土木工程结构可靠度理论与设计

同济⼤学⼟⽊⼯程第⼗⼀章混凝⼟结构的设计⽅法和理念第⼗⼀章混凝⼟结构的设计⽅法和理念⼀、计算理论⼆、结构的鲁棒性三、建筑结构设计理论的发展四、结构极限状态的基本概念五、结构可靠度的基本概念六、近似概率法在设计规范中的应⽤七、传统设计理念的启⽰z钢筋混凝⼟结构的有限元分析⽅法钢筋混凝⼟有限元法中，针对钢筋与混凝⼟两种材料组合特点、裂缝形成和扩展的特点，需要研究的主要问题有：①混凝⼟的破坏准则；②混凝⼟的本构关系；③钢筋与混凝⼟之间的粘结关系；④钢筋的本构关系；⑤裂缝处理；⑥对于长期荷载，还要考虑材料的时效，主要是混凝⼟的徐变、收缩和温度特性。

钢筋混凝⼟结构的有限元分析与⼀般固体⼒学有限元分析相⽐，其特点是：①材料的本构关系；②有限元的离散化。

考虑这些特点的钢筋混凝⼟结构的有限元模型有：①分离式模型；②组合式模型；③整体式模型；④有限区模型。

z钢筋混凝⼟结构的极限分析对于板、壳、连续梁、框架结构的极限承载⼒，采⽤极限分析法直接求解，是⼀个发展⽅向，并已有较多成果，但需保证结构的正常使⽤（限制裂缝和变形）和薄壁结构与细长压杆的稳定性，以及防⽌脆性的剪切破坏和钢筋锚固失效。

z混凝⼟断裂⼒学在计算理论中，另⼀个值得注意的发展⽅向是混凝⼟断裂⼒学在⽔⼯⼤坝中的应⽤。

z混凝⼟的收缩与徐变混凝⼟收缩与徐变的研究⼀直是混凝⼟计算理论中的⼀个重要⽅⾯，对⽔⼯混凝⼟及预应⼒混凝⼟的计算理论影响甚⼤。

我国⽔利⽔电科学研究院多年来进⾏了系统的研究，出版了专著《混凝⼟的收缩》和《混凝⼟的徐变》，对影响混凝⼟收缩和徐变的因素，结合我国⼯程实际情况，提出了估算收缩的⽅法，介绍了六种徐变计算理论。

z⼯程结构可靠度⼯程结构包括混凝⼟结构，在设计、施⼯、使⽤过程中，事物具有种种影响结构安全性、适⽤性和耐久性的不确定性，这些不确定性⼤致可分为：①事物的随机性：荷载、材料等随机性②事物的模糊性：如“正常使⽤”与“不正常使⽤”，耐久性“好”、“良好”、“不好”之间⽆明确界限③信息的不安全性：部分信息已知的系统成为灰⾊系统，在⼯程结构设计中由于对情况认知不完全，或对决策者不能提供完备的信息，就会遇到灰⾊系统问题。

2. 地震能
一个7级地震，约相当于30枚2万吨TNT的原子弹爆炸所释放的能量。
地震规模增加1.0，则其释放能量增大31.6倍。 E2 / E1 = [1011.8+1.5(M+1)] / (1011.8+1.5M) = 101.5 = 31.6
地震规模与广岛原子弹爆炸威力之比较
地震规模 M
E=1011.8+1.5M
② Sa与阻尼比有关
③ Sa与地面运动（ ）有关
不同场地条件的地震反应谱图
不同震中条件的地震反应谱图
● 设计反应谱
用于设计应： ① ② ③
地震系数 考虑安全度等因素我国取
结构设计基准期内超越概率为10%的烈度水平
I：基本烈度（设防烈度）
“小震不坏，中震可修，大震不倒”
超越概率为63%
小震烈度 = 基本烈度 - 1.5 超越概率为2~3% 大震烈度 = 基本烈度 + 1
6 惊慌失措，仓皇 损坏—个别砖 0~0.1 河岸和松软土出现裂缝， 63
6
逃出
瓦掉落、墙体 微细裂缝
饱和沙层出现喷沙冒水。 (45~89) (5~9) 地面上有的砖烟囱轻度
裂缝、掉头
7 大多数人仓皇逃 轻度破坏—局 0.11~ 河岸出现塌方，饱和沙 125
13
出
部破坏、开裂， 0.30 层常见喷沙冒水。松软 (90~177) (10~18)
vsm：场地土平均剪切波速 dov：场地土覆盖层厚度
竖向运动 水平地震力计算
剪切波速小于500m/s 的场地土覆盖层厚度
第二节 单质点体系地震作用
• 单质点体系
当结构的质量相对集中在某一个确定位置 时，可将结构处理成单质点体系。

