1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料資料

結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理主講教師：李鴻晶教授、博士孫廣俊副教授、博士南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院1轄訃刮勻睜巫禹衷僧土毫嗎報渴力靜歲哨桅剿蒙駛樟巋米譚邏潘涯喊澄最1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024目的和任務(wù)

認(rèn)識工程領(lǐng)域中普遍存在的不確定性因素及其對工程安全性的影響，掌握不確定性概念與基本的概率分析方法。了解工程設(shè)計規(guī)范中的可靠度理論基礎(chǔ)，掌握工程可靠度概念及其基本的結(jié)構(gòu)可靠度評估方法。熟悉不同結(jié)構(gòu)荷載的產(chǎn)生背景及其物理特征，掌握這些荷載的計算方法。2咆營訪獻(xiàn)謝翌吮葬聳竹江亭貢聞席峻碼土錄維檄簾香相倫冪努鈉茵選繞限1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024基本要求掌握結(jié)構(gòu)可靠度理論的基本概念和基本求解方法；掌握現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的理論背景和實(shí)用設(shè)計方法；了解荷載與抗力的概率模型與統(tǒng)計分析方法；掌握工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮的各種主要荷載的產(chǎn)生背景及計算方法。3陣倔琳鈣孫駁淘乖括緣算呂毫泌凌吶介忽錦滾京肘步司冉茄彌狀坤醛操主1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024前期課程要求高等數(shù)學(xué)、概率論；理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)；混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。4監(jiān)淫豢感癬沿烷蝴殺礙丁蚤悉眉話驗(yàn)丹磕凌盎暢頌團(tuán)螺屋留瓊尉為倒癢膏1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024課程內(nèi)容1.結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與結(jié)構(gòu)可靠度2.結(jié)構(gòu)可靠度分析3.結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計方法4.結(jié)構(gòu)荷載統(tǒng)計分析5.結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計分析6.重力計算7.側(cè)壓力力計算8.風(fēng)荷載計算9.其他作用計算10.典型結(jié)構(gòu)的荷載計算示例第一部分重點(diǎn)：結(jié)構(gòu)可靠度分析的概念和原理、荷載與結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計分析難點(diǎn)：理論性強(qiáng)且較抽象，較難理解與掌握

第二部分重點(diǎn)：各種重要荷載的概念、原理和計算方法難點(diǎn)：涉及的荷載形式多樣，容易產(chǎn)生混淆5閥裸眶鵬跺抱際逼豈呸貼肪戶壤辱鹵印晦砧后湊萬吾拙茬它恐址贏量懷黃1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024參考教材和相關(guān)規(guī)范6候肪杜螞寢虐婦咆郴厚餐暇播塢進(jìn)趨煥泅綿糞貨挎標(biāo)弊蕊哈勻誡丑邯冗邏1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024第1講結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與結(jié)構(gòu)可靠度

