第三章_按近似概率論理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法_基本設(shè)計(jì)原則

1、混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)Concrete Structure第三章第三章 按近似概率論理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法按近似概率論理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法Design Approach3.13.1極限狀態(tài)極限狀態(tài) 3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用 3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 3.1.3 結(jié)構(gòu)抗力3.23.2結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)、結(jié)構(gòu)失效概率、可靠度指標(biāo)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)、結(jié)構(gòu)失效概率、可靠度指標(biāo) 3.2.1 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 3.2.2 結(jié)構(gòu)的失效概率和可靠度指標(biāo)本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)本講思考題本講思考題第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第三章第三章 按近似概率論理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法按近似概率論理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方

2、法基本要求基本要求重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)、難點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，極限狀態(tài)的定義及分類。建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，極限狀態(tài)的定義及分類。可靠度、可靠指標(biāo)等的一般概念。可靠度、可靠指標(biāo)等的一般概念。承載能力極限狀態(tài)計(jì)算方法：設(shè)計(jì)表達(dá)式，作承載能力極限狀態(tài)計(jì)算方法：設(shè)計(jì)表達(dá)式，作用的概念及類型，荷載標(biāo)準(zhǔn)值，荷載準(zhǔn)永久值。用的概念及類型，荷載標(biāo)準(zhǔn)值，荷載準(zhǔn)永久值。作用效應(yīng)的概念與類型，荷載分項(xiàng)系數(shù)，荷載作用效應(yīng)的概念與類型，荷載分項(xiàng)系數(shù)，荷載效應(yīng)組合的一般表達(dá)式。結(jié)構(gòu)抗力的概念及抗效應(yīng)組合的一般表達(dá)式。結(jié)構(gòu)抗力的概念及抗力設(shè)計(jì)值的一般表達(dá)式，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)力設(shè)計(jì)值的一般表達(dá)式，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值及材料強(qiáng)度

3、分項(xiàng)系數(shù)。計(jì)值及材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)。極限狀態(tài)的定極限狀態(tài)的定義，分類，方義，分類，方程；作用的概程；作用的概念、類型；荷念、類型；荷載分項(xiàng)系數(shù)的載分項(xiàng)系數(shù)的含義，荷載效含義，荷載效應(yīng)組合的含義。應(yīng)組合的含義。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要保證保證安全可靠安全可靠、經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)合理合理 由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中存在多種不確定性存在多種不確定性 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就是研就是研究工程設(shè)計(jì)中的各種究工程設(shè)計(jì)中的各種不確定性問(wèn)題，取得不確定性問(wèn)題，取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理之間的均衡之間的均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的作用：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的作用：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的分類

4、：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的分類：容許應(yīng)力容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法容許應(yīng)力容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 allowable stressKf安全系數(shù)材料強(qiáng)度 安全系數(shù)安全系數(shù) K 是一個(gè)大于是一個(gè)大于1.0的數(shù)值的數(shù)值K 越大，結(jié)構(gòu)安全度就越高，同時(shí)結(jié)構(gòu)材料用量也越多越大，結(jié)構(gòu)安全度就越高，同時(shí)結(jié)構(gòu)材料用量也越多 為取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的為取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的均衡均衡， 在綜合考慮各種不在綜合考慮各種不確定性因素影響后，可選取一個(gè)合適的安全系數(shù)。確定性因素影響后，可選取一個(gè)合適的安全系數(shù)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 材料力學(xué)研究的是：?jiǎn)我徊牧?、線彈性、簡(jiǎn)

5、單結(jié)構(gòu)材料力學(xué)研究的是：?jiǎn)我徊牧?、線彈性、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比它復(fù)雜實(shí)際工程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比它復(fù)雜如鋼筋混凝土梁的受彎，從安全角度考慮，需要確定如鋼筋混凝土梁的受彎，從安全角度考慮，需要確定其其極限受彎承載力極限受彎承載力；而為控制正常使用階段的而為控制正常使用階段的裂縫和撓度變形裂縫和撓度變形，需要確定，需要確定帶裂縫工作階段的受力情況。帶裂縫工作階段的受力情況。采用采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，無(wú)法統(tǒng)一這兩方面的要求容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，無(wú)法統(tǒng)一這兩方面的要求3.1.1 3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用施加在結(jié)構(gòu)上的集中荷載或分布荷載，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。3.1 極限狀態(tài)極限狀態(tài)1.