ch1结构可靠度基本概念







关于结构及设计 几个重要的问题 影响结构可靠性的三种不确定性 我国结构设计规范的体系 我国结构可靠度问题的研究水平 结构设计方法及演变 结构可靠度基本概念 结构设计的目标 可靠指标 直接概率设计法 关于我国建筑结构设计安全度的讨论
关于结构及设计
– –
–
在承载能力极限状态中，材料性能参数出现在抗力项； 而正常使用极限状态中，材料性能参数出现在荷载效 应项。
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我国结构可靠度问题的研究水平




（1）随机变量不相关，即不考虑条件概率(有些情况下随机变量可 能是相关的,如结构的恒荷载与结构的抗力,这时需要考虑随机变量 间的相关性 ）; （2）结构可靠指标的计算限于线性极限状态方程（或非线性程度 不高）; （3）结构可靠度分析在正态空间进行，随机变量不服从正态时， 需要当量正态化；若非正态随机变量概率分布函数不存在显式，无 法进行当量化; （4）非显式极限状态方程难以进行可靠指标计算（大型结构用有 限元法进行计算时，结构响应与荷载效应之间非显式）; （5）构件水平（作为结构体系又将如何？有人提出串联、并联结 构的可靠度的理念，并取得了研究成果，但还没有应用于工程实际） 友情提醒：存在的问题也是这个领域研究热点
影响结构可靠性的三种不确定性
（3）事物知识的不完善性 按照对知识掌握的完善程度分为三类： 白色系统：已被完全掌握，如一批钢筋，其根数、外形 尺寸、屈服强度、极限强度均可通过检验和试验清楚的 了解）。 黑色系统：月球建筑结构的设计与施工 灰色系统：即有白色又有黑色。如地震，如何准确预 报——黑色；但地震发生后的震级和烈度可以评定（尽 管有些模糊）。

