工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)原理(安工大研招辦)

結(jié)構(gòu)可靠性基本概念和原理第二章不確定性概念設(shè)計(jì)中的變量結(jié)構(gòu)功能要求極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀況概念可靠性定義與可靠度描述2.1不確定性概念

不確定性是指事件出現(xiàn)或發(fā)生的結(jié)果是不能準(zhǔn)確確定的，事先不能給出一個明確的結(jié)論。天有不測風(fēng)云2.1.1

隨機(jī)性

隨機(jī)性是指事件發(fā)生條件的不充分性，不能確定最后出現(xiàn)的結(jié)果。澆注選材振搗養(yǎng)護(hù)配合比混凝土強(qiáng)度結(jié)論事件發(fā)生的條件不充分而不能確定最后結(jié)果，并不是說事件發(fā)生的結(jié)果是完全不可控制的，而是將其控制在一定范圍內(nèi)，即在概率的意義上是可以控制的。返回隨機(jī)性分類物理不確定性：某些變量是由其內(nèi)在因素和外在條件共同決定，屬事物本質(zhì)上的不確定性?？煽氐娜纾喊韬?、配制程序、拌合料稱重；不可控的如：風(fēng)荷載、雪荷載。統(tǒng)計(jì)不確定性：由于隨機(jī)變量樣本量的不足而導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)值的不確定性。樣本容量大時，參數(shù)估計(jì)的變異性小，反之，變異性大；另外，估計(jì)方法的不同也會影響估計(jì)結(jié)果。模型不確定性：由計(jì)算公式不準(zhǔn)確或模型簡化而產(chǎn)生的不確定性，在結(jié)構(gòu)可靠度分析中常用一個附加的隨機(jī)變量來描述。降低這種不確定性的途徑是使計(jì)算假定盡量與實(shí)際情況相符、采用先進(jìn)的計(jì)算手段，但這受到科技發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)條件的限制。2.1.2模糊性

模糊性是指事物屬性的不分明或中間過渡性所產(chǎn)生的不確定性，即一個事物是否屬于一個集合是不明確的。安全水平經(jīng)濟(jì)水平文化背景歷史宗教2.1.3知識的不完善性

知識的不完善性是由于客觀信息不完備與主觀認(rèn)識的局限性而產(chǎn)生的不確定性。知道事物變化趨勢，但沒有數(shù)據(jù)預(yù)測事物未來變化的程度，例如車速對橋梁的荷載影響。下圖是橋梁檢測中利用動態(tài)信號測試與分析系統(tǒng)測得的某橋梁在30Km/h時橋梁的基頻。

主觀認(rèn)識的局限性，即由于人對自然規(guī)律認(rèn)識的不足而產(chǎn)生的不穩(wěn)定性。美國Tacoma橋因風(fēng)顫解體的事故極具代表性，事故原因主要就是當(dāng)時人們對橋梁風(fēng)振理論的不了解，事故也促進(jìn)了人們對橋梁風(fēng)振的認(rèn)識。下圖為事故照片。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析定性分析定量分析概念設(shè)計(jì)預(yù)測結(jié)果判斷結(jié)果變量值數(shù)學(xué)、力學(xué)內(nèi)力、變形

基本(隨機(jī))變量環(huán)境條件加載速度制造工藝尺寸元素含量水泥品種養(yǎng)護(hù)方法施工工藝外加劑水灰比基本(隨機(jī))變量：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中直接使用的變量，它代表一組規(guī)定的物理量，用X表示。它可以是更低一級元素的函數(shù)。綜合(隨機(jī))變量綜合(隨機(jī))變量：由若干個基本變量用數(shù)學(xué)函數(shù)描述或經(jīng)力學(xué)運(yùn)算得到的變量。梁的極限受彎承載力：2.3結(jié)構(gòu)功能要求結(jié)構(gòu)物的建造都帶有一定的目的：房屋滿足居住、工業(yè)生產(chǎn)及文化活動；橋梁滿足交通需求；水壩滿足擋水及蓄水需要。我國《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）對工程結(jié)構(gòu)提出了以下功能要求：1.能承受施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用2009年8月20日，四川省成都市校園春天小區(qū)，6棟、7棟樓相鄰的墻壁呈20度夾角，被網(wǎng)友稱為“樓歪歪”。

2009年6月27日清晨5時30分左右，上海閔行區(qū)“蓮花河畔景苑”小區(qū)內(nèi)一棟在建的13層住宅樓全部倒塌，官方以兩次堆土施工為原由，遭網(wǎng)友抨擊，故稱“樓脆脆”。

