結(jié)構(gòu)可靠度分析課件

第八章結(jié)構(gòu)可靠度分析內(nèi)容提要第一節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度基本概念

一、結(jié)構(gòu)的功能要求二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程三、結(jié)構(gòu)的可靠度四、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)

第二節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度分析的實用方法

一、中心點法二、驗算點法

第三節(jié)結(jié)構(gòu)體系的可靠度

一、基本概念二、結(jié)構(gòu)體系可靠度的上下界第八章結(jié)構(gòu)可靠度分析內(nèi)容提要1第一節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度基本概念

一、結(jié)構(gòu)的功能要求

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：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2、在正常使用時具有良好的工作性能3、在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性4、在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必要的整體穩(wěn)定性1項、4項

結(jié)構(gòu)安全性的要求

2項

結(jié)構(gòu)適用性的要求

3項

結(jié)構(gòu)耐久性的要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間（設(shè)計使用年限）內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用），完成預(yù)定功能的能力~結(jié)構(gòu)的可靠性，包括結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性(聯(lián)接)第一節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度基本概念一、結(jié)構(gòu)的功能要求2設(shè)計使用年限(designworkinglife)-設(shè)計規(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)期目的使用的時期-即房屋結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計、正常施工、正常使用和正常維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限，如達(dá)不到這個年限則意味著在設(shè)計、施工、使用與維修的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因類別設(shè)計使用年限（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)(返回)

GB50068—2001規(guī)定：結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限分類設(shè)計使用年限(designworkinglife)類3設(shè)計基準(zhǔn)期(designreferenceperiod)--為確定可變作用及時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)規(guī)范所采用的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年設(shè)計基準(zhǔn)期不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限足夠的耐久性--指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預(yù)定時期內(nèi)，其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率。從工程概念上講，足夠的耐久性就是指在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計使用年限。整體穩(wěn)定性--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(返回)設(shè)計基準(zhǔn)期(designreferenceperio4二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程

“極限狀態(tài)(limitstate)”定義

整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)(達(dá)到極限承載力；失穩(wěn)；變形、裂縫寬度超過某一規(guī)定限制等)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)失效的臨界狀態(tài)“極限狀態(tài)”分類承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)二、極限狀態(tài)、極限狀態(tài)方程5承載能力極限狀態(tài)--結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形承載能力極限狀態(tài)標(biāo)志（1）整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動機構(gòu)（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定性(5)地基喪失承載力而破壞保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性承載能力極限狀態(tài)6正常使用極限狀態(tài)-結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項規(guī)定限值正常使用極限狀態(tài)標(biāo)志（1）影響正常使用或外觀的變形（2）影響正常使用或耐久性的局部破壞(包括裂縫)（3）影響正常使用的振動（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)（例：滲漏、腐蝕、凍害等)保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性、耐久性正常使用極限狀態(tài)7結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計狀態(tài)（根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響）1、持久狀況—在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(一般與設(shè)計使用年限為同一數(shù)量級)的狀況。2、短暫狀況—在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況。如施工和維修等。3、偶然狀況—在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等。建筑結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計狀況應(yīng)分別進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計1、對三種狀況，均應(yīng)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計2、對持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計3、對短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計狀態(tài)（根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影8極限狀態(tài)方程基本變量:作用效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)抗力R--隨機變量結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=g(R,S)=R-S

極限狀態(tài)方程

Z=g(R,S)=R-S=

0

SRZ=R-S=

0Z>0可靠區(qū)Z<0失效區(qū)0極限狀態(tài)方程SRZ=R-S=0Z>0Z<009三、結(jié)構(gòu)的可靠度定義--結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量結(jié)構(gòu)可靠度是以正常設(shè)計、正常施工、正常使用為條件的，不考慮人為過失的影響。人為過失應(yīng)通過其他措施予以避免。結(jié)構(gòu)可靠度的度量結(jié)構(gòu)可靠度滿足：Z>0具有相當(dāng)大的概率或Z<0具有相當(dāng)小的概率

結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率P

s=P(Z0)

--可靠概率結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率Pf=P(Z<0)

--失效概率P

s+Pf=1→Pf=1-P

s

采用失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)的可靠度三、結(jié)構(gòu)的可靠度10四、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)若R~N(R,R)，S~N(S,S)，且R、S相互獨立