土木工程常用术语英文翻译与名词解释Ⅱ第八节结构可靠性和设计方法术语工程结构的可靠性和设计方法术语及其涵义应符合下列规定：1.可靠性reliability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,它包括结构的安全性,适用性和耐久性,当以概率来度量时,称可靠度.2.安全性safety结构在正常施工和正常使用条件下,承受可能出现的各种作用的能力,以及在偶然事件发生时和发生后,仍保持必要的整体稳定性的能力.3.适用性serviceability结构在正常使用条件下,满足预定使用要求的能力.4.耐久性durability结构在正常维护条件下,随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力.5.基本变量basic variable影响结构可靠度的各主要变量,它们一般是随机变量.6.设计基准期design reference period进行结构可靠性分析时,考虑各项基本变量与时间关系所取用的基准时间.7.可靠概率probability of survival结构或构件能完成预定功能的概率.8.失效概率probability of failure结构或构件不能完成预定功能的概率.9.可靠指标reliability index度量结构可靠性的一种数量指标.它是标准正态分布反函数可在可靠概率处的函数值,并与失效概率在数值上有一一对应的关系.10.校准法calibration通过对现存结构或构件安全系数的反演分析来确定设计时采用的结构或构件可靠指标的方法.11.定值设计法deterministic method基本变量作为非随机变量的设计计算方法,其中,采用以概率理论为基础所确定的失效概率来度量结构的可靠性.12.概率设计法probabilistic method基本变量作为随机变量的设计计算方法.其中,采用以概率理论为基础所确定的失效概率来度量结构的可靠性.13.容许应力设计法permissible(allowable)stresses method以结构构件截面计算应力不大于规范规定的材料容许应力的原则,进行结构构件设计计算方法.14.破坏强度设计法ultimate strength method考虑结构材料破坏阶段的工作状态进行结构构件设计计算的方法,又名极限设计法,苛载系数设计法,破损阶段设计法,极限荷载设计法.15.极限状态设计法limit states method以防止结构或构件达到某种功能要求的极限状态作为依据的结构设计计算方法.16.极限状态limit states结构或构件能够满足设计规定的某一功能要求的临界状态,超过这一状态,结构或构件便不再满足对该功能的要求.17.极限状态方程limit state equation当结构或构件处于极限状态时,各有关基本变量的关系式.18.承载能力极限状态ultimate limit states结构或构件达到最大承载能力,或达到不适于继续承载的变形的极限状态.19.正常使用极限状态serviceability limit states结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态.20.分项系数partial safety factor用极限状态法设计时,为了保证所设计的结构或构件具有规定的可靠,而在计算模式中采用的系数,分为作用分项系数和抗力分项系数两类.21.设计状况design situation以不同的设计要求,区别对待结构在设计基准期中处于不同条件下所受到的影响,作为结构设计选定体系,设计值,可靠性要求等的依据.22.持久状况persistent situation出现的持续时间长,几乎与结构设计基准期相同的设计状况.23.短暂状况transient situation出现的持续时间较短,而出现概率高的设计状况.24.偶然状况accidental situation偶然事件发生时或发生后,其出现的持续时间短,而出现概率低的设计状况.第九节结构上的作用、作用代表值和作用效应术语工程结构上的作用,作用代表值和作用效应术语及其涵义应符合下列规定：1.作用action施加在结构上的一组集中力或分布力,或引起结构外加变形或约束变形的原因.前者称直接作用,后者称间接作用.2.荷载load指施加在结构上的集中力或分布力.3.线分布力force per unit length施加在结构或构件单位长度上的力.4.面分布力force per unit area施加在结构或构件单位面积上的力,亦称压强.5.体分布力force per unit volume施加在结构或构件单位体积上的力.6.力矩moment of force力与力臂的乘积7.永久作用permanent action在设计基准期内量值不随时间变化的作用,或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用.其中,直接作用亦称恒荷载.8.可变作用variable action在设计基准期内量值随时间变化且其变化与平均值相比不可以忽略的作用.其中,直接作用亦称活荷载.9.偶然作用accidental action在设计基准期内不一定出现而一旦出现其量值很大且持续时间较短的作用。

结构工程（土木方向）学科专业代码：081402 学科专业名称：结构工程一、培养目标研究生教育要面向现代化、面向世界、面向未来，培养德、智、体全面发展，具有创新意识和开拓精神，能适应社会发展、经济腾飞和科技进步需要的高层次人才。

为此要求研究生做到：1．学习马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想，拥护中国共产党的领导，热爱祖国，遵纪守法，品德良好；积极为祖国现代化建设服务。

2．掌握本学科坚实的理论基础和系统的专门知识；掌握本学科的现代实验方法和技能；在所研究方向的范围内了解本学科发展的现状和趋势；具有从事科学研究工作和独立担负专门技术工作的能力；能熟练阅读本专业外文文献，并能用外文撰写论文摘要，有一定外语听说能力。