6、結(jié)構(gòu)上的作用（action）：返回第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法按作用方式分直接作用：間接作用：荷載混凝土收縮、溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)的差異沉降、地震（間接作用不僅與外界因素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)本身的特性有關(guān)）按空間位置分固定作用可動(dòng)作用按結(jié)構(gòu)反應(yīng)特點(diǎn)分靜態(tài)作用動(dòng)態(tài)作用2. 作用的分類：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法按作用時(shí)間和性質(zhì)分永久作用：可變作用：自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載偶然作用： 爆炸、撞擊、地震等永久作用：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)可變作用：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)其值隨時(shí)間而變化，其變化與平均值相比不可忽略偶然作用：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)

7、，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)由于各種原因，引起內(nèi)力和變形稱為作用效應(yīng)。內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫。3.作用效應(yīng)S：(effect of an action)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 作用效應(yīng)取決于作用的方式及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的幾何尺寸及支承條件。作用效應(yīng)具有隨機(jī)性簡(jiǎn)支梁在跨中一集中荷載作用下跨中彎矩lPM41 例： 簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下跨中彎矩S = cQc 荷載效應(yīng)系數(shù)Q 荷載qlM281281ll41c第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 實(shí)際構(gòu)件的作用大多以直接作用為主，即荷載。因此用荷載作為作用的總稱。實(shí)際作用在結(jié)構(gòu)上的荷載的大小具有不定性，應(yīng)當(dāng)按照隨機(jī)變量，采

8、用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以處理。這樣確定的荷載是具有一定概率的最大荷載值稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值。4.荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：(characteristic value)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定：對(duì)于結(jié)構(gòu)自身重力可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和材料的重力密度確定。 可變荷載通常還與時(shí)間有關(guān)，是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，原則上可用它的統(tǒng)計(jì)分布來(lái)描述，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某個(gè)分位值確定。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 1.結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)：建筑物的重要程度是根據(jù)其用途決定的。根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)產(chǎn)生的后果嚴(yán)重與否，分為三個(gè)等級(jí)：3.1.2 3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本

9、要求安全等級(jí)破壞后果的影響程度建筑物的類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的建筑物二級(jí)嚴(yán)重一般的建筑物三級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 表表3-1返回第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限：(design reference period)設(shè)計(jì)使用年限分類設(shè)計(jì)使用年限分類計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度所依據(jù)的年限稱為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。類別設(shè)計(jì)使用年限（年）示 例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.結(jié)構(gòu)的功能要求：安全性Sa

10、fety 、適用性Serviceability 、耐久性Durability第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法安全性安全性 Safety 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（design life 一般為一般為50年年），應(yīng)），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生

11、后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法適用性適用性 Serviceability 如（如（f f ） 結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。耐久性耐久性 Durability 如（如（wmax wmax） 結(jié)構(gòu)在正常使

12、用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕混凝土碳化、鋼筋銹蝕），），結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的承載力和剛度的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。 4.結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)：(limit state)極限狀態(tài)的定義：是結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件能夠滿足結(jié)構(gòu)功能要求的臨界狀態(tài)。超過(guò)這一界限，結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的該項(xiàng)功能要求而進(jìn)入失效狀態(tài)。如：開裂、傾覆、滑移、壓

13、屈、失穩(wěn)等。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法5.極限狀態(tài)的內(nèi)涵：在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法4.2 極限狀態(tài)表4.1 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的可靠、失效和極限狀態(tài)概念結(jié)構(gòu)的功能可靠極限狀態(tài)失效安全性受彎承載力M Mu適用性撓度變形f f耐久性裂縫寬度wmax wmax結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠不可靠”或或“失效

14、失效”。區(qū)分結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠可靠”與與“失效失效”的臨界工作狀態(tài)稱為的臨界工作狀態(tài)稱為“極限極限狀態(tài)狀態(tài)”6.極限狀態(tài)的分類：承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State：超過(guò)該狀態(tài)，結(jié)超過(guò)該狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求，表現(xiàn)：構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求，表現(xiàn)： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞） 結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移） 結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適

15、于繼續(xù)使用 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State 超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。表現(xiàn)為：性的功能要求。表現(xiàn)為： 過(guò)大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正過(guò)大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；常使用（吊車）等）；

16、 過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）；過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求。其他正常使用要求。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 reliability 可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱安全性、適用性和耐久性的總稱就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（50年），在規(guī)定的條年），在規(guī)定的條件下（件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投

