浅谈可靠度理论
浅谈可靠度理论 工程结构的安全性历来是工程设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。 结构可靠度理论的形成始于人们对结构工程中各种不确定性的认识，人们开始较为集中的讨论结构安全度问题，将概率分析和概率设计的思想引入实际工程。如果一种理论分析的结果能指导工程实践，或者说能为工程带来巨大的经济或社会效应，那么这种理论就具有强大的生命力。可靠性科学作为一门与应用紧密相连的基础学科，其生存的立足点就在于推广其应用于工程实际。 1.结构可靠度概述 1.1结构可靠度相关概念 结构所要满足的功能要求是指结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求： 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用 2、在正常使用时具有良好的工作性能 3、在正常维护下具有足够的耐久性 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性 在以上四项功能要求中，第1、4两项通常指结构的强度、稳定，即所谓的安全性；第2项是指结构的适用性；第3项是指结构的耐久性，三者总称为结构的可靠性，即结构可靠性，是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。 在工程上，一般所说的可靠度，指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时，可能出现的各种作用；在正常使用时，具有良好的作用性能；在正常维修和保护下，具有足够的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞击等）发生实际发生后，仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素；荷载及结构
土木工程结构可靠度理论与设计 发表时间：2018-11-06T16:15:05.490Z 来源：《防护工程》2018年第18期作者：寇晖[导读] 可靠度又包括安全性、适用性、耐久性三个方面的问题，其是指在一定条件下，完成的土木工程结构功能达到预期的概率。其计算要综合各方面地质环境和其他因素共同分析。寇晖身份证号：429001198xxxx44992 摘要：在土木工程的结构设计中，首要考虑的便是可靠度的问题，可靠度又包括安全性、适用性、耐久性三个方面的问题，其是指在一定条件下，完成的土木工程结构功能达到预期的概率。其计算要综合各方面地质环境和其他因素共同分析。关键词：土木工程结构，可靠度由于土木工程施工环境复杂多样，故而影响其结构可靠性的因素也是千变万化，再加上受可能发生的地质变化、气候变化或是自然灾害的随机影响，对土木工程结构预期功能的工作效率不能直接盖棺定论，只能以概率来表示其可能拥有的工作效率，自然而然的就出现了了土木工程的可靠性问题。 一、土木工程结构可靠度概述土木工程结构可靠度，是指在规定的条件下，规定的时间内，工程结构能够达到的安全性、适用性以及耐用性。其中安全性是指在施工过程中在各种施工环境下正常施工能给予施工人员的安全保障以及土木工程自身的抗灾害能力以及对高强度气候变化的耐受性两个方面，适用性则是指土木工程结构在完成后能达到预期功能，而耐久性是指在正常的后勤保障下能够正常使用的时间。简单来讲，土木工程结构可靠度就是指在特定是时间与空间条件下，该土木工程结构完成后能够达到预期功能的概率。也就是说，可靠度问题就是一个概率问题，其主要表达的是对投入的预期收入的概率性评价。土木工程可靠度的计算需要综合原材料质量与数理、预期荷载、相关参数、函数的数理准确性等因素来共同考虑，在土木工程学界将这些因工程变化而变化的具有随机性的因素称为基本变量，并且在长期的实践与改进中，对每一个基本变量学界经过大量的统计计算得出了一个恒定定的数理函数。 二、土木工程结构可靠度的影响因素土木工程因需求而产生，其结构设计要充分考虑到雇主的需要，而后结合现场的实际情况，充分考虑到现场的地质状况与当地的气候环境等各项影响因素，才能设计出符合雇主需要且具有相当可靠性的土木工程结构。（一）土木工程结构的随机性在实际工作中，土木工程结构设计以及施工除了受地理气候环境的影响外，还受到原材料以及包括道路、机电工程等基础设施的限制。材料强度是考察结构材料可靠性的一种重要性能指标，指当材料受力时，材料每单位面积抵挡破坏的能力。可靠性要求材料具备安全稳定的性能。例如，混凝土是经过水泥、石料和水混合搅拌硬化而成的人造石材。水泥的质量和强度等级和使用的水量与使用水泥的配比是影响混凝土强度的重要因素。此外，对混凝土的养护条件和施工条件也会影响混凝土的强度性能。