2.保持良好的使用性能結(jié)構(gòu)使用性能的好壞是非常重要的，關(guān)系到結(jié)構(gòu)能否滿足規(guī)定的使用要求，很多結(jié)構(gòu)往往不是安全性不足，而是不能滿足使用要求。橋梁檢測中會用測定動撓度的方法來計(jì)算橋梁的沖擊系數(shù)：3.具有足夠的耐久性能耐久性問題是結(jié)構(gòu)外部環(huán)境對結(jié)構(gòu)材料的物理、化學(xué)、生物作用或結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部的相互作用引起的結(jié)構(gòu)性能劣化，變化是緩慢的，且與結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境有關(guān)?；炷聊途眯圆『χ饕辛芽p、鋼筋銹蝕、化學(xué)侵蝕、滲漏、凍融及堿-骨料反應(yīng)。橋梁常規(guī)檢測主要也是針對以上病害，以此評判已建橋梁的耐久性，并給出相應(yīng)評級。4.發(fā)生火災(zāi)時，在規(guī)定時間內(nèi)保持足夠的承載力目前我國常用的建筑材料是混凝土和鋼材，當(dāng)受到火燒時，混凝土?xí)l(fā)生爆裂，鋼筋軟化，強(qiáng)度降低，兩者的粘結(jié)力也降低，構(gòu)件承載力下降，危及結(jié)構(gòu)安全。2001年美國“911”事件中的世貿(mào)大廈“雙子樓”，是最具代表性的。5.發(fā)生撞擊、地震等偶然事件時，結(jié)構(gòu)可保持必須得整體穩(wěn)定性這是對結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性、即防止連續(xù)倒塌方面的要求。要求結(jié)構(gòu)在偶然荷載下，可以發(fā)生局部破壞，單由破壞構(gòu)件原來承擔(dān)的力能轉(zhuǎn)移到附近的其他構(gòu)件，不致引起大面積的倒塌。近年來船舶撞擊跨海大橋事件時有發(fā)生，這就對跨海大橋的此項(xiàng)功能提出一定要求；另外汶川地震、日本地震也對房屋的抗震設(shè)計(jì)提出更高要求。2.4結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)我國《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的定義：當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)達(dá)到極限承載力的狀態(tài)，對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的安全性。正常使用極限狀態(tài)：指達(dá)到影響結(jié)構(gòu)正常使用的狀態(tài)，關(guān)系到結(jié)構(gòu)能否正常使用。對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的適用性、耐久性及整體穩(wěn)定性。2.4.1