3．身体健康。

二、培养方式培养方式采取系统学习、科学研究和生产实践相结合的方法，课程学习与论文工作并重，可分阶段进行，也可平行交叉进行，课程学习实行学分制。

指导工作实行在学院领导下导师负责制或指导小组集体负责制。

指导教师根据培养方案的要求和因材施教的原则，针对研究生的具体情况确定培养类型、制定培养计划。

在培养过程中，要特别注重研究生自学、独立工作和创新能力的培养。

三、研究方向1.组合结构2.轻钢结构3.混凝土及预应力混凝土结构4.结构动力学及优化控制5.结构加固技术四、学习年限研究生的学习年限一般为2.5至3年，课程学习一般为一年至两年，可与论文工作同时进行，论文工作时间不少于一年。

硕士学位研究生的学习年限原则上不超过4年。

五、课程设置和学分研究生应按培养计划中规定的课程进行学习。

研究生课程由学位课、非学位课和必修环节三部分组成。

学位课为必修课程。

非学位课包括专业选修课程、交叉学科选修课程和公共选修课程等。

必修环节包括开题报告、参加学术活动等。

研究生课程学习的总学分要求不少于32学分，最多不超过35学分，其中学位课程学分不少于16学分，必修环节2学分。

除公共基础课外，一般课内18-20学时为1学分。

0814土木工程一级学科简介一级学科（中文）名称：土木工程（英文）名称： Civil Engineering一、学科概况土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。

它既指工程建设的对象，即建造在地下、地上、水中等的各类工程设施；也指其所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、管理、保养、维修等专业技术。

土木工程虽是一个历史悠久的古老学科，但在其伴随着人类社会进步的发展和演变过程中不断被注入新的内涵，其中材料的变革和力学理论的发展起着重要的推动作用。

远古时代，人类筑土以居、架木为桥，以满足简单的生活和生产需要；后来，为了适应生产生活、宗教传播以及战争的需要，兴建了城池、宫殿、寺庙、桥梁、运河以及其他各种工程设施。

近代以来，随着自然科学的诞生和发展，土木工程作为一门科学技术进入了以实验为基础的定量分析阶段：在材料方面，已由木材、石料、砖瓦、石灰为主逐渐发展到使用铸铁、水泥、钢筋混凝土、土工织物、钢材；在应用理论方面，材料力学、土力学、结构设计理论等学科逐步形成，为工程结构的安全与经济提供了理论支撑；在施工技术方面，不断出现的新机械和新工艺带来了施工技术的进步、建设规模的扩大、建造质量及速度的提升，并最终使人类生活发生了前所未有的巨大变化。

二次世界大战以后，以现代社会生产力发展为动力、以计算机等现代科学技术为背景、以现代工程材料为基础、以现代施工技术与测试技术为手段，土木工程进入了一个高速发展的新时代。

超大跨度桥梁、超长隧道、超高建筑、高速铁路和高速公路等在世界各地相继大量兴建。

在中国，一大批超高、超长、超大的标志性工程设施陆续完工，标志着我国正由土木工程大国向土木工程强国迈进。

目前，面临地震、台风等自然灾害的频发、自然资源的短缺、人类居住环境恶化以及人类向高空延伸、向地下发展、向海洋拓宽、向沙漠进军、向太空迈进的探索与发展，使得土木工程建设进入低碳节能的可持续发展阶段，在空间域上从单纯单体工程分析发展到对整体系统网络和环境的综合分析与智能控制，在时间域上从单纯使用阶段的安全设计发展到工程全寿命周期的精细化设计与可靠性管理，在深度上从单纯依靠专一学科深化到依靠多学科的交叉。