每一次土木工程施工，哪怕在同一地点同一时期进行的工程建设，由于施工原材料和基础设施的安装等不确定因素，同样的操作也可能出现不同的结果。例如原材料中的石料、砖瓦，不必说不同产地不同生产商的石料和砖瓦，即使是同一产地同一生产商生产的石料和砖瓦其检测出来的数据参数都有细微的差距。而其他的诸如钢材、水泥等原材料也是如此，这也就是原材料的随机性。（二）土木工程结构的模糊性模糊性，现实生活中很少有事物是完全确定的，任何事物都必定有其或大或小的模糊的地方，可能是某个概率、也可能是包含的某些因素，或者是与另一类似物品的界别中的某些因素，这些都是模糊可能存在的地方。在土木工程结构设计中，包含着大量的相对确定的客观因素和不少的相对模糊的客观因素或主观因素。例如土木工程施工过程中，设备使用是否安全，人员操作是否完全符合安全保障需要，材料是否适用于该部分建设，这些都是存在一定模糊性的，也正是这些模糊的因素，使得整个土木工程结构也具有相当的模糊性，影响着土木工程结构的可靠度。（三）土木工程结构的不完整性一项事物的功能不是该事物已经发生变完全产生的，就土木工程本身而言，其功能是随着结构的不断完善而出现的。这也就使得工作人员对其功能的评估由于结构的不完整而难以准确进行。而这种不完整性，也是影响着土木工程结构可靠性的一大重点。在实际工程施工中，这种不完整性使得工作人员难以做出准确的功能评价，在面对突发事件时很难采取最正确的应对方案。同时，由于自身的不完整，土木工程本身的功能也可能出现部分缺失，在面对诸如暴雨、强风甚至是地震等外来的具有破坏力的因素干扰时可能抵抗效果无法达到预期设计，从而影响最终建成时的工程质量，从而影响土木工程结构的功能。 三、提高土木工程结构可靠性的建议土木工程结构可靠度的存在，说明这其还无法达到完美或者接近完美的程度。那么在工程设计与施工中一定存在一些控制与改善的措施，从而提高可靠度或者使可靠度变得精准便于计算得失从而做出决策规避损失。（一）进行技术革新近几年，我国的建筑业仍处在高速发展的黄金时期，虽然其未然如何难以确定，但就现阶段而言，随着各项建设的不但进行，我仍有非常多的土木工程在进行或者计划进行。但高速发展也不是没有代价的，高速发展也就意味着很多基础建设或者基础技术有可能跟不上其发展的步伐。至少我国建筑业目前是如此。当前我国建筑行业采用的施工技术和施工手段以及原材料都有很多没有达到国际一流水准的地方，这也是当前我国急需改进的地方。也因此，此时的技术革新将带来更大的进步同时也能为建筑业的稳定发展提供更坚实的基础。（二）规范设计标准当前我国土木工程建设虽然发展迅速，但目前我国却没有一套完整的经得起考验的土木工程结构设计标准。因此，为了能够更好的规范我国的土木工程结构设计，也为了使得我国土木工程建设行业更加系统规范便于管理。我国可以适当借鉴国外的优秀标准制度，制定我国的设计标准，并在此基础上加强我国土木工程设计行业的管理，从设计管理层面进一步提高土木工程结构设计的可靠性。结束语
结构可靠度基本理论 摘要：目前，在结构工程领域，人们越来越认识到，只有用概率和统计的方法，才能正确地处理结构设计和分析中存在的大量不确定因素，从而对结构的安全性做出科学的评估。近三十年来，结构可靠性理论得到了迅速的发展。它以概率论和统计学为数学工具，形成了一个相当完整的理论体系，它还发展了许多便于在工程实际中应用的计算方法，为结构安全性评估提供了强有力的手段。 关键词：疲劳失效、可靠度、可靠性指标 长期以来，在船舶与海洋工程领域，对结构的疲劳现象已进行了大量的研究，并在此基础上建立了可供实际应用的疲劳设计与分析方法。通常，结构的疲劳损伤和疲劳寿命采用Miner 线性累计损伤理论和S—N 曲线来计算。近年来，更为先进的断裂力学方法也越来越受到重视，并逐步得到了应用。目前，这两种方法已成为船舶与海洋工程结构疲劳设计与分析的两种相互补充的基本方法。但是，这两种方法以往都是在确定性的意义上使用的，在分析过程中，有关的参数都认为有确定的数值。而事实上，船舶与海洋工程结构的疲劳是一个受到大量因素影响的极其复杂的现象，大多数的影响因素从本质上说是随机的。例如，海洋中的波浪无规则地运动，由此引起结构内的交变应力就是一个随机过程。一艘船或海洋平台，用确定性方法进行疲劳分析时，若有关参数都取均值，那么计算所得的疲劳寿命可能是规定的设计寿命的数倍甚至数十倍。从表面上看，可以认为是充分安全 的。但是，若考虑到各参赛的不确定性，在同样的条件下，疲劳寿命大于 设计寿命的概率却可能很低，实际上并不能满足安全性的要求。