極限狀態(tài)概念2.4.2承載力極限狀態(tài)1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度決定于節(jié)點(diǎn)焊縫材料質(zhì)量或螺栓聯(lián)接的抗剪強(qiáng)度?；炷翗?gòu)件的強(qiáng)度決定于混凝土的強(qiáng)度和鋼筋的強(qiáng)度。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度還取決于兩者的結(jié)合情況。2.4.2承載力極限狀態(tài)2.整個結(jié)構(gòu)或其一部分作為剛體失去平衡也是結(jié)構(gòu)失效較為常見的一種形式。近年來貨車壓翻大型橋梁的事故時有發(fā)生，此時的橋梁就是作為剛體而傾覆。2.4.2承載力極限狀態(tài)3.結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系，此類情況出現(xiàn)在地震發(fā)生時為多。4.結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定，包括整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)，指結(jié)構(gòu)所承受的外荷載尚未達(dá)到按強(qiáng)度計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞荷載時，結(jié)構(gòu)已無法承載并產(chǎn)生較大的變形，整個結(jié)構(gòu)偏離原來的平衡位置而倒塌。失穩(wěn)破壞類型歐拉失穩(wěn)：特點(diǎn)是在達(dá)到臨界狀態(tài)前，結(jié)構(gòu)保持初始平衡位置，在達(dá)到臨界狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)從初始的平衡位置過渡到無限臨界的新的平衡位置，此后變形的進(jìn)一步增大，要求荷載增加。平衡狀態(tài)出現(xiàn)分岔，相應(yīng)的荷載值稱為屈曲荷載、平衡分枝荷載或歐拉臨界荷載。直桿軸心受壓的屈曲屬于此類情況。失穩(wěn)破壞類型極值型失穩(wěn)：這類失穩(wěn)沒有平衡分岔現(xiàn)象。隨著荷載的增加，結(jié)構(gòu)變形也增加，而且愈來愈快，直到結(jié)構(gòu)不能承受增加的外荷載。相應(yīng)的荷載值稱為壓潰荷載。壓彎構(gòu)件受壓失穩(wěn)屬于這種情況。失穩(wěn)破壞類型屈曲后極值型失穩(wěn)：這類失穩(wěn)開始時有平衡分岔現(xiàn)象，即發(fā)生屈曲，結(jié)構(gòu)不立即破壞，還有比較顯著的屈曲后強(qiáng)度，因此能繼續(xù)承受荷載的增加，直到出現(xiàn)極值型失穩(wěn)。薄壁鋼構(gòu)件中受壓翼緣板和腹板就屬于此類情況。失穩(wěn)破壞類型有限干擾型屈曲：此類失穩(wěn)與屈曲后極值型失穩(wěn)剛好相反，結(jié)構(gòu)屈曲后承載力迅速下降，結(jié)構(gòu)如有初始缺陷在受載過程中就不會有屈曲現(xiàn)象而直接進(jìn)入承載力較低的極值型失穩(wěn)，稱為不穩(wěn)定分岔屈曲。跳躍型失穩(wěn)：結(jié)構(gòu)由于初始的平衡位置突然跳躍到另一個平衡位置，跳躍過程中出現(xiàn)很大的位移，使結(jié)構(gòu)的平衡位形發(fā)生很大的變化。承受橫向均布壓力的球面扁殼的失穩(wěn)屬于此類。2.4.2承載力極限狀態(tài)5.地基喪失承載能力而破壞：通常分為整體剪切、局部剪切和沖切破壞。地基的破壞與多種因素有關(guān)：土的類別及性質(zhì)、基礎(chǔ)埋深、地下水狀況、冰凍作用、固結(jié)情況、開挖與施工方式、土與結(jié)構(gòu)的相互作用等2.4.2承載力極限狀態(tài)6.結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞指承受反復(fù)荷載作用且應(yīng)力變幅較大結(jié)構(gòu)的一種破壞形式。構(gòu)件承受的必須是交變荷載。無論是脆性材料還是塑性材料，材料在斷裂時均表現(xiàn)為脆性斷裂。是由荷載多次變化造成的損傷累積起來的結(jié)果。破壞發(fā)生在局部危險點(diǎn)上。斷口不同于靜強(qiáng)度破壞時的斷口。2.4.3正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)形式多樣，《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》給出了一下標(biāo)志：1.影響正常使用或外觀的變形：如工業(yè)廠房的起重機(jī)梁變形過大時，起重機(jī)運(yùn)行會卡軌。2.影響正常使用或耐久性能的局部破壞：鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫過大，會引起人們的恐慌。3.影響正常使用的振動：人們隨著音樂的節(jié)拍對樓板施加的荷載。4.影響正常使用的其他特定狀態(tài)：取決于結(jié)構(gòu)的使用功能和用戶的要求。2.5極限狀態(tài)方程由于作用在結(jié)構(gòu)上的荷載和結(jié)構(gòu)的材料性能是不確定的，在結(jié)構(gòu)使用過程中的狀態(tài)也是不確定的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，結(jié)構(gòu)可能能夠完成預(yù)定的功能，也可能不能完成預(yù)定的功能。如果結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定的功能，則稱結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；如果結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定的功能，則稱結(jié)構(gòu)處于不可靠狀態(tài)，或失效狀態(tài)。2.5極限狀態(tài)方程2.6

設(shè)計(jì)狀況在結(jié)構(gòu)建造和使用過程中，不同的時間段及不同的條件下結(jié)構(gòu)的材料性能和承受的荷載是不同的。按照我國《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008），設(shè)計(jì)狀況可分為持久狀況、短暫狀況、偶然狀況和地震狀況。1.持久狀況是與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為同一量級的時段相應(yīng)的設(shè)計(jì)狀況，指正常使用時的情況。2.短暫狀況為時間段與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限相比短得多且出現(xiàn)概率很高的狀況，這種狀況指施工或維修時的情況。3.偶然狀況是指結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊或局部破壞等異常情況的狀況。4.地震狀況指結(jié)構(gòu)遭受地震這一異常情況的狀況，在抗震設(shè)防地區(qū)必須考慮。2.6

設(shè)計(jì)狀況2.7工程結(jié)構(gòu)可靠性概念1)在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用（即能承受正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各種作用(包括荷載及外加變形或約束變形

