1、第八章第八章 結構可靠度的基本概念結構可靠度的基本概念 8.1 結構的功能及其極限狀態結構的功能及其極限狀態8.2 荷載與結構抗力的統計分析荷載與結構抗力的統計分析8.3 結構的可靠度結構的可靠度8.4 結構的可靠指標結構的可靠指標工程結構的功能工程結構的功能 1 1、安全性、安全性在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用，在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用，在設計規定的偶然事件發生時及發生后，仍能保持必需在設計規定的偶然事件發生時及發生后，仍能保持必需的整體穩定性；的整體穩定性；2 2、適用性、適用性在正常使用時具有良好的工作性能；在正常使用時具有良好的工作性能；3 3

2、、耐久性、耐久性在正常維護下具有足夠的耐久性能；在正常維護下具有足夠的耐久性能；8.1 結構的功能及其極限狀態結構的功能及其極限狀態8.1.1結構的功能結構的功能 結構的可靠性結構的可靠性 結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力。的能力。結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。的概率。結構的可靠度結構的可靠度 設計使用年限設計使用年限 設計規定的有關時期，在這一規定時期內，只需進行正設計規定的有關時期，在這一規定時期內，只需進行正常的維護而不需進行大修就能按預期目的使

3、用，完成預常的維護而不需進行大修就能按預期目的使用，完成預定的功能，即房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使定的功能，即房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所達到的使用年限。用和維護下所達到的使用年限。各類房屋結構的設計使用年限，表各類房屋結構的設計使用年限，表8-18-1類別設計使用年限（年）示例15臨時性結構225易于替換的結構構件350普通房屋和構筑物4100紀念性建筑和特別重要的建筑結構設計基準期設計基準期 設計基準期是為確定可變作用及與時間有關的材料性設計基準期是為確定可變作用及與時間有關的材料性能取值而選用的時間參數。能取值而選用的時間參數。建筑結構可靠度設計統一標準建筑結

4、構可靠度設計統一標準規定：規定：設計基準期為設計基準期為50年年鐵路工程結構可靠度設計統一標準鐵路工程結構可靠度設計統一標準規定：規定：鐵路工程結構的鐵路工程結構的設計基準期為設計基準期為100年年一般一般 8.1.2結構的功能函數結構的功能函數 已知已知影響結構某一功能的基本變量影響結構某一功能的基本變量X1,X2,XN 那么和這個功能對應的結構功能函數，可以表示為那么和這個功能對應的結構功能函數，可以表示為考慮結構功能，僅與作用效應考慮結構功能，僅與作用效應S S和結構抗力和結構抗力R R兩個基本變兩個基本變量有關的最簡單情況。量有關的最簡單情況。 ( ,)1Zg xxn簡單簡單 ( ,

5、)Zg R SR S定義定義 8.1.3結構功能的極限狀態結構功能的極限狀態 當結構一部分或整個結構當結構一部分或整個結構超過某一特定狀態超過某一特定狀態就不能滿足就不能滿足設計指定的某一功能要求，此特定狀態稱為該功能的極設計指定的某一功能要求，此特定狀態稱為該功能的極限狀態。限狀態。 極限狀態方程極限狀態方程當結構處于極限狀態時各有關基本變當結構處于極限狀態時各有關基本變量的關系式。量的關系式。 ( ,) 01Zg xxn一個只有兩個基本變量的線性問題，一個只有兩個基本變量的線性問題，對于承載能力極限狀態，若令對于承載能力極限狀態，若令R R為結構為結構抗力，抗力，S S為作用綜合效應，則極

6、限狀態為作用綜合效應，則極限狀態方程可寫為：方程可寫為： Z Zg g（R,SR,S）=R-S=R-S0 0 若：若：Z ZR-S0R-S0， 結構處于可靠狀態；結構處于可靠狀態；若：若：Z ZR-SR-S0 0， 結構處于極限狀態；結構處于極限狀態；若：若：Z ZR-S0R-S0， 結構處于失效狀態。結構處于失效狀態。分類分類 建筑結構可靠度設計統一標準建筑結構可靠度設計統一標準規定規定 承載能力極限狀態承載能力極限狀態 正常使用極限狀態正常使用極限狀態承載能力極限狀態承載能力極限狀態承載能力極限狀態對應于結構或結構構件達到承載能力極限狀態對應于結構或結構構件達到最大承載能力最大承載能力或或

7、不適于繼續承載的不適于繼續承載的變形變形。 承載能力極限狀態可理解為結構或結構構件發揮允許的承載能力極限狀態可理解為結構或結構構件發揮允許的最大承載功能最大承載功能的狀態。結的狀態。結構構件由于塑性變形而使其幾何形狀發生顯著改變，雖未達到最大承載能力，但構構件由于塑性變形而使其幾何形狀發生顯著改變，雖未達到最大承載能力，但已經已經徹底不能使用徹底不能使用，也屬于這種極限狀態。，也屬于這種極限狀態。疲勞破壞疲勞破壞是在使用中由于荷載在多次重復作用而的達到的承載能力極限狀態。是在使用中由于荷載在多次重復作用而的達到的承載能力極限狀態。 承載能力極限狀態承載能力極限狀態可靠性應該很好可靠性應該很好：