Z=R-S~N(z,z)，z=R-S

，2z=2R+2S四、結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)Z=R-S~N(z,z)，11結(jié)構(gòu)可靠度分析ppt課件12可用結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性↓P

s+Pf=1

=

z/z

Pf

P

s

↑Pf=1-()結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)可用結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)可靠指13第二節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度分析的實用方法

中心點法~只適用于基本變量為正態(tài)分布、功能函數(shù)為線性的情況一、中心點法

根據(jù)概率論中心極限定理，當(dāng)n，Z近似服從正態(tài)分布

=

z/z

Pf=1-()驗算點法（JCSS建議）~能夠考慮非正態(tài)基本變量、非線性極限狀態(tài)方程

第二節(jié)結(jié)構(gòu)可靠度分析的實用方法中心點法一、中心點法14

=

z/z

Pf=1-()將Z在各變量的均值點處展開成泰勒級數(shù)，并取線性項=z/z15二、驗算點法（以兩個正態(tài)基本變量R、S情況為例）多個正態(tài)基本變量情況——自學(xué)多個非正態(tài)基本變量情況——自學(xué)將一般正態(tài)分布N（,

）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1）

坐標(biāo)變換極限狀態(tài)方程：

二、驗算點法極限狀態(tài)方程：16極限狀態(tài)方程：

極限狀態(tài)方程：17驗算點

驗算點18第三節(jié)結(jié)構(gòu)體系的可靠度

結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括連接）的可靠度結(jié)構(gòu)體系可靠度?一、基本概念1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效性質(zhì)（根據(jù)其材料和受力性質(zhì)不同）脆性構(gòu)件--一旦失效立即完全喪失功能的構(gòu)件延性構(gòu)件--失效后仍能維持原有功能的構(gòu)件

構(gòu)件失效性質(zhì)的不同，對結(jié)構(gòu)體系可靠度的影響不同2、結(jié)構(gòu)體系的失效模型組成結(jié)構(gòu)的方式（靜定、超靜定）構(gòu)件失效性質(zhì)（脆性、延性）串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、串-并聯(lián)模型第三節(jié)結(jié)構(gòu)體系的可靠度結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括連接）的可靠度19（1）串聯(lián)模型

若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效，則整個結(jié)構(gòu)也失效，這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)~串聯(lián)模型所有靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~串聯(lián)模型由脆性構(gòu)件做成的超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~串聯(lián)模型PPPSS桁架桿件（1）串聯(lián)模型所有靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~串聯(lián)模型20~若構(gòu)件中有一個或一個以上的構(gòu)件失效，剩余的構(gòu)件或失效的延性構(gòu)件，仍能維持整體結(jié)構(gòu)的功能排架柱所有超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析~并聯(lián)模型（2）并聯(lián)模型~若構(gòu)件中有一個或一個以上的構(gòu)件失效，剩余的構(gòu)件或失效的21(3)串—并聯(lián)模型在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的最終失效狀態(tài)不限于一種，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)~串-并聯(lián)模型鋼構(gòu)架截面塑性鉸元件15234111555244433212451345234(3)串—并聯(lián)模型在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的最終22

由脆性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)并聯(lián)子系統(tǒng)可簡化為一個單元?

串聯(lián)模型

（當(dāng)一個元件發(fā)生破壞，就可近似認(rèn)為整個結(jié)構(gòu)破壞）二、結(jié)構(gòu)體系可靠度的上下界同一結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件的失效有一定相關(guān)性

各失效形態(tài)間存在相關(guān)性

結(jié)構(gòu)體系可靠度的上、下界各構(gòu)件的工作狀態(tài)Xi、失效狀態(tài)Xi、各構(gòu)件失效概率Pfi

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效概率Pf由脆性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)并聯(lián)子系統(tǒng)可簡化為一個單元231、串聯(lián)系統(tǒng)▲元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立▲元件（n個）工作狀態(tài)完全相關(guān)▲一般串聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf對于靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系的可靠度總≤構(gòu)件的可靠度1、串聯(lián)系統(tǒng)▲元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立▲元件（n個）工作242、并聯(lián)系統(tǒng)元件（n個）工作狀態(tài)完全獨立元件（n個）工作狀