7槽芋謄城促瓢償還安廢速醉阻掩困臂齡飼影尹惋泳也摔恰成名咨趣遇形埃1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展工程結(jié)構(gòu)：工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)公路、鐵路（橋梁）結(jié)構(gòu)水利工程等結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟選擇合理的結(jié)構(gòu)方案和型式根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面它們在相當(dāng)長的使用期內(nèi)，需要安全地承受各種使用荷載，經(jīng)受氣象作用，以及波浪、地震等自然作用。它們的安全與否，不但影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且還關(guān)系到人身安危。特別是對一些重要的紀(jì)念性建筑物，作為一個劃時代的文化特征，將流傳后世，對安全、適用、美觀、耐久等方面，還有更高的要求。8迄團(tuán)倔抉降勿提辦措扒鬃堤投向基豆羊析戮輸煞垂府往報息侖冰瞎虱承橋1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的：設(shè)計滿足功能要求的結(jié)構(gòu),也就是把外界作用對結(jié)構(gòu)的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的抵抗力來加以比較，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的兩個方面如何考慮材料固有的性能，使結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析日趨完善；結(jié)構(gòu)設(shè)計中所用結(jié)構(gòu)設(shè)計理論由于采用了現(xiàn)代力學(xué)方法、計算機(jī)和完善的實(shí)驗(yàn)，所以更精確。如何合理地選擇影響結(jié)構(gòu)安全的參數(shù)，如荷載值、材料強(qiáng)度值以及安全系數(shù)等。若不考慮荷載、材料強(qiáng)度等參數(shù)的不確定性和它們對結(jié)構(gòu)安全的影響，那就會與日益精確的力學(xué)分析不相匹配。例如安全系數(shù)取大些，荷載值取大些，就多用材料造成不必要的浪費(fèi)；反之就會造成危險。9畢梆冤眷醇捂捏賀滅殉誕細(xì)蓄床視澀輸鎬釣謗威影薪厲唉史誓輥髓癌職底1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本問題：如何在結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇一種最佳的平衡，力求以最經(jīng)濟(jì)的途徑使所建造的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M足各種預(yù)定的功能要求。10瘦躊視輪絮爐觀裂萊頓優(yōu)祿鎂澳峪種芽謀港何權(quán)籬淵失叫碎籽嘶縫攪抹唆1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展：從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)歷了各種演變，可從以下兩個方面進(jìn)行歸納：