在结构可靠性理论中，各种影响结构安全的不确定因素都用随机变量或随机过程来描述；在充分考虑这些不确定因素的基础上，一个结构安全与否，用该结构在规定服务期内不发生破坏的概率来度量，这一概率称为结构的可靠度。很显然，对于受到大量不确定因素影响的船舶与海洋工程结构的疲劳问题，用结构可靠度理论来加以研究是非常适当的，可以对结构在疲劳方面的安全性做出比用确定性方法更加合理的评估。下面我将从以下几个方面来介绍我学到的结构可靠度基本理论： 极限状态 在工程实际中，结构受载后的响应必须满足一定的要求，例如安全性的要求、适应性的要求，或其他一些衡准。结构的极限状态定义为若超过此状态，结构就不能满足某一特定的要求。结构的极限状态主要有两类：一类是承载能力极限状态，它与结构的安全性要求有关，如屈服、失稳、疲劳、断裂等引起的结构破坏的状态；另一类是正常使用极限状态，它与结构的适应性要求有关，如过度的变形、过度的振动等导致结构不能正常使用的状态。结构超过极限状态称为“失效”，因此极限状态又称为“失效模式” 失效概率和可靠度 结构可靠性分析的任务就是要计算在规定时间内结构超过极限状态的概率，这一概率成为“失效概率”。可把在规定时间内结构不达到极限状态的概率定义为结构的“可靠度”。若用
建筑物改造可靠度分析及结构可靠度理论 的应用现状及发展趋势 刘宏伟，吴胜兴, 唐业清,韩宁旭 （东北大学资源与土木学院李盼 1101625） 摘要：已有建筑结构的可靠性鉴定及加固技术是综合性较强的研究领域，涉及多学科与较宽知识面，研究难度较大。但开展本课题研究具有广泛的市场应 用前景和产业化转化途径。同时简要叙述了结构可靠度设计理论的发展历史和结构设计方法的演变过程。对目前可靠度研究中的抗力随时间变化的结构可靠度；腐蚀环境下结构的可靠度：已有结构的可靠度评估和最佳维修决策：结构动力可靠度方面等方面的研究现状加以评述。提出了结构可靠度理论研究的发展趋势。 关键词:已有建筑;可靠性鉴定;加固;模糊评判法;层次分析法_；结构工程；可靠度；应用现状；发展趋势 对已有建筑结构的维修加固改造业是二十一世纪最受欢迎的九大行业之一，受维修改造需求的驱动和现代化技术的发展，已有建筑结构的可靠性鉴定与加固改造技术作为一门新的学科正在逐渐形成并迅速发展。本文在研究近十年来结构可靠性鉴定与加固技术发展的基础上，结合多项工程鉴定加固工作实际，对已有建筑结构的可靠性鉴定和加固技术进行了系统的分析和理论探讨。研究主要内容有: 1、概括论述了国内外加固改造业的发展;简要介绍了结构可靠度理论发展和研究现状;介绍了己有建筑结构可靠性鉴定和维修加固方法的发展;有针对性提出了现行建筑物鉴定、加固工作发展方向。 2、简明扼要地介绍了结构可靠性理论基本知识及用一次二阶矩分析计算结构构件可靠度计算方法;对已有建筑与拟建建筑的可靠性的不同之处进行了对比;分析了已有结构的荷载、抗力问题;建立了已有建筑结构失效概率与可靠度指标间对应关系，简要给出了己有结构可靠性判定的基本计算原则和方法。【1】 3、论述了已有建筑可靠性鉴定与拟建建筑设计区别，可靠性鉴定中结构力学分析和构件校核原则;系统介绍了现行国家可靠性鉴定标准中评定体系和评定方法【2】;对现行鉴定体系的基本原则和适用性进行了分析，并结合工程鉴定实例说明结构安全性鉴定程序及具体方法。 4、研究了模糊综合评判法及层次分析法基本理论;将模糊评估方法引入结构可靠性分析领域，并建立了结构可靠性评价的多级评价模型i 【3,4】。通过用层次分析法确定各层构件在结构体系中的权重，建立了以结构构件权重系数评价结构安全性等级的评判模型。 5、综合分析已有建筑结构加固设计的基本原则;以棍凝土结构加固为例，对加固结构中的新旧材料共同工作问题进行了研究;对加大截面加固法、外包型钢加固法、粘贴纤维复合材料加固法、粘贴钢板加固法的加固机理、计算方法进行了介绍【5】。并结合加固工程实例，对粘贴纤维复合材料及粘贴钢板加固法的设计方法进行了分析。
工程管理 95 企业家天地 0结构可靠度理论在桥梁工程中的应用 杨 敏 李玉荣 摘 要:随着可靠度理论的发展与成熟,结构可靠度理论在桥梁工程中的应用也得到了长足的发展,在各个方面都有所突破。本文介绍了可靠度理论在桥梁工程中的应用,特别介绍了大跨度桥梁风振可靠度研究进展。 关键词:结构可靠度;桥梁工程;应用进展中图分类号:T B114.2 文献标识码:A 文章编号:CN 43-1027/F(2011)04-095-02 作 者:重庆市实力公路开发有限公司;重庆,401147 一、结构可靠度计算方法 结构可靠度的计算方法是可靠度理论中的一个重要研究内容,它直接关系到结构可靠度理论在工程中的应用。计算结构的可靠度,首先要获得结构的功能函数,但是,在实际问题中,结构的功能函数可能是非线性函数,且大多数基本变量不服从正态分布,在这种情况下,结构的功能函数一般也不服从正态分布,因而不能通过概率直接积分计算结构的可靠度。这时需要进行结构可靠度的近似计算。近似概率法是计算可靠度的常用方法,它通常仅用各基本变量的平均值(一阶原点矩)和方差(二阶中心矩)来描述其统计特征,而且,当功能函数为非线性时,也都按线性化处理,故亦将其称为一次二阶矩法。该法可将一个复杂的多重积分问题转化为一个简单的数值计算问题,计算效率高。