对桥梁的细部构造进行设计，如桥面 铺装、防撞栏杆、排水系统等，以确 保桥梁的安全性和耐久性。
荷载与作用力分析
根据桥梁的使用要求和交通流量，确 定合理的车辆荷载、人群荷载和自然 作用力等，并进行作用力分析。
路基结构设计
01
02
03
路基类型选择
根据道路等级、交通流量 和地质条件等因素，选择 合适路基类型，如整体式 路基、分离式路基等。
适用于大跨度、高层建筑和大型工业厂房，具有较高的承载能力和 抗震性能，但成本较高。
混合结构
结合钢筋混凝土和钢结构的特点，适用于大型复杂建筑，具有较好 的综合性能。
著名桥梁结构解析
悬索桥
以钢缆悬吊主梁，适用于 跨越深谷和宽阔河流，具 有较大的承载能力和跨越 能力。
斜拉桥
以斜拉索拉住主梁，适用 于跨越较宽的河流和道路， 具有自重轻、跨越能力大 等优点。
高效结构设计软件应用
有限元分析软件
利用高效、精确的有限元分析软件进行结构分析 和优化设计，提高设计效率和准确性。
结构优化软件
采用结构优化软件对结构进行优化设计，实现结 构轻量化、经济性和安全性的平衡。
BIM技术
应用建筑信息模型（BIM）技术进行结构设计， 实现信息的集成和协同工作。
绿色结构设计理念与实践
拱桥
以拱结构作为主要承重结 构，适用于跨越峡谷和河 流，具有较好的承载能力 和景观效果。
典型路基结构评估
土质路基
适用于一般道路和场地，要求对 土质进行充分压实和处理，以保
证稳定性和安全性。
石质路基
适用于山区和岩石地段，要求对 岩石进行爆破和整平，以保证稳
定性和安全性。
特殊路基
适用于特殊场地和工程要求，如 软土地基、盐渍土地基等，需要

土木工程结构可靠度理论与设计摘要：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。

完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性三项要
求。 • 结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：结构在规
定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、
正常施工、正常使用维护），完成预定功能的概率，称为结 构可靠度。 必须指出：结构可靠度与使用年限长短有关，结构可靠 性设计标准所指的结构可靠度或结构失效概率，是对结构的 设计使用年限而言的，当结构的使用年限超过设计使用年限 后，结构失效概率可能较设计预期值增大。
1. 1 引言
1. 工程结构的定义
• 工程结构在相当长的使用期内，需要安全地承受各 种使用荷载，经受气象作用，以及波浪、地震等自 然作用。它们的安全与否，不但影响工农业生产， 而且还关系到人身安危。 • 对结构的要求：结构及其构件具备在各种外加作用 下防止破坏倒塌、保护人员财产不受损失的能力。
• 特别是对一些重要的纪念性建筑物，作为一个划时 代的文化特征，将流传后世，对安全、适用、美观、 耐久等方面，还有更高的要求。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
KS ≤R 以受弯构件为例，其一般表达式为 M≤Mp/K 式中： Mp—— 截面破坏时的抵抗弯矩 K —— 构件承载力安全系数 M —— 标准荷载作用下的截面弯矩。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
工程实测 实践经验 可靠性 结构设计 统计数据 经济性 数学理论 实验数据 专家系统
1. 3结构可靠性的基本概念及基本术语
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语
结构的可靠性与可靠度 设计使用年限与设计基准期 结构的功能要求 设计状况 作用和作用效应 结构抗力 极限状态 极限状态方程
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语

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]。

基于非概率可靠性的桁架结构拓扑优化设计罗阳军亢战(大连理工大学工业装备接构分析国家重点实验室，大连116024)结构拓扑优化与尺寸和形状优化相比具有更大的效益，也是结构优化领域最具挑战性的课题。

考虑非概率可靠性的拓扑优化对于非确定结构参数和荷载条件下结构的概念设计具有重要意义，有关研究国内外少见报道。

本文基于非概率凸模型理论，利用基结构方法，针对桁架结构拓扑优化设计问题建立了以杆件截面积为设计变量、结构重量极小化为目标、具有非概率可靠性指标约束的桁架拓扑优化数学模型。

对文中提出的数学模型，采用基于梯度的数学规划算法求解，数值算例结果令人满意。

数值计算结果提示，对于作用荷载和结构参数具有非概率不确定性的结构，常规的拓扑优化结果往往是不可靠的。

本文工作表明了桁架结构非概率可靠性拓扑优化设计的可行性和所提出算法的有效性。

关键词拓扑优化，桁架，凸模型，非概率可靠性基于弹性动力学的连杆机构可靠性分析1)拓耀飞陈建军陈永琴(西安电子科技大学机电工程学院，西安710071)考虑杆长、截面尺寸、质量密度和弹性模量等几何、物理参数的随机性，对连杆机构进行了基于弹性动力学的动态刚度和动应力分析之后，分别构建了机构的动态刚度与强度的可靠性分析模型，并给出了同时考虑刚度和强度失效的机构可靠度的界限估计。