從結(jié)構(gòu)設(shè)計理論上

彈性理論極限狀態(tài)理論

從設(shè)計方法上

定值設(shè)計法概率設(shè)計法結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的理論和方法容許應(yīng)力法破損階段設(shè)計法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法11掙鑒蹈緘這阻軸九豎蹦共墻鵲著禍盅懇眩五炸鉻鴨鵬夾柳蘇苯涉肌薦呼盲1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展容許應(yīng)力法構(gòu)件截面的最大應(yīng)力達(dá)到或超過材料的容許應(yīng)力時，構(gòu)件即失效（破壞）。鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土應(yīng)力鋼筋應(yīng)力式中：分別為安全系數(shù)。12濤朗牙腮包妨炯五醞致溉茅熒惕坤芯離僻皿詩肩紐到浚鶴辦窄呀捉棋神獰1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展特點(diǎn)安全系數(shù)k是個大于1的數(shù)字，k越大，結(jié)構(gòu)的安全度就越高，同時材料的用量就越多；沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求；對于結(jié)構(gòu)一方面要考慮承載能力，另一方面也許考慮其正常使用時裂縫、變形；安全系數(shù)的確定主要憑借經(jīng)，缺乏嚴(yán)格科學(xué)依據(jù)。適用情況當(dāng)結(jié)構(gòu)是非桿件結(jié)構(gòu)（如大體積壩體、空間薄殼結(jié)構(gòu)等）時，因規(guī)范沒有給出明確的計算公式，則彈性力學(xué)方法仍是較實(shí)用的分析方法。13厄兆提耿像碧胰腫歪釀炳炕趾帛踐錳怪雍眷甲燼皚趁林君佐潔氈羅人醛筍1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展破損階段設(shè)計法構(gòu)件在外界作用下，某截面的內(nèi)力達(dá)到某極限內(nèi)力時，構(gòu)件即失效（破壞）。式中：為截面中內(nèi)力，為截面所能承受的極限彎矩，為安全系數(shù)受彎構(gòu)件14咀菇裴給盔膜準(zhǔn)焚研狹趙湊蠕箱否址化絳淡貶圍魄餓釩壟泉悸灶邏隧酉鴕1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展特點(diǎn)考慮了材料塑性和強(qiáng)度的充分發(fā)揮，極限荷載可以直接由試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)件的總安全度較為明確;安全系數(shù)的確定依賴經(jīng)驗(yàn)，且是一個定值;沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求,由于采用了極限平衡的理論，對荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及位移變化，無法做出適當(dāng)?shù)念A(yù)計。15趾物肉裸陋求走冷跑罕柜爭劊碧露蝦餞餾讀畦砌沙希諺蝴汗怪華巾卿繩狗1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024式中：為標(biāo)準(zhǔn)荷載或效應(yīng)，為相應(yīng)的超載系數(shù)，為鋼筋及混凝土的強(qiáng)度，為相應(yīng)的均質(zhì)系數(shù)，為工作條件系數(shù)，為截面幾何特性。結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法構(gòu)件的極限狀態(tài)，不僅包括承載力的極限狀態(tài)，而且包括撓度（變形）及裂縫寬度的極限狀態(tài)，這已經(jīng)包含了安全性和適用性的一些概念對于承載能力極限狀態(tài)，針對荷載、材料的不同變異性，不再采用單一系數(shù)，即多系數(shù)法。承載能力極限多系數(shù)狀態(tài)表達(dá)式：16冀霹貉瞥蠶壤告兜奔趕鐘辮瘟帕勿湊勢油憫苗卡鋒怔淤拭寺鄉(xiāng)昏魂扶值煉1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展材料強(qiáng)度，根據(jù)統(tǒng)計后按照一定的保證率，取其下限分位值；荷載值也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計資料，按照一定的保證率，取其下限分位值；材料強(qiáng)度系數(shù)、荷載系數(shù)仍按經(jīng)驗(yàn)確定，對不同的荷載變異大小，取用不同的系數(shù)。特點(diǎn)安全系數(shù)的選取已經(jīng)從純經(jīng)驗(yàn)性到了部分采用概率統(tǒng)計值；設(shè)計方法的本質(zhì)依然是一種半經(jīng)驗(yàn)半概率的方法。17咖薯厭彤纖丑炯徐滿四剁析喘封特偽甥倔戶嘻捎屏勢例幟攏紐曹艱算盲鏈1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計法水準(zhǔn)Ⅰ——半概率設(shè)計法，只對影響結(jié)構(gòu)可靠度的某些參數(shù)，用數(shù)理統(tǒng)計進(jìn)行分析，并與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，然后引入某些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，該法對結(jié)構(gòu)的可靠度還不能作出定量的估計。水準(zhǔn)Ⅱ——近似概率設(shè)計法，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計，對工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計的可靠概率作出較為近似的相對估計；分析中忽略或簡化了變量隨時間的關(guān)系，非線性極限狀態(tài)方程線性化。水準(zhǔn)Ⅲ——全概率設(shè)計法，在對整個體系進(jìn)行精確概率分析的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)失效概率作為結(jié)構(gòu)的直接度量。18索古爭吶蜂蛙啡轟檀屠電芍藻埔郡淪疵叔叮玻姚秧既賣命綴吉纏穢么峻隘1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不確定性因素不確定性隨機(jī)性：由于事件發(fā)生的條件不充分，使得在條件與事件之間不能出現(xiàn)必然的因果關(guān)系，從而導(dǎo)致在事件的出現(xiàn)上表現(xiàn)出的不確定性，如“拋硬幣”等?！祟愓J(rèn)識到的第一種不確定性。

解決手段：概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機(jī)過程理論。模糊性：由于概念邊界劃分標(biāo)準(zhǔn)的模糊不清而產(chǎn)生的不確定性稱為模糊性，例如，“高與矮”，“冷與熱”等。解決手段：模糊集合理論、模糊隨機(jī)過程理論。知識的不完善性：由于人類認(rèn)識上的局限性而造成的，所以又叫主觀認(rèn)識的未確定性，如“人體有多少根頭發(fā)”等。解決手段：灰色系統(tǒng)理論。在結(jié)構(gòu)可靠性理論中以隨機(jī)性為研究重點(diǎn)19函彭我柒躲摟灶何橫逼輩弧誨巒硼黍編瓢榆迭蘭蒂取八痢蔗眾揣乙膜博毒1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不確定性因素隨機(jī)性特點(diǎn)事件可以在基本相同的條件下重復(fù)進(jìn)行。在基本相同條件下某事件可能以多種方式表現(xiàn)出來，事先不能確定它以何種特定方式發(fā)生。事先可以預(yù)見該事件以各種方式出現(xiàn)的所有可能性，預(yù)見它以某種特定方式出現(xiàn)的概率。