当然,这些计算方法都是针对功能函数具有明确表达式的情况。而实际工程中,由于结构本身构造复杂,往往不能给出功能函数的明确表达式,若直接应用上述方法就会遇到困难。所以必须选取别的计算方法处理,如响应面法或随机有限元法。同时,在计算机高速发展的今天,也使蒙特卡罗法得以在可靠度分析中发挥作用。 二、结构可靠度理论在桥梁工程中的应用进展 现代桥梁向长、轻、柔方向发展,桥梁结构的可靠度分析就变得越来越重要。在经济与技术许可的情况下,对桥梁进行可靠度研究,可以使设计方案更加合理经济,桥梁的技术改造决策更加科学,从而提高桥梁的承载能力,延长其使用寿命及改善其安全性能。因此,对桥梁结构进行可靠度研究具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。 公路工程结构可靠度设计统一标准 规定,桥梁结构必须满足下列功能要求: 缩钢筋网以外,还在连续段内布设预应力钢束。简支连续梁正弯矩区段及墩顶负弯矩区段按部分预应力混凝土A 类构件设计,各施工阶段和使用阶段的应力应满足规范要求,并应满足承载能力极限状态强度要求。采用桥梁博士程序计算配筋,钢束布置为:边跨边梁、中梁跨中分别布置33,30根?j15.24钢绞线;中跨边梁、中梁跨中分别采用27,24根?j15.24钢绞线;现浇段负弯矩钢束:边梁均布25根?j15.24钢绞线;中梁均布21根?j15.24钢绞线。负弯矩预应力钢索由支点分别往前后延伸10m 和14m 。 四、变形计算与验算 (一)变形计算 预应力混凝土连续T 梁的变形包括短期荷载和长期荷载作用下的挠度,其中,短期荷载作用下的挠度可采用规范规定的构件刚度用材料力学的方法计算;长期荷载作用下的挠度,可按该荷载下的初始弹性挠度乘以[1+ (t, )]求得, (t, )为徐变系数。在张拉过程随时注意上拱度的变化,张拉时弹性上拱值与计算误差按 0.5cm 控制(表1),张拉后对锚具及时作临时防护处理。 注:表中括号外值对应于钢柬张拉完成时,括号内值对应于存梁一个月时。 (二)变形验算及预拱度设置 T 梁的预制要提早进行,为了防止预制梁上拱过大、减轻桥梁建成后呈波浪形对车辆行驶的影响,要求存梁期按30d 控制;为防止预制梁与现浇桥面混凝土由于龄期的不同而产生过大的收缩差,预制梁与现浇桥面混凝土时间差控制在60d 之内。存梁期密切注意梁的累计上拱值,若超过规定值,应采取控制措施。根据计算,边板、中板在恒载与汽车荷载作用下的挠度fg +y ,+f 汽>L/1600,均需设置预拱度。同时为保证现浇桥面板和沥青铺装层厚度,各预制T 梁的跨中设置在跨长范围内按二次抛物线变化的下预拱度(表2),预制梁纵向顶面线型与底面线型一致,以保证后期桥面混凝土现浇层的厚度。 参考文献: [1]JT J023 85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[s]. [2]JT J021 89,公路桥涵设计通用规范[s ]. (责任编辑:谢嵩)
《结构可靠度理论与应用》试题 中心点法 1.如图所示圆截面直杆，承受拉力P=120KN，已知材料的强度设计值f y的均值卩fy=310MPa , 标准差（T fy=25MPa，杆直径d的均值d=30mm，标准差（T d=3mm，在功能函数为：1） Z=（d/4）r -F;2）Z訂-4F/二d2，在这两种情况下，试用中心点法求其可靠度指标和可靠度。 （5分） 2. 粒状土承受剪切应力T =52KPa，其剪切面法向应力w服从正态分布，均值为lOOKPa , 标准差为20KPa，土的磨擦角u服从正态分布，均值为35o，标准差为5o（=0.0873弧度）。w和u相互独立，极限状态方程为：Z=wtan u - T =0，用中心点法计算3值和失效概率P f。 （5分） 1 提示：（ta nx） =seCx = cos x 验算点法 3. 某钢梁承受确定性弯矩M =138kN.m , 抗弯截面模量 W _N（七=890 10“m3,=0.05），服从正态分布；钢材强度f服从对数正态分布（片=262MPa,勺=0.1）,极限状态方程为Z = fW - M =0。试用中心点法和验算点法 求可靠指标1及梁的失效概率P f，并比较其计算结果。（10分） 4?已知某钢筋混凝土受压短柱的极限状态方程为Z=g（R,G,Q） = R-G-Q=0, 抗力R服从对数正态分布:.R=0.17 ；恒载G-N（J =53kN,J =3.71kN）,服从正态分 布；活载Q服从极值I型分布，=70kN,二Q二20.31kN .试用JC法求当目标可靠指标 [:]=3.7时，构件截面的抗力平均值"R二? （20 分） ?HL Q （提示：[] z