最后通过算例考查了机构中各随机参数对系统可靠性的影响，获得了相关结论。

关键词弹性动力学，连杆机构，刚度，强度，可靠性分析1)国防预研基金(51421060505DZ0155)和陕西省自然科学基金(2005A009)资助项目复合材料可靠性设计的序列优化方法葛锐陈建桥魏俊红（华中科技大学力学系，武汉430074）在复合材料的结构可靠性分析中，存在多种不确定性因素。

当有足够的信息描述这些不确定因素的分布时，可以用随机变量来描述不确定性因素。

然而，在工程实际中，能够提供描述不确定性的信息是有限的，信息往往以非完整的形式出现，如果人为地假定随机变量的分布,此时分布类型会对结构可靠性分析和优化设计的结果产生很大的影响，使设计结果不准确，有时可能会带来巨大的损失。

钢结构的设计方法概述一、工程结构设计理论的发展1、全经验法（上世纪40年代以前）安全系数K * 使用荷载P ≤极限抗力R K、P、R——靠经验确定。

2、半概率法（上世纪80年代以前）Kb * Sb≤ Rb或σ≤[σ]＝σ／KbKb——靠经验确定。

钢混结构1.4、1.55。

钢结构1.41、1.45。

Sb 、Rb——由统计确定。

3、近似概率法，是目前世界大多数国家采用的方法。

4、全概率法对影响结构可靠性的所有因素采用精确的概率分析，求得结构的失效概率直接度量可靠性。

是今后的发展方向。

二、概率极限状态设计法的几个基本概念（一）、结构上的作用及作用效应施加在结构上的的集中力和分布力，和引起结构外加变形和约束变形的原因。

统称为结构上的作用。

施加在结构上的集中力和分布力，可称为荷载。

结构上的作用可按下列性质分类。

1、按随时间的变异性分类：永久作用，在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略的作用。

如结构自重、土压力、混凝土收缩、焊接变形等；——恒荷载可变作用，在设计基准期内量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

如安装荷载、人员物件荷载、风雪冰荷载、车辆吊车荷载、温度变化、常遇地震等；——活荷载偶然作用，在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。

如撞击、爆炸、罕遇地震、龙卷风、火灾、极严重的侵蚀、罕遇洪水等。

2、按随空间的变异性分类：固定作用，在结构上具有固定分布的作用；——固定荷载自由（可动）作用，在结构上一定范围内可以任意分布的作用。

——可动荷载 3、按结构的反应特点分类：静态作用，使结构产生的加速度可以忽略不计的作用；——静荷载动态作用，使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。

——动荷载各种作用使结构产生的内力、反力和变形统称为作用效应。

如轴力、弯矩、剪力、扭矩及挠度、转角、位移等。

（二）、结构抗力结构或构件在几何特征、材料性能确定后，所具有的承受外加作用的各种能力，统称为结构抗力。

关于土木工程荷载与结构设计的分析摘要：土木工程建设是关乎民生的重要工程，生产力的发展已经成为了当今土木工程建设的新动力，他们将材料进行开发并作为建设基础，引入新工艺和机械以推动项目向前发展。

土木工程的建设需要综合多方面因素进行考量，要兼顾美观适用性和安全、经济性。

其中安全性尤为重要，与工程设计紧密相关，荷载在工程建设中也占有不可替代的重要意义。

本文主要针对工程结构如何设计才能安全可靠以及荷载的分类及影响因素进行相关分析，并对土木工程的为了进行相关的展望。

关键词：土木工程；设计；荷载引言荷载和结构设计是一种基础课程，它们都属于土木工程专业。

在土木的教学目标中曾提到过尽量让该专业中不同方向的同学都能了解到荷载、结构设计的相关知识，要发挥各种教学方式让同学们知道不同的荷载及其相关的方程式，不仅要掌握理论还要掌握结构设计原理、方法和相关的理论知识。