20壁胺酣禽匹卒冊考獺庇喳隕葡濟(jì)穿躍淀脾祖妨蘭釣攘氨刀澗壁括特書隙奶1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不確定性因素結(jié)構(gòu)工程中的隨機(jī)性物理、幾何不確定性：如材料、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等相關(guān)因素。統(tǒng)計的不確定性：在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時，總是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù)，因此帶來一定經(jīng)驗(yàn)技術(shù)性，這種不確定性稱為統(tǒng)計的不確定性，是缺乏理論因素而成。模型的不確定性：為了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，所提假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前結(jié)構(gòu)技術(shù)水平難以在計算中反映的種種因素，是很多不具備施工者完成因素，所導(dǎo)致理論值實(shí)際承截力的差異，都?xì)w結(jié)為模型的不確定性。21滇確疵鑒銹第瑤械矛鉻物閡客計辭票相硒烷查云毫渺恒嗡晦佰司括艷讒釁1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不確定性因素總結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和使用過程中存在大量的隨機(jī)不確定性因素；荷載及結(jié)構(gòu)的抗力不是確定性的量，它們是隨機(jī)變量，因此絕對可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計是不存在的！由于結(jié)構(gòu)的荷載和抗力存在隨機(jī)不確定性，所以必須采用結(jié)構(gòu)可靠度理論研究結(jié)構(gòu)的可靠性問題。22碟詢貴勉彩茁泅辟綱冗傣動咨霓鄖烴豈贛知敏重侵刪托備撂話歡廂墮絹線1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)可靠度的概念結(jié)構(gòu)的功能要求能承受在施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用；保持良好的使用性能；具有足夠的耐久性能；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，在規(guī)定的時間內(nèi)可保持足夠的承載力；當(dāng)發(fā)生爆炸、撞擊、人為錯誤等偶然事件時，結(jié)構(gòu)能保持必需的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞后果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。（1）、（4）、（5）為結(jié)構(gòu)的安全性；（2）為結(jié)構(gòu)的適用性；（3）為結(jié)構(gòu)的耐久性統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性23威繡萄色村艘假泥汀揉指飼訖位珍沫緒艷寧幸染菊媽員肺泵斧送慌朵瘟鍍1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)可靠度的概念安全性如（M≤Mu）結(jié)構(gòu)在預(yù)定使用期間內(nèi)（一般為50年），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）等的作用。所需要考慮的問題有：正常情況下荷載的隨機(jī)性正常情況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強(qiáng)度的隨機(jī)性結(jié)構(gòu)計算分析的誤差：結(jié)構(gòu)模型、承載力模型24剛推務(wù)跺俯策原偵持刺石葬姑粳雪魏碟錦斃攬季冬玻瓢撩剎逛挺嗓杜盲熒1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)可靠度的概念適用性如（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)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。25繭您膝巫甸德詛紗銑送倫吧辜湖餞鴉昆泄嫩科釬蓖悄拆歷墻救舒惟滔祥公1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料1-結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理資料4/21/2024結(jié)構(gòu)可靠度的概念耐久性如（wmax≤[wmax]）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。在各種環(huán)境作用因素的影響下（如溫度、濕度及各種有害物質(zhì)），結(jié)構(gòu)材料的性能不應(yīng)在預(yù)定使用期限內(nèi)產(chǎn)生明顯的劣化或腐蝕，以致影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力和剛度明顯降低，從而影響結(jié)構(gòu)適用性和安全性。除環(huán)境作用因素外，結(jié)構(gòu)長期承受疲勞荷載也會導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低，也會影響結(jié)構(gòu)的適用性和安全性。結(jié)構(gòu)的耐久性是以滿足正常使用要求的時間，即使用壽