）?！?)在正常使用時具有良好的工作性能?！?)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能?！?)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件(如地震、爆炸、龍卷風(fēng)等)發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。

★2.7.1

工程結(jié)構(gòu)的功能

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的是以最經(jīng)濟(jì)的手段,賦予結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷?，使結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi),具備預(yù)定的各種功能。1.大橋承受車流荷載、風(fēng)載等;高等建筑承受風(fēng)載、屋內(nèi)荷載等。2.教學(xué)樓必須能夠滿足教學(xué)的各項(xiàng)要求，它不能用做車間存放沉重的設(shè)備，危險！反之，浪費(fèi)！3.所謂足夠的耐久性能，系指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預(yù)定的時期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失敗概率。從工程概念上講，足夠的耐久性能就是指在正常維護(hù)條件下能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。即在預(yù)定的使用期內(nèi)，材料惡化不嚴(yán)重。4.所謂整體穩(wěn)定性，系指在偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。例如英國倫敦CanningTown一幢23層裝配式大板結(jié)構(gòu)公寓大樓，由于18層一家發(fā)生了家用瓦斯爆炸，將該層的一塊外墻板炸壞，使這一初始局部破壞沿建筑物豎向蔓延，一層一層連續(xù)倒塌直至地面。導(dǎo)致建筑物整體破壞。第1,4兩項(xiàng)是結(jié)構(gòu)安全性的要求；第2項(xiàng)是結(jié)構(gòu)適用性的要求；第3項(xiàng)是結(jié)構(gòu)耐久性的要求。三者可概括為結(jié)構(gòu)可靠性要求。2.7.2結(jié)構(gòu)可靠性的科學(xué)定義定義：1、結(jié)構(gòu)可靠性：結(jié)構(gòu)在“規(guī)定時間”內(nèi)，在”規(guī)定條件”下，完成”預(yù)定功能”的能力。即它就是研究結(jié)構(gòu)在各種因素作用下的安全問題。內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性、可維修性、可耐存性及其組合。一般情況下，將安全性、適用性和耐久性三者總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。2、結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。（或者可以定義為：在某個壽命跨度上，結(jié)構(gòu)實(shí)際上將留存的概率）。它是用來定量地進(jìn)行分析計(jì)算，給出結(jié)構(gòu)可靠性的數(shù)量指標(biāo)。用來度量可靠性的指標(biāo)稱為可靠度。因?yàn)樵诟鞣N隨機(jī)因素影響下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力只能用概率來度量，所以從統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，才有了上述關(guān)于可靠性及可靠度比較科學(xué)的定義?？煽慷缺劝踩群x更為廣泛，但安全度是可靠度中最重要的內(nèi)容。所謂“規(guī)定時間”，是指分析結(jié)構(gòu)可靠度時考慮各項(xiàng)基本變量與時間關(guān)系所取用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期以及結(jié)構(gòu)使用期；所謂“規(guī)定條件”，是指設(shè)計(jì)時所確定的結(jié)構(gòu)的正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用的條件，即不考慮人為過失的影響；所說的“預(yù)定功能”，是以結(jié)構(gòu)是否達(dá)到“極限狀態(tài)”來標(biāo)志的。如果結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)的概率超過允許值，結(jié)構(gòu)就失效，即不可靠。結(jié)構(gòu)的失效概率越小，則其可靠度就越大。必須指出:結(jié)構(gòu)可靠度與使用年限長短有關(guān),本標(biāo)準(zhǔn)所指的結(jié)構(gòu)可靠度或結(jié)構(gòu)失效概率,是對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限而言的，當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計(jì)使用年限后，結(jié)構(gòu)失效概率可能較設(shè)計(jì)預(yù)期值增大。2.7.3設(shè)計(jì)使用年限表0.1設(shè)計(jì)使用年限分類類別

設(shè)計(jì)使用年限（年）

示例15臨時性結(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)

1、設(shè)計(jì)使用年限是設(shè)計(jì)規(guī)定的有關(guān)時期，在這一規(guī)定時期內(nèi)，只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用，完成預(yù)定的功能，即房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所達(dá)到的使用年限。

2、如達(dá)不到這個年限則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用與維護(hù)的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因。3、所謂“正常維護(hù)”包括必要的檢測、防護(hù)及維修。設(shè)計(jì)使用年限是房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程“合理使用年限”的具體化。