工程结构可靠度理论的研究现状与展望 刘玉彬 (大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁大连 116605) 摘 要:对结构可靠度理论及应用的国内外研究现状进行了概括性总结;简要叙述了可靠度理论在我 国工程结构设计规范的发展中所起的推动作用;提出结构可靠度理论将朝着正常使用极限状态结构的可靠度、结构的疲劳可靠度、结构的模糊可靠度、结构的动力可靠度、结构的体系可靠度等方向进行研究,以期为我国在这方面研究的进一步发展提供参考1 关键词:工程结构;可靠度;研究现状;设计标准;发展趋势中图分类号:T U3文献标识码:A 文章编号:1009-315X (2006)05-0001-03 工程结构可靠度是指结构在规定的时间内, 在规定的条件下,完成预定功能的能力1“规定的时间”,是指分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的时间参数,即设计基准期;“规定的条件”是指结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件,即不考虑人为过失的影响;“预定功能”是指以下4种功能:(1)能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用(荷载);(2)在正常使用时,结构及其组成构件具有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在发生规定的偶然事件情况下,结构能保持必要的整体稳定性1 1 工程结构可靠度的研究现状 111 在役结构的可靠度评估和维修决策问题 对在役建筑结构的可靠度评估与维修决策已 成为建筑结构学的边缘学科1它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论,而且与施工技术、检测手段和建筑物的 维修使用情况等有着密切的关系[1] 1对已有结构可靠度的评估采用的方法属于“实用分析法”,是在传统经验方法的基础上,结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法1目前,对已有结构的可靠度分析方法,是以当时实测的结构材料强度和构件截面尺寸为依据,没有考虑腐蚀环境中 材料性能的变化1如何根据已有结构本身材料性能的实测结果,来推断该结构的抗力随时间的变化而变化的规律,进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命,是已有结构可靠度研究的一项重要内容1 随着使用年限的增长,混凝土的老化问题日益突出1对于耐久性不足或老化的结构,存在一个最佳维修决策的问题1在目前的研究中,有些内容过于理论化,与实际工程问题相差较远1另外,对处于不同环境下建筑物使用寿命的安全性评估问题,在结构设计的工作寿命期如何通过正常使用和必要的维护保证结构应有的可靠度,超过正常使用年限后如何安全地继续服役等都应是可靠度研究的重要方面1 112 腐蚀环境下结构可靠度的分析 对于钢筋混凝土结构,其常见的腐蚀失效模式为:混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏1对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析,目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化,对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀,从而使其瓦解方面的研究还不是很多1在现今的这些研究中,有的并未考虑结构设计参数对混凝土中钢筋腐蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响,有的虽做了考虑,但并没有考虑二者之间的相关性[2] 1因此,结果不尽合理1 ? 1?收稿日期:2006-06-251 作者简介:刘玉彬(1964-),男,吉林通榆人,大连民族学院土木建筑工程学院教授,博士,学校优秀学科带 头人1研究方向:工程结构广义可靠性理论、工程结构设备理论1 2006年第5期(总第34期)刘玉彬:工程结构可靠度理论的研究现状与展望 9月15日出版