在我国的有关研究方面仍然存在一定的不足之处，在教学内容上并没有做到对结构形式方面不一样的荷载的计算方法和设计方式进行区分。

也没有在相关知识点上表述出共性或差异。

1 土木工程荷载1.1 土木工程设计及与荷载的关系土木工程中有两个最常见的相关名词，那就是荷载和作用。

对于实际运作起来的工程设计而言，荷载和作用其实就是一个概念的问题，他们都没有真正意义上影响作用效应的计算也对结构本身不产生影响。

在中国，通常情况下，直接的作用用荷载来表现，但是站在国际角度，仍然没有很好的对荷载和作用进行很好的区分。

关于土木工程的相关建造过程主要有以下环节：策划、设计、实施。

其中最重要的就是中间的设计环节，设计具体包含对构造及功能的设计。

决定采用什么样的形势的架构加以支撑，如何来抵御和传递相关的作用力，在选择材料和对尺寸进行合理测量方面如何进行都是结构设计需要考虑的方面。

功能的相关设计针对的就是工程建造的最终目标，以及未来的用途[1]。

工程的结构设计是需要兼顾平衡原理的，要兼顾适用性、外在构造的美观程度、可靠性和经济性，要合理权衡。

关于关于土木工程的结构设计和工程荷载研究作者：施惠玲来源：《城市建设理论研究》2013年第22期摘要：随着人类生活水平的不断提高，对于建筑的要求也越来越高，土木工程结构形式也越来越多样化，结构工作的环境也是日趋复杂，承受荷载的形式种类也越来越多。

这些变化都对土木工程的结构设计提出了很多新的要求，因此对土木工程结构设计以及工程荷载进行研究是非常有必要的。

文章在阐述了相关定义的基础上，分析了比较常见的结构设计以及荷载分析的方法，最后就两者之间的关系以及相互影响进行了探讨。

关键词：土木工程；结构设计；工程荷载；研究中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：引言在土木工程中结构的设计和荷载的计算之间具有很重要的关系。

为了保证建筑工程的质量，就必须要加强结构的设计工作，同时还需要重视荷载对结构的影响。

在保证结构合理、安全的基础上，最大限度的节省工程费用，使得这个建筑工程的经济效益达到最大。

1、土木工程结构设计以及工程荷载土木工程结构是指的支撑起整个建筑工程的骨架，起着主要的承受荷载的作用，土木工程结构设计就是确定这样一个骨架的形式，所用材料和尺寸大小等等。

在进行结构设计时主要需要考虑结构的安全性、适用性和耐久性，结构设计的主要步骤就是根据建筑的荷载情况确定结构布置形式和结构设计的方案，确定之后就进行相关的构件以及荷载计算，然后形成一整套的结构设计施工图纸。

对于土木工程结构来说，荷载指的就是结构上的作用，主要可以分为作用力和变形作用，这些作用都会导致结构发生变形。

同时在进行施工时还会出现施工荷载，荷载对于结构设计来说非常的重要，是进行结构设计的基础，因此对于工程荷载的计算也需要引起足够的重视。

2、土木工程结构设计方法2.1结构可靠度设计方法将概率论的相关知识运用到结构设计中就产生了现在应用比较广泛的结构可靠度的设计方法，结构的可靠度设计方法采用的是根据不同的极限状态来进行不同的设计，主要包括两种极限状态，承载能力极限状态和正常使用极限状态；同时对于荷载的确定主要是采用数据统计的方法来进行的，通过对以往的数据进行分析，在运用统计学的相关方法确定荷载的标准值；在确定结构的抗力系数和荷载关系时采用的是目标概率的方法，一般采用的是目标概率95%来保证结构的安全性。

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。