17、資越大。7. 結(jié)構(gòu)的可靠度 結(jié)構(gòu)的可靠度：(degree of reliability)可靠度可靠度就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用壽命內(nèi)，在就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用壽命內(nèi)，在正常正常的條的條件下，完成預(yù)定功能的概率。件下，完成預(yù)定功能的概率。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。法要解決的問(wèn)題。顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國(guó)家經(jīng)顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命(design life)、維護(hù)和修復(fù)等。、維護(hù)和修復(fù)等。規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡

18、的最低限度，也是國(guó)家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是國(guó)家法律。法律。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用，乃至可能對(duì)社會(huì)和經(jīng)維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用，乃至可能對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)所造成的影響濟(jì)所造成的影響所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算，在必要時(shí)尚應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移驗(yàn)算；對(duì)使用上需控制變形值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算；對(duì)使

19、用上要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算；對(duì)使用上允許出向裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。9.規(guī)范規(guī)定：第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法8.設(shè)計(jì)計(jì)算原則：采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的失效概率足夠小，或可靠概率足夠大。3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力R(R(resistanceresistance) ) 結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。 結(jié)構(gòu)抗力的影響因素：材料性能的不確定性材料幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算模式的不確定性 結(jié)構(gòu)的抗力具有隨機(jī)性。返回第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2.1 3.2.1 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performance function)

20、(performance function)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)、結(jié)構(gòu)失效概率、可靠度指標(biāo)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)、結(jié)構(gòu)失效概率、可靠度指標(biāo) 3.2結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)的抗力R有關(guān)。Z = R S由此可采用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 來(lái)描述結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的狀況。因抗力R和S均具有隨機(jī)性，所以只能用功能函數(shù)Z的概率來(lái)描述。返回第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法4.2 極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的表達(dá)結(jié)構(gòu)功能的表達(dá)S R 失效失效結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容Z 0，Z = 0，Z 0，Z =g(x1,x2, xn)由此，上述極限狀態(tài)方程可推廣為：式中，g()

21、是函數(shù)記號(hào)，在這里稱為功能函數(shù)。 g()由所研究的結(jié)構(gòu)功能而定，可以是承載能力，也可以是變形或裂縫寬度等。 x1,x2, ,xn為影響該結(jié)構(gòu)功能的各種荷載效應(yīng)以及材料強(qiáng)度、構(gòu)件的幾何尺寸等。 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法3.2.2 3.2.2 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率P Pf f(failure probability)(failure probability)， 可靠指標(biāo)可靠指標(biāo) (reliability index (reliability index ) ) 可靠概率Ps =1-Pf， Pf為失效概率。 失效概率的計(jì)算方法:用荷載效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力之間的關(guān)系來(lái)說(shuō)明。設(shè)構(gòu)件的荷載效應(yīng)S及結(jié)構(gòu)的抗力

22、R，都是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量且二者為線性關(guān)系。S、R的平均值分別為S、 R ，標(biāo)準(zhǔn)差分別為S、 R 。返回第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)的效應(yīng)S及結(jié)構(gòu)的抗力R均符合正態(tài)分布，因此結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z也符合正態(tài)分布。如圖：圖中Z0部分(陰影)面積即為失效概率Pf圖3-3可靠指標(biāo)與失效概率關(guān)系示意圖fz(Z)pfzzzZ=R-S第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法0 失效概率Pf 可表示為：0)()0(dzZfZPpf 另外的計(jì)算方法：由圖看出，陰影部分的面積與Z和Z的大小有關(guān)，增大均值Z ，曲線右移陰影部分面積減?。粶p小Z ，曲線變得高而窄，陰影面積也將減少。Pf 減小，可靠度加大。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法缺點(diǎn)：Pf 計(jì)算式復(fù)雜，需積分。 如果將曲線對(duì)稱軸至縱軸的距離表示為Z的倍數(shù)，取ZZ36 越大， Pf 越小 ，結(jié)構(gòu)越可靠。所以和失效概率一樣可作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)指標(biāo)，故稱 為可靠度指標(biāo)reliability index。 則22SRZZSR第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法圖3-3可靠指標(biāo)與失效概率關(guān)系示意圖fz(Z)pfzzzZ=R-S 與失效概率 Pf 越小之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)將部分特殊值的關(guān)系列于下表中：可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)與失效概率與失效概率Pf的對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系 表表3-2pfpfpf1.01.59X10-12.73.47X10-33.71.08X10