关于结构可靠度的一点理解 可靠度理论是在上世纪80年代引进我国的，经过三十年的研究和发展，已经形成了中国特色的理论体系。现在可靠度理论已经被写入建设规范，引导着结构向高质量方向发展。 1.可靠度理论的基本概念 1.1可靠度的概念 工程结构的设计应在经济合理的条件下满足如下要求：①能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变形）；②在正常使用时具有良好的工作性能；③在正常维修和养护下，具有足够的耐久性；④在偶然事件（如地震、爆炸、龙卷风等）发生时及发生后，能够保持必要的整体稳定性[1]。 在上述四项中，第①、④项是指结构的安全性，第②项是指结构的适用性，第③项是指结构的耐久性。所以结构可靠性的概念，应该包括三个方面：安全性、适用性及耐久性。这三者是相互联系、相互影响的。 结构的可靠性可用可靠度指标β来衡量，β越大，就表示结构越可靠（即可靠度越大）。 1.2可靠度的不确定性 因为结构在设计、施工和使用过程中常常会遇到各种不确定的因素影响，导致其在安全、适用及耐久上存在不确定性，这些不确定性又表现为以下几个方面： （1）随机性事物的条件和结果之间没有必然的因果联系，导致结果出现与否的不确定，无法根据现在状况推测未来的发展趋势。 （2）模糊性对于事物的分类界限不是很清晰，很难明确地划分到属于哪个类别。 （3）不完善性人们对世界知识无法做到完全掌握，总有未能探知的领域，对熟悉的领域也有未能完全掌握的知识，所以对某一单一物体无法做到完全的分析。 2.可靠度理论对结构设计的指导作用 可靠度理论在结构上强调三个正常：正常设计、正常施工和正常使用[2]。而其中最基本的是要保证正常设计，以确保结构的安全和使用功能。 2.1结构设计的安全性 结构的安全度是结构存在的首要前提，在设计时，要按照最不利条件设计，保证结构在日常使用和突发事件时能做到“小震（众值烈度）不坏、中震（基本烈度）可修、大震不倒”。具体的设计分两阶段，首先是按小震进行计算，使结构处于弹性阶段以保证不坏，然后进行构造设计以保证大震不倒[3]。其次还应考虑到结构的全生命周期（建造阶段、正常使用阶段和老化阶段）的可靠度[4]，按照最久年限进行设计。
结构可靠度理论及应用复习题 1 什么是施加于结构上的作用？荷载与作用有什么区别？ 结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如桥梁结构自重，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构，称为间接作用。 “荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。 2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？ 结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。 3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？ 荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。 4试述公路桥梁汽车荷载的等级和组成？车道荷载的计算图式和标准值？ 公路桥梁汽车荷载分为公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级两个级别，分别由车道荷载和车辆荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。 车道荷载是个虚拟荷载，它的荷载标准值k q 和k p 是在不同车流密度、车型、车重的公路上，对实际汽车车队车重和车间距的测定和效应分析得到。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。 车道荷载的计算图式见图2.28。公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载的标准值为 k 10.5kN/m q =；集中荷载标准值按以下的规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m ， k 180kN p = ；桥梁计算跨径等于或大于50m 时， k 360kN p =；桥梁的计算跨径在5m~50m 之间时，k p 值采用直线内插求得。计算剪力的效应时， 上述集中荷载的标准值k p 应乘以1.2的系数。 公路—Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值 k q 和集 中荷载标准值k p 按公路—Ⅰ级车道荷载的0.75倍采 图1 车道荷载的计算图式
工程结构可靠度 论文 《浅谈工程结构可靠度的计算与设计》 学院：建设工程学部 专业：结构工程 学生姓名：张崇凤 指导老师：贡金鑫 完成日期：2013年12月3日
