第六节结构慨率可靠度设计法
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结构可靠度分析基础和可靠度分析方法1一般规定1.1当按本文方法确定分项系数和组合值系数时,除进行分析计算外,尚应根据工程经验对分析结果进行判断并进行调整。
1.1.1从概念上讲,结构可靠行设计方法分为确定性方法和概率方法。
在确定性方法中,设计中的变量按定值看待,安全系数完全凭经验确定,属于早期的设计方法。
概率方法为全概率方法和一次可靠度方法。
全概率方法使用随机过程模型及更准确的概率计算方法,从原理上讲,可给出可靠度的准确结果,但因为经常缺乏统计数据及数值计算上的复杂性,设计标准的校准很少使用全概率方法。
一次可靠度方法使用随机变量模型和近似的概率计算方法,与当前的数据收集情况及计算手段是相适应的。
所以,目前国内外设计标准的校准基本都采用一次可靠度方法。
本文说明了结构可靠度校准、直接用可靠指标进行设计的方法及用可靠指标确定设计表达式中作用,抗力分项系数和作用组合值系数的方法。
1.2按本文进行结构可靠度分析和设计时,应具备下列条件:1具有结构极限状态方程;2基本变量具有准确、可靠的统计参数及概率分布。
1.2.1进行结构可靠度分析的基本条件使建立结构的极限状态方程和基本随机变量的概率分布函数。
功能函数描述了要分析的结构的某一功能所处的状态:Z>0表示结构处于可靠状态;Z=0表示结构处于极限状态;Z<0表示结构处于失效状态。
计算结构可靠度就是计算功能函数Z>0的概率。
概率分布函数描述了基本变量的随机特征,不同的随机变量具有不同的随即特征。
1.3当有两个及两个以上的可变作用时,应进行可变作业的组合,并可采用下列规定之一进行:(1)设m种作业参与组合,将模型化后的作业在设计基准期内的总时段数,按照顺序由小到大排列,取任一作业在设计基准期内的最大值与其他作用组合,得出m种组合的最大作用,其中作用最大的组合为起控制作用的组合;(2)设m种作用参与组合,取任一作用在设计基准期内的最大值与其他作业任意时点值进行组合,得出m种组合的最大作用,其中作用最大的组合为起控制作用的组合。
结构可靠度分析方法及相关理论研究共3篇结构可靠度分析方法及相关理论研究1结构可靠度分析方法及相关理论研究结构可靠度分析是一种研究结构安全性的方法。
通过对结构的设计、制造及使用过程中的不确定因素进行分析,预估结构因受力和外界干扰可能发生的损坏与破坏情况,并提供优化设计方案和预防措施,保证结构在使用中的可靠性和安全性。
在实际工程应用中,结构可靠度分析方法通常采用结构可靠度指标。
结构可靠度指标是用来刻画结构系统在特定的负荷和环境作用下表现出系统设计合理度和工程品质可靠性的数学量测指标。
通常,结构可靠度指标包括失效概率、失效密度、失效率等。
目前,常用的结构可靠度方法主要有可靠性指标法、极限状态法、模拟计算法等。
其中,可靠性指标法是一种适用于线性系统的可靠度计算方法,适用于结构状态由结构内部构件承载能力和外载荷两种因素共同决定的结构,如桥梁、塔架、钢结构、混凝土结构等。
极限状态法是一种经典的可靠度分析方法,通常被应用于非线性系统中,可以分析结构的弹塑性变形和失效过程,如地基、土石质结构、板壳结构等。
模拟计算法它包括Monte Carlo方法、等概率线性化方法等,可以通过统计学方法得到结构状态的概率分布函数或随机变量的方差和协方差,用以评估结构可靠度,如多学科优化设计等。
结构可靠度分析的研究与应用离不开相关理论。
常见的理论有概率论、随机过程理论、可靠性理论、风险评估理论等。
概率论是可靠度分析的基础理论,它研究随机现象的概率规律,将随机现象转化为数学模型,通过统计分析,得到可靠性指标和其概率分布。
随机过程理论主要研究时间和空间等随机变量,分析无规律时间和空间的演变规律,用以描述结构的可靠性问题,如振动系统的可靠性分析等。
可靠性理论包括结构可靠性基本理论、可靠度计算方法、灾害风险评估等,其中最常用的是可靠性基本理论,它提供了基本的可靠性指标和分析方法。
风险评估理论包括风险分析、风险管理等,它是对结构系统可靠性和安全性的量化评估方法。
结构可靠度分析基础和可靠度设计方法E.1 一般规定E.1.1 当按本附录方法确定分项系数和组合值系数时,除进行分析计算外,尚应根据工程经验对分析结果进行判断,必要时进行调整。
E.1.2 按本附录进行结构可靠度分析和设计时,应具备下列条件:1 具有结构的极限状态方程;2 基本变量具有准确、可靠的统计参数及概率分布。
E.1.3 当有两个及两个以上可变作用时,应进行可变作用的组合,并可采用下列规则之一进行:1 设m种作用参与组合,将模型化后的作用在设计基准期T内的总时段数,按顺序由小到大排列,即r1≤r2≤…≤rm,取任一作用在[0,T]内的最大值与其他作用组合,得m种组合的最大作用,其中作用最大的组合为起控制作用的组合;2 设m种作用参与组合,取任一作用在[0,T]内的最大值与其他作用任意时点值进行组合,得m种组合的最大作用,其中作用最大的组合为起控制作用的组合。
E.2 结构可靠指标计算E.2.1 结构或构件的可靠指标宜采用考虑随机变量概率分布类型的一次可靠度方法计算,也可采用其他方法。
E.2.2 当采用一次可靠度方法计算可靠指标时,应符合下列要求:1 当仅有作用效应和结构抗力两个相互独立的综合变量且均服从正态分布时,结构或结构构件的可靠指标可按下式计算:(E.2.2-1)式中——结构或结构构件的可靠指标;——结构或结构构件作用效应的平均值和标准差;——结构或结构构件抗力的平均值和标准差。
2 当有多个相互独立的非正态基本变量且极限状态方程为式(4.3.5)时,结构或结构构件的可靠指标按下面的公式迭代计算:式中——结构或构件的功能函数,包括计算模式的不定性;——功能函数的一阶偏导数在验算点处的值;——基本变量的当量正态化变量的平均值和标准差;——基本变量的概率密度函数和概率分布函数;——标准正态随机变量的概率密度函数、概率分布函数和概率分布函数的反函数。
3 当有多个非正态相关的基本变量且极限状态方程为式(4.3.5)时,将式(E.2.2-2)和式(E.2.2-3)用下面的公式替换后进行迭代计算:式中——当量正态化变量的相关系数,可近似取变量的相关系数。