2.7.4設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期

1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能取值而選用的時間參數(shù)。如《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求聽設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在設(shè)汁基準(zhǔn)期內(nèi)，力求在經(jīng)濟(jì)合理的前提下滿足下列各項(xiàng)功能要求：1)能承受在施工和使用期內(nèi)可能出現(xiàn)的各種作用；2)在正常使用時具有良好的工作性能；3)具有足夠的耐久性；4)在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后,能保持必要的整體穩(wěn)定性。荷載是隨時間而變動的隨機(jī)過程，結(jié)構(gòu)材料性能亦是以時間為變量的隨機(jī)函數(shù)，所以結(jié)構(gòu)可靠度應(yīng)是時間的函數(shù)，即與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限長短有關(guān)。例如：若結(jié)構(gòu)的截面尺寸和材料強(qiáng)度均相同，則必然是使用期長的結(jié)構(gòu)可靠度小于使用期短者。反之，若欲使他們有相同的可靠度，則結(jié)構(gòu)所需的截面尺寸或所用的材料用量必然是使用期長者大于使用期短者。

注意：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，設(shè)計(jì)使用年限≠使用壽命。2.7.5影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素：R明顯與時間有關(guān)。不同的研究對象時間不同，如導(dǎo)彈、房屋建筑等等的時間各不相同，超出規(guī)定的這個時間，結(jié)構(gòu)的可靠性會降低到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以下，不易繼續(xù)使用，或者再談?wù)摻Y(jié)構(gòu)的可靠性問題就沒有意義了。R與規(guī)定條件有關(guān)。這種條件指結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境條件，諸如外力、溫度、振動、沖擊、周圍介質(zhì)等等情況。同一結(jié)構(gòu)在不同的外部環(huán)境條件下，其可靠性可能全然不同。R與功能有關(guān)。設(shè)計(jì)每一種結(jié)構(gòu)都賦予它一定的功能。這些結(jié)構(gòu)也可能會有多種功能，結(jié)構(gòu)可靠性所研究的，正是這些規(guī)定功能的實(shí)現(xiàn)情況。在結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算中，用概率將這種功能的實(shí)現(xiàn)情況定量的表示出來。這就暗含著規(guī)定功能可能實(shí)現(xiàn)，也有可能不實(shí)現(xiàn)，即容許有失效或者故障發(fā)生?？煽亢褪且粋€物體內(nèi)存著的兩個方面，在分析結(jié)構(gòu)可靠性時，必須對結(jié)構(gòu)的失效有充分的了解。2.8失效定義結(jié)構(gòu)喪失規(guī)定的功能稱為失效。對可修復(fù)結(jié)構(gòu)而言，這種失效稱為故障。失效分類：1、按失效的性質(zhì)可分為：突然失效和漸變失效。突然失效：描述結(jié)構(gòu)的一個或幾個任務(wù)參數(shù)發(fā)生突然變化得失效稱為突然失效，它是不能用事前的測試或監(jiān)控預(yù)測到的。（重慶虹橋垮塌事件）漸變失效：由于結(jié)構(gòu)的一個或幾個任務(wù)參數(shù)逐漸變化而引起的失效稱為漸變失效，它是可以用事前的測試或監(jiān)控預(yù)測到的。對于任何結(jié)構(gòu)，漸變失效是不可避免的，這是由于有規(guī)律的耗損和老化的結(jié)果，所以這種失效遲早會發(fā)生，故它的出現(xiàn)概率為1，因此漸變失效不作為隨機(jī)事件來處理。但是，這種失效到來的時間是隨機(jī)量，就這個意義上來說，漸變失效仍屬于概率的范疇。2、按失效發(fā)生的時間為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行劃分：早期失效、偶然失效和耗損失效。早期失效：也稱為試運(yùn)行期失效，主要是由于系統(tǒng)內(nèi)有這樣或那樣的隱蔽缺陷構(gòu)件，或裝配和安裝時的人為錯誤。偶然失效：在正常運(yùn)行期，由于構(gòu)件突然受到不容許的荷載，或者由于構(gòu)件本身某些參量的突然變化等偶然因素而發(fā)生的失效。耗損失效：任何結(jié)構(gòu)隨著時間的推移，易受到耗損和老化，逐漸引起的失效。也可以用結(jié)構(gòu)施工期和老化期可靠度來定義這個時間關(guān)系，即由此可以畫出著名的“浴盆”曲線。圖1結(jié)構(gòu)使用期和失效概率的關(guān)系2、按失效發(fā)生的時間為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行劃分：早期失效、偶然失效和耗損失效。3、按失效存在時間可分為:運(yùn)行紊亂失效、間歇失效和恒定失效。運(yùn)行紊亂失效：是能引起結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)功能喪失的一種失效。間歇失效：是結(jié)構(gòu)的某一特征多次發(fā)生運(yùn)行紊亂的失效，這種失效結(jié)構(gòu)不經(jīng)修復(fù)而在限定的時間內(nèi)，能自行恢復(fù)功能。恒定失效：是結(jié)構(gòu)運(yùn)行時始終存在的一種失效（故障），必須進(jìn)行外界干預(yù)修復(fù)方可恢復(fù)。4、按失效的完備性可分為:系統(tǒng)失效、完全失效和部分失效。

