）结构重要性 以一般结构的目标可靠指标为基准，对于重要结构或次
要结构分别使其失效概率减小或增加一个数量级。 （3）结构破坏性质
按延性和脆性破坏确定可靠指标，脆性的要大于延性。 （4）极限状态
承载能力极限状态失效后果严重，可靠度水准应高些。 （5）社会经济发展水平
社会经济越发达，对工程结构可靠性的要求就越高。
第二节 结构设计的目标和原则
一、结构的设计使用年限
设计使用年限：
结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应 达到的使用年限。
设计基准期：
我国工程结构
确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用 的时间参数。
建筑结构50年，桥梁结构100年，水泥混凝土路面结构不大 于30年，沥青混凝土路面结构不大于15年。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
四、基于可靠性理论的概率极限状态设计法 概率极限状态设计法：
以可靠性理论为基础，将影响结构可靠性的几乎所有参 数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数或 部分参数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校 核结构。
荷载与结构设计方法
第十章 结构概率可靠度设计法
第十章 结构概率可靠度设计法
本章内容 第一节 土木工程结构设计方法的演变发展 第二节 结构设计的目标和原则 第三节 结构概率可靠度直接设计法 第四节 结构概率可靠度设计的实用表达式
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
设计理论 弹性理论
极限状态理论
设计方法 定值法
建筑物类型 重要的房屋（如核电站、影剧院、体育馆等）
一般的房屋（如一般工业与民用建筑） 次要的房屋（如临时仓库、车棚等）
第二节 结构设计的目标和原则
安全等级 一级 二级 三级
表b 公路工程结构的安全等级
路面结构 高速公路路面 一级公路路面 二级公路路面
桥涵结构 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥
小桥、涵洞
注意：同一结构中各类构件的安全等级宜与整体结构同 级，同一技术等级公路路面结构的安全等级也宜相同。
第二节 结构设计的目标和原则
三、结构的设计方法和设计状况 根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，分三种状况： ➢ 1.持久状况——在结构使用过程中一定出现，其持续期很长
的状况（如结构承受自重等 ）；
第二节 结构设计的目标和原则
四、结构的目标可靠指标
目标可靠指标： 预先给定作为结构设计依据的可靠指标， 表示结构设计应满足的可靠度要求。
综合各种因素优化确定： （1）公众心理
对工程结构，年失效概率小于1×10-4较为安全，年失 效概率小于1×10-5是安全的，而年失效概率小于1×10-6则 是很安全的。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
➢水准Ⅰ——半概率法
对效应和抗力的变量部分地进行数理统计分析，并引 入某些经验系数，因而不能定量地估计结构的可靠性。
➢水准Ⅱ——近似概率法
目前使用方法
以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并 建立结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，设 计时则采用分项系数的简便实用表达式。
概率法
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
一、容许应力设计法 截面应力 ≤
材料容许应力
即
[ ] f
K
二、破损阶段设计法
按材料进入塑性状态截面所能抵抗的内力建立公式 缺点：采用总安全系数估计荷载与材料的离散性
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
三、多系数极限状态设计法 特点： （1）结构极限状态概念 规定承载能力、变形、裂缝出现和开展三种极限状态。
第二节 结构设计的目标和原则
结构可靠度与结构设计使用年限的关系 实际使用年限超过设计使用年限后，结构失效概率将
比设计预期值增大，并不意味结构立即丧失功能或报废。
各类建筑结构设计使用年限见下表。
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
➢ 2.短暂状况——在结构施工和使用过程中出现概率较大，而 与设计使用年限相比，持续期很短的状况（如施工和维修 等）；
➢ 3.偶然状况——指在结构使用过程中出现的概率很小，且持 续期很短的状况（如火灾、爆炸、撞击等）。
第二节 结构设计的目标和原则
三种设计状况应分别进行下列极限状态设计： ➢ 1.对三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计； ➢ 2.对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计； ➢ 3.对短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
➢水准Ⅲ——全概率法 对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失
效概率作为可靠度的直接度量。 该方法目前不成熟，仍处于研究阶段
第二节 结构设计的目标和原则
工程结构设计的基本目标： 在一定的经济条件下，赋予结构一定的可Fra Baidu bibliotek度，使
得结构在规定的设计使用年限内能满足设计所预定的各 种功能要求，即安全性、适用性和耐久性要求。
设计使用年限≠设计基准期
第二节 结构设计的目标和原则
二、结构的安全等级
根据结构破坏可能产生的各种后果（危及人的生命、造 成经济损失、产生社会影响等）的严重程度，对不同的工程 结构采用不同的安全等级。
我国将工程结构的安全等级划分为三级
安全等级 一级 二级 三级
破坏后果 很严重 严重 不严重
表a 建筑结构的安全等级
（2）承载能力极限状态设计的多系数表达 以多个系数来分别反映荷载、材料性能及工作条件等方
面随机因素的影响：
第一节 土木工程结构设计方法的演变发展
M（ ni qik） mM（u ks fsk，kc fck，a，）
式中 qik ——标准荷载或其效应； ni ——相应荷载的超载系数； m ——结构构件的工作条件系数； fsk、fck ——钢筋和混凝土的标准强度； ks、kc ——钢筋和混凝土的材料匀质系数； a ——结构构件的截面几何特征。
第二节 结构设计的目标和原则
我国标准的要求
承载能力极限状态设计：
建筑和公路《统一标准》规定了目标可靠指标 值，
见表a、表b和表c。
表a 建筑结构构件的目标可靠指标 值
第二节 结构设计的目标和原则
（2）结构重要性 以一般结构的目标可靠指标为基准，对于重要结构或次
要结构分别使其失效概率减小或增加一个数量级。 （3）结构破坏性质
按延性和脆性破坏确定可靠指标，脆性的要大于延性。 （4）极限状态
承载能力极限状态失效后果严重，可靠度水准应高些。 （5）社会经济发展水平
社会经济越发达，对工程结构可靠性的要求就越高。
第二节 结构设计的目标和原则
一、结构的设计使用年限
设计使用年限：
结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应 达到的使用年限。
设计基准期：
我国工程结构
确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用 的时间参数。
建筑结构50年，桥梁结构100年，水泥混凝土路面结构不大 于30年，沥青混凝土路面结构不大于15年。