摘要：结构可靠度理论研究是内容极其丰富且复杂的重大研究课题，不仅仅在理论上有许多重大问题需要解决，而且将其应用到结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。本文阐述了结构可靠度的概念、基本理论，计算方法及设计，可以作为今后工作前的理论指导。 关键词：工程结构可靠度计算方法设计 Abstact：Structure reliability theory is extremely rich content and complex significant research subject, not only in theory be many important problems to be solved, and its application to structural design, evaluation and maintenance decision of there is much careful work to do. This paper expounds the structure reliability of the concept, basic theory, the calculation and design, can work as the future before theoretical guidance. Keywords: Engineering structure reliability calculation method design 1.引言 我国正处在大规模建设阶段,工业和民用建筑以钢筋混凝土结构为主。我国现行规范明确规定,建筑结构必须满足安全性、适用性和耐久性三项要求, 统称为可靠性。工程结构往往为大量构件组成的超静定结构, 一个构件或多个构件失后 , 剩下的结构仍然可以完成规定的功能, 因此单个构件的可靠性并不能完全反映整个结构体系的可靠性。结构的可靠性不仅取决于结构构件的可靠性,而且取决于构件的组合方式以及组合方式之间的相关性。本篇论文从可靠度的理论、方法、分析、设计来探讨工程结构可靠度，希望在以后从事的结构设计中能有所启迪和进一步发展。 2.可靠度基本理论
《结构可靠度理论与应用》试题 中心点法 1.如图所示圆截面直杆，承受拉力P=120KN ，已知材料的强度设计值f y 的均值μfy =310MPa ，标准差σfy =25MPa ，杆直径d 的均值μd =30mm ，标准差σd =3mm ，在功能函数为：1） 2(/4);Z d r F π=- 2)24/Z r F d π=- ，在这两种情况下，试用中心点法求其可靠度指 标和可靠度。 （5分） 2.粒状土承受剪切应力τ=52KPa ，其剪切面法向应力w 服从正态分布，均值为100KPa ，标准差为20KPa ，土的磨擦角υ服从正态分布，均值为35o ，标准差为5o (=0.0873弧度)。 w 和υ相互独立，极限状态方程为：Z=wtan υ-τ=0，用中心点法计算β 值和失效概率p f 。（5分） 提示： 验算点法 3.某钢梁承受确定性弯矩138.M kN m =，抗弯截面模量 (W N -6389010,0.05)W W m μδ-=?=，服从正态分布；钢材强度f 服从对数正态分布 （262,f MPa μ=0.1f δ=），极限状态方程为Z fW M =-=0。试用中心点法和验算点法求可靠指标β及梁的失效概率f P ，并比较其计算结果。（10分） 4．已知某钢筋混凝土受压短柱的极限状态方程为(,,)0Z g R G Q R G Q ==--=， 抗力R 服从对数正态分布0.17R δ=；恒载(G G N μ-53, 3.71)G kN kN σ==，服从正态分布；活载Q 服从极值I 型分布，70,Q kN μ=20.31Q kN σ=.试用JC 法求当目标可靠指标[β]=3.7时，构件截面的抗力平均值R μ=？（20分） （提示：z []z μμμμμμμβσ----= ==;R G Q *** =+） '221(tan )sec cos x x x ==
考虑统计与模型不确定性的结构统计可靠度理论 吕大刚 宋鹏彦 王光远 哈尔滨工业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090 摘 要：结构工程中的随机性包括物理不确定性、统计不确定性和模型不确定性，经典的结构可靠度理论属于随机可靠度理论，因为它处理的主要是物理不确定性问题，而对于考虑统计与模型不确定性的结构统计可靠度问题，目前的研究则很不充分。文本将综合考虑物理不确定性、统计不确定性和模型不确定性，以Bayes 理论为数学工具，对结构的统计可靠度问题进行研究。首先对Bayes 理论进行了概括和总结，采用该理论对结构工程中的统计不确定性和模型不确定性进行了建模和分析。然后研究考虑统计与模型不确定性的结构可靠度分析方法，给出考虑统计与模型不确定性的各种结构可靠性测度，并研究了综合考虑主观不确定性与客观不确定性的整体式与分离式可靠度计算方法。最后通过两个算例，分析了统计不确定性和模型不确定性对结构可靠度的影响。 