完全失效：是結(jié)構(gòu)性能超過某種確定界限，以致完全喪失了所規(guī)定的功能。部分失效：結(jié)構(gòu)沒有完全喪失所規(guī)定的功能，這時候結(jié)構(gòu)依然可用，但效率較低。系統(tǒng)失效：是一種多次重復(fù)的失效。5、按結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各構(gòu)件之間的聯(lián)系可分為：獨(dú)立失效和從屬失效。獨(dú)立失效：指在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，一個構(gòu)件的失效與系統(tǒng)中其它構(gòu)件的破壞或失效無關(guān)。從屬失效：指系統(tǒng)中某一構(gòu)件的失效取決于其它構(gòu)件的破壞或失效，或者說是由于另一構(gòu)件的失效引起的。

6、按形成失效的原因可分為：設(shè)計(jì)失效、生產(chǎn)（制造、安裝、修理）失效、使用（違反操作規(guī)程、使用條件）失效和人為錯誤失效。7、按與失效有關(guān)的后果可分:致命失效、嚴(yán)重失效和參數(shù)失效。

致命失效：指能夠?qū)е氯藛T生命和財(cái)產(chǎn)重大損失的失效。嚴(yán)重失效：指能導(dǎo)致復(fù)雜結(jié)構(gòu)完成規(guī)定功能能力降低的構(gòu)件或部件的失效。參數(shù)失效：指結(jié)構(gòu)的任何參數(shù)超出規(guī)定所許可的范圍。

2.9結(jié)構(gòu)可靠性(度)的分類

根據(jù)失效方式對可靠性進(jìn)行命名有:A、設(shè)計(jì)可靠性/度（固有可靠性/度）：指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性/度的基本計(jì)算公式，由分析計(jì)算預(yù)測出的結(jié)構(gòu)可靠性/度。它只是未來所實(shí)現(xiàn)可靠性/度的一種近似表達(dá)。B、制造可靠性/度：制造過程中采用實(shí)際的加工、安裝過程、基建結(jié)構(gòu)尺寸等所形成的可靠性/度。C、使用可靠性/度：在實(shí)際使用條件下所形成的可靠性/度。D、人的“可靠性/度”和“人-機(jī)系統(tǒng)可靠性/度”：是在人-機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)成功地執(zhí)行功能的概率。即在計(jì)算人-機(jī)系統(tǒng)可靠性/度時，不但要考慮結(jié)構(gòu)本身的可靠性/度，還必須考慮在準(zhǔn)備和使用階段，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的認(rèn)為錯誤。E、參數(shù)可靠性/度：指和諸如加速度、速度、角度、變形、應(yīng)力、應(yīng)變等這樣一些參數(shù)實(shí)現(xiàn)水平有關(guān)的可靠性。F、構(gòu)造可靠性/度：是指由始終組合在一起的構(gòu)件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性/度?；虼?lián)或并聯(lián)、混聯(lián)或其它復(fù)雜的聯(lián)接形式，彼此間可能獨(dú)立，可能相關(guān)。2.10結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法的演變工程結(jié)構(gòu)設(shè)汁方法．從可靠度來說基本上可以分為經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)汁法和概率設(shè)計(jì)方法兩類．經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值，一般用平均值或者規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮這些參數(shù)可能的變異對結(jié)構(gòu)安全性的影響，在強(qiáng)度計(jì)算中再取用安全系數(shù)K。概率設(shè)計(jì)法，則是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)作為隨機(jī)變量．用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)來廾析全部參數(shù)或部分參數(shù)，或者用可靠性理論，分析結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)滿足規(guī)定功能的概率。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法轉(zhuǎn)變?yōu)楦怕试O(shè)計(jì)法．在過度階段，人們對設(shè)計(jì)方法又分為水準(zhǔn)I