第06章 結(jié)構(gòu)體系可靠度計(jì)算ppt課件.ppt

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1、結(jié)構(gòu)體系可靠度計(jì)算第六章目錄6.1結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念6.2靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度6.3結(jié)構(gòu)體系中功能函數(shù)的相關(guān)性6.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的常用計(jì)算方法6.5桿件及桿系結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算實(shí)例6.6重力壩、擋土墻可靠度計(jì)算實(shí)例6.1結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念設(shè)某結(jié)構(gòu)體系含有k個(gè)失效模式，對應(yīng)于不同的失效模式，其功能函數(shù)可分別表示如下：(6–1)若用Ej表示第j個(gè)失效模式出現(xiàn)這一事件，則有：(6–2)Ej的逆事件為與第j個(gè)失效模式相應(yīng)的安全事件，即：(6–3)于是結(jié)構(gòu)體系安全這一事件可表示為：(6–4)結(jié)構(gòu)體系失效事件可表示為：(6–5)結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念式(6–

2、5)表明，結(jié)構(gòu)體系失效包含一個(gè)或多個(gè)失效模式出現(xiàn)。設(shè)體系具有三個(gè)失效模式，在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量空間內(nèi)，對應(yīng)的極限狀態(tài)方程為則上述事件可由圖6–1所示。以兩個(gè)變量為例，具體說明如下：結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念理論上，結(jié)構(gòu)體系的可靠度可通過下式計(jì)算：(6–6)結(jié)構(gòu)體系的失效概率為：(6–7)結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念由式(6–6)或(6–7)可見，求解結(jié)構(gòu)體系的可靠度需要計(jì)算多重積分。對于大多數(shù)工程實(shí)際問題而言，不但各隨機(jī)變量的聯(lián)合概率密度函數(shù)難以得到，而且計(jì)算這一多重積分也非易事。所以，對于一般結(jié)構(gòu)體系，并不直接利用上式計(jì)算其可靠度，而是采用近似方法求解

3、。返回目錄結(jié)構(gòu)體系可靠度的概念6.2靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度構(gòu)件的破壞性質(zhì)分為延性和脆性兩種。延性破壞是指構(gòu)件失效后，還能繼續(xù)承受屈服荷載；脆性破壞則是指構(gòu)件失效后，不能再承受任何荷載。1.結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的模型對于任何一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)已知其中每個(gè)構(gòu)件的可靠度，需要計(jì)算整個(gè)體系的可靠度時(shí)，可簡化為各種分析模型，用以表述體系可靠度與各個(gè)構(gòu)件可靠度之間的關(guān)系。常用的分析模型大致可歸納為三種：即串聯(lián)體系、并聯(lián)體系和混聯(lián)體系。靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度(1)串聯(lián)體系如果結(jié)構(gòu)體系是由若干個(gè)構(gòu)件組成的，其中任何一個(gè)構(gòu)件失效便導(dǎo)致整個(gè)體系失效，這種體系稱

4、為串聯(lián)體系，也稱為最弱鏈環(huán)體系，其圖形表示見圖6–2。串聯(lián)體系的典型例子是如圖6–3所示的靜定桁架，只要結(jié)構(gòu)中任一桿件破壞，必將導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞。靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度圖6–3桁架結(jié)構(gòu)靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度(2)并聯(lián)體系如果結(jié)構(gòu)體系中某一構(gòu)件的失效并不總是導(dǎo)致整個(gè)體系的失效，結(jié)構(gòu)體系的失效需要有多于一個(gè)的構(gòu)件失效，這種體系稱為并聯(lián)體系，其圖形表示見圖6–4。并聯(lián)體系的典型例子是超靜定結(jié)構(gòu)，如果一個(gè)構(gòu)件失效，其它構(gòu)件仍能繼續(xù)承受荷載重分配后的最大荷載；只有當(dāng)并聯(lián)體系中所有的構(gòu)件都失效時(shí)，該結(jié)構(gòu)體系才會(huì)失效。靜定與超靜

5、定結(jié)構(gòu)體系的可靠度靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度(3)混聯(lián)體系實(shí)際的超靜定結(jié)構(gòu)通常有多個(gè)破壞模式，每一個(gè)破壞模式可簡化為一個(gè)并聯(lián)體系，而多個(gè)破壞模式又可簡化為串聯(lián)體系，這就構(gòu)成了混聯(lián)體系，如圖6–5所示。對于圖6–6a所示的超靜定桁架，假定只有斜桿1,2,3,4,5,6可能破壞，則該桁架結(jié)構(gòu)可以抽象為圖6–6b所示的混聯(lián)體系。靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度2.靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度靜定結(jié)構(gòu)體系中，任何一個(gè)構(gòu)件的失效都將導(dǎo)致整個(gè)體系的失效，結(jié)構(gòu)體系失效這一事件的概率應(yīng)等于各個(gè)構(gòu)件失效事件和的概率，用公式表示

6、為：(6–8)結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算公式為：(6–9)靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度如果事件E1，E2，···Ek是互不相容的，式(6–8)可簡化為：(6–10)式(6–9)可表示為：(6–11)靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度如果事件E1，E2，…，Ek是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則上式成為：(6–12)式中Pri為構(gòu)件i的可靠度。可見，靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度與組成該體系的各構(gòu)件的可靠度直接相關(guān)。因此，要計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度，需首先計(jì)算各構(gòu)件的可靠度。靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度3.超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度超靜定結(jié)構(gòu)體系中某個(gè)或某些構(gòu)件的失效未必導(dǎo)致整個(gè)體系的失效。需要討論

7、結(jié)構(gòu)體系各種可能的失效（破壞）模式問題。機(jī)構(gòu)是指具有一個(gè)自由度或瞬變的體系。當(dāng)承載結(jié)構(gòu)由于某些構(gòu)件或約束失效而變成機(jī)構(gòu)時(shí)，該結(jié)構(gòu)體系失效，由此可得到結(jié)構(gòu)的失效模式。靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度設(shè)結(jié)構(gòu)體系可能形成的機(jī)構(gòu)（即失效模式）有k種，每種機(jī)構(gòu)對應(yīng)的失效事件為Ei，則結(jié)構(gòu)體系的失效概率Pf即為各機(jī)構(gòu)失效事件和的概率，可由上述(6–8)式或(6–10)式計(jì)算?？紤]與失效模式i對應(yīng)的失效事件Ei，相應(yīng)的功能函數(shù)為Zi，利用虛功原理，可得Zi的一般表達(dá)式為：(6–13)靜定與超靜定結(jié)構(gòu)體系的可靠度式中：Rj為第j截面的抗力；Sm為作用在第i機(jī)構(gòu)的第m個(gè)荷載；

8、aij和bim分別為第i機(jī)構(gòu)與Rj和Sm相對應(yīng)的抗力和荷載效應(yīng)系數(shù)；h為塑性鉸數(shù)