关键词：随机可靠度；统计可靠度；统计不确定性；模型不确定性；Bayes 统计学 1 引 言 结构工程中的随机性包括物理不确定性、统计不确定性和模型不确定性，物理不确定性是指各种物理量（如荷载、材料强度、结构尺寸等）的客观变异性；统计不确定性是由于对物理量进行统计分析时缺乏足够的样本信息而产成的；模型不确定性源于对复杂物理现象进行数学建模时的理想化假设。经典的结构可靠度理论属于随机可靠度理论，因为它处理的主要是物理不确定性问题。目前，在结构可靠度的研究领域，对于考虑统计与模型不确定性的结构统计可靠度问题，则研究得很不充分。 Egeland 在国际上较早地注意到了结构的随机可靠度与统计可靠度这两个学科之间的分野，并提出了将这两种理论进行融合的建议[1]。对于模型不确定性对结构可靠度的影响，目前国内外结构设计规范的统一处理方法是在考虑材料性能和几何参数随机性的抗力模型基础上，引入一个考虑计算模式随机性的随机变量，以考虑模型不确定性的影响。这种方法太粗糙，且属于经典的随机可靠度理论范畴。Ditlevsen 首先提出了采用Bayes 统计理论研究模型不确定性的方法[2]，Maes 研究了承受模型不确定性时设计荷载准则的规范化问题[3]，Zhang 和Mahadevan 研究了基于可靠度的检测理论中的模型不确定性和Bayes 修正技术[4]，Mahadevan 等人采用Bayes 概率网络技术，系统地研究了模型不确定性的分析与验证方法[5]，Igusa 等人采用Bayes 分析技术较系统地研究了结构工程中的不确定性[6]。Der Kiureghian 深入地研究了在不完全知识状态下结构安全性的各种测度[7]，并提出了考虑模型不确定性的结构地震易损性分析方法[8]。上述研究都是研究模型不确定性引起的结构可靠度问题，目前国内外对于考虑统计不确定性的结构可靠度问题则研究得更少，Lemaire 等人对于统计数据不确定性对结构可靠度的影响进行了初步的研究[9]。 文本将综合考虑物理不确定性、统计不确定性和模型不确定性，以Bayes 统计理论为数学工具，对结构的统计可靠度问题进行深入细致的研究。 2 统计与模型不确定性的Bayes 建模与修正 在Bayes 统计学中，Bayes 公式通过来源于观测数据的似然函数修正先验概率分布，从而将主观信息与客观信息进行有机的集成： ()()()f cL f θθθΘ Θ'''= (1) 式中，()f θΘ '为随机参数Θ的先验分布，()L θ为Θ的似然函数，1 ()()c L f d θ θθθ-Θ ??'=?? ?为归一化因子，()f θΘ ''为Θ的后验分布。 确定先验分布的方法主要有主观先验分布、扩散先验分布、无信息先验分布、共轭先验分布等
结构工程专业中可靠性理论的应用 作为基本建设的主体,土木工程结构不仅关系到国计民生,还会影响到一个国家的现代化进程,因此,保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用,满足设计要求的各项使用功能,及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的,即要保证结构的安全性、适用性和耐久性,这三个方面构成了工程结构可靠性的基本内容。 一、采用可靠性理论的优势 在规定的时间和条件下，工程结构完成预定功能的概率，是工程结构可靠性的概率度量。 工程结构可靠性，是指在规定时间和条件下，工程结构具有的满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力。由于影响可靠性的各种因素存在着不定性，如荷载、材料性能等的变异，计算模型的不完善，制作质量的差异等，而且这些影响因素是随机的，因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量。结构能够完成预定功能的概率，称为可靠概率；结构不能完成预定功能的概率，称为失效概率。 总之，结构可靠度方法的重要意义，在于对结构安全性检验提出了建立在概率分析基础上的一系列性的概念，原理，方法和衡量标准，综合考虑了工程结构中的各种不确定因素，对结构可靠性有了一个客观的统一度量，并且力求达到最佳的经济效益,将失效概率限制在人们实践所能接受的适当程度上。为人类社会的不断进步作出贡献。 二、结构可靠度理论目前的应用情况 可靠性设计又称概率设计。这种设计方法认为，作用于结构的真实外和在其结构的真实承载能力，都是概率意义上的量，设计时不可能予以精确地确定，称为随机变量或随机过程，它服从一定的分布。一次为出发点进行结构设计，能够与客观实际情况更好的符合。它能够根据结构的可靠性要求，把失效的发生控制在一种可接受的水平。这种方法的明显好处是给出了结构可靠程度的数量概念。对于像飞行器这样一些航空机构，概率实际法的明显优点是重量减小，并能降低成本和提高性能。 概率设计法能够解决两方面的问题：根据设计，进行分析计算已确定结构的可靠度；根据任务提出的可靠度指标，确定构建的参数。