8、承載能力極限狀態的：承載能力極限狀態的出現概率應當很低出現概率應當很低，因，因為它可能導致人身傷亡和大量的財產損失。為它可能導致人身傷亡和大量的財產損失。 有下列狀態之一：有下列狀態之一：整個結構或結構的一部分作為整個結構或結構的一部分作為剛體失剛體失去平衡去平衡 結構構件或連接因為超過材料結構構件或連接因為超過材料強度強度而而破壞（包括疲勞破壞），或因為過度破壞（包括疲勞破壞），或因為過度塑性變形而不適于繼續承載塑性變形而不適于繼續承載 結構轉變為結構轉變為機動體系機動體系結構或結構構件結構或結構構件喪失穩定喪失穩定（如壓屈）（如壓屈）地基地基喪失承載能力而破壞（如失穩等）喪失承載能力而破壞

9、（如失穩等）正常使用極限狀態正常使用極限狀態正常使用極限狀態可理解為結構或結構構件正常使用極限狀態可理解為結構或結構構件達到使用功能上允許的某個限值達到使用功能上允許的某個限值的狀的狀態。例如，某些構件必須控制變形、裂縫才能滿足使用要求。因過大的變形會造態。例如，某些構件必須控制變形、裂縫才能滿足使用要求。因過大的變形會造成房屋內粉刷層剝落、填充墻和隔斷墻開裂及屋面積水等后果；過大的裂縫會影成房屋內粉刷層剝落、填充墻和隔斷墻開裂及屋面積水等后果；過大的裂縫會影響結構的耐久性；過大的變形、裂縫也會造成用戶心理上的不安全感。響結構的耐久性；過大的變形、裂縫也會造成用戶心理上的不安全感。 與承載能力

10、極限狀態相比較，由于其對生命的危害較小，故允許與承載能力極限狀態相比較，由于其對生命的危害較小，故允許出現的概率可較出現的概率可較高高。所以這種極限狀態的。所以這種極限狀態的可靠性可以適當低一些可靠性可以適當低一些，但不等于不重視。，但不等于不重視。 注意：對于鋼筋混凝土結構，過大的裂縫不僅有損建筑物觀瞻和影響結構的耐久注意：對于鋼筋混凝土結構，過大的裂縫不僅有損建筑物觀瞻和影響結構的耐久性，而且有時也會導致重大的工程事故。例如，性，而且有時也會導致重大的工程事故。例如，19801980年年5 5月一個上午，西柏林會議月一個上午，西柏林會議廳的馬鞍形殼頂突然倒塌。破壞的起因是由于拱與殼板交接處

11、裂縫開展，不斷滲廳的馬鞍形殼頂突然倒塌。破壞的起因是由于拱與殼板交接處裂縫開展，不斷滲水，終于導致鋼筋銹蝕，懸索斷裂，引起世界震驚的倒塌事故。水，終于導致鋼筋銹蝕，懸索斷裂，引起世界震驚的倒塌事故。 有下列狀態之一：有下列狀態之一：影響正常使用或外觀的影響正常使用或外觀的變形變形 影響正常使用或耐久性能的影響正常使用或耐久性能的局部破壞局部破壞（包括裂縫）（包括裂縫）影響正常使用的影響正常使用的振動振動變形變形 影響正常使用的其他特定狀態影響正常使用的其他特定狀態 影響因素影響因素 8.2.1影響結構可靠性的因素（變量）及其隨機性影響結構可靠性的因素（變量）及其隨機性 8.2 荷載和結構抗力的

12、統計分析荷載和結構抗力的統計分析 1、作用效應、作用效應S結構受到的各種外界作用結構受到的各種外界作用支座反力、內力（彎矩、軸力、剪力、扭轉）、變形支座反力、內力（彎矩、軸力、剪力、扭轉）、變形（撓度、側移、轉角）、傾覆、滑移（撓度、側移、轉角）、傾覆、滑移2、結構抗力、結構抗力R結構本身對各種作用效應的抵抗能力結構本身對各種作用效應的抵抗能力材料性能、幾何參數、計算模式材料性能、幾何參數、計算模式強度分布直方圖強度分布直方圖 8.2.2數理統計中的一些基本概念數理統計中的一些基本概念 橫坐標橫坐標抗壓強度抗壓強度縱坐標縱坐標某一強度區段（組距）試塊數（頻數）；某一強度區段（組距）試塊數（頻數

13、）； 也可表示頻率（頻數也可表示頻率（頻數試塊總數）；試塊總數）； 也可表示概率密度（頻率也可表示概率密度（頻率組距）組距）示例示例135135頁圖頁圖8-38-3正態分布曲線正態分布曲線 特點：特點：有且僅有一峰值；有且僅有一峰值；有一對稱軸；有一對稱軸；隨機變量趨于正無窮或負無窮時，縱坐標趨于隨機變量趨于正無窮或負無窮時，縱坐標趨于0；對稱軸左右兩邊各有一反彎點，它們也對稱于對稱軸。對稱軸左右兩邊各有一反彎點，它們也對稱于對稱軸。 正態分布曲線的特征值和保證率正態分布曲線的特征值和保證率 平均值平均值標準差標準差變異系數變異系數11nxnii12()11nxini定義：定義： 8.3 結構的可靠度結構的可靠度指結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功指結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。能的概率。 結構不能完成預定功能的概率稱為結構不能完成預定功能的概率稱為“失效概率失效概率”。 結構能夠完成預定功能的概率稱為結構能夠完成預定功能的概率稱為“可靠概率可靠概率”。(0)( )0PP Zf Z dZs0(0)( )PP Zf Z dZf1PPSf8.4.1正態隨機變量的情況正態隨機變量的情況 8.4 結構的可靠度指標結構的可靠度指標當當R R、S S均為相互獨立