工程結(jié)構(gòu)可靠度ppt課件.ppt

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1、工程結(jié)構(gòu)可靠度課程內(nèi)容介紹工程結(jié)構(gòu)可靠度、安全度理論和規(guī)范設(shè)計(jì)方法；介紹以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（一次二階矩理論）；介紹荷載和抗力的統(tǒng)計(jì)分析方法；介紹材料性能的質(zhì)量控制；介紹可靠度研究的動(dòng)向。1緒論工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的兩個(gè)步驟：1.結(jié)構(gòu)選型：包括結(jié)構(gòu)總體布置、結(jié)構(gòu)方案和型式的選擇；2.結(jié)構(gòu)計(jì)算：根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的截面和可行的施工方案。主要包括結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面內(nèi)力或應(yīng)力的分析，以及根據(jù)截面的內(nèi)力或應(yīng)力，選擇截面尺寸，確定材料用量等。兩種水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)中的荷載及材料強(qiáng)度是通過統(tǒng)計(jì)取值而確定的，再取用適當(dāng)?shù)?、定值的、由?jīng)驗(yàn)確定的單一安全系數(shù)或分項(xiàng)

2、系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)的安全性或可靠性，通常稱為水準(zhǔn)Ⅰ的設(shè)計(jì)方法，即半經(jīng)驗(yàn)半概率設(shè)計(jì)法。將設(shè)計(jì)中的各參數(shù)視為隨機(jī)變量，利用近似的可靠度方法按照規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)確定設(shè)計(jì)表達(dá)式中的分項(xiàng)系數(shù)，該設(shè)計(jì)方法為水準(zhǔn)Ⅱ方法。1．1影響工程結(jié)構(gòu)可靠性的三種不確定性1．1．1事物的隨機(jī)性。研究方法：概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)過程。1．1．2事物的模糊性。研究和處理模糊性的數(shù)學(xué)方法主要是1965年美國自動(dòng)控制專家查德(L．A．Zadeh)教授創(chuàng)始的“模糊數(shù)學(xué)”。1．1．3事物知識(shí)的不完善性。白色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)和灰色系統(tǒng)。1．2結(jié)構(gòu)可靠度理論的發(fā)展歷史及工程應(yīng)用近年來我國可靠性理論以及應(yīng)用成果：(1)結(jié)構(gòu)可

3、靠性一般理論的若干問題(2)結(jié)構(gòu)體系可靠性問題。(3)結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性問題。(4)結(jié)構(gòu)疲勞可靠性問題。(5)巖土工程的可靠性問題。(6)已有工程結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定問題。《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》是研究成果的綜合體現(xiàn)。1．3計(jì)劃項(xiàng)目專題及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究內(nèi)容1．3．1結(jié)構(gòu)可靠性基本理論1．3．2結(jié)構(gòu)模糊可靠度1．3．3結(jié)構(gòu)體系可靠度。包括：尋找結(jié)構(gòu)主要失效模式、結(jié)構(gòu)體系失效概率計(jì)算、并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算。1.3．4結(jié)構(gòu)可靠度分析的蒙特卡羅方法1．3．5隨機(jī)有限元與結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度1．3．6結(jié)構(gòu)抗震可靠度1．3．7基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)1．3．8結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)組合。1

4、．3．9結(jié)構(gòu)施工期和老化期可靠度.見趙國藩《工程結(jié)構(gòu)生命全過程可靠度》20042結(jié)構(gòu)隨機(jī)可靠度分析的基本概念和原理2．1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的變量2．2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)2．3結(jié)構(gòu)可靠度2．4結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)2．5結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)與中心安全系數(shù)的關(guān)系3結(jié)構(gòu)可靠度分析的一次二階矩方法隨機(jī)變量相互獨(dú)立時(shí)的四種近似方法，即中心點(diǎn)法、驗(yàn)算點(diǎn)法(JC法)、映射變換法和實(shí)用分析法：由于用這些方法計(jì)算可靠指標(biāo)只需要隨機(jī)變量的前一階矩和二階矩(驗(yàn)算點(diǎn)法、映射變換法和實(shí)用分析法尚需考慮隨機(jī)變量的分布概型)，而且只需考慮功能函數(shù)泰勒級(jí)數(shù)展開式的常數(shù)項(xiàng)和一次項(xiàng)，因而統(tǒng)稱為一次二階矩方法。3．1中心點(diǎn)法中心點(diǎn)法是結(jié)構(gòu)可靠

5、度研究初期提出的一種方法，其基本思想是首先將非線性功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值(中心點(diǎn))處作泰勒級(jí)數(shù)展開并保留至一次項(xiàng)，然后近似計(jì)算功能函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差?？煽恐笜?biāo)直接用功能函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示。中心點(diǎn)法計(jì)算的結(jié)果比較粗糙，一般常用于結(jié)構(gòu)可靠度要求不高的情況，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的可靠度分析。中心點(diǎn)法的特點(diǎn)將功能函數(shù)Z在隨機(jī)變量的平均值處展開為泰勒級(jí)數(shù)并保留至一次項(xiàng)，即ZL的平均值和方差為結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)為中心點(diǎn)法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡便?？梢灾苯咏o出可靠指標(biāo)與隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系，對于β＝l～2的正常使用極限狀態(tài)可靠度的分析，較為適用。缺點(diǎn)：①不能考慮隨機(jī)變量

6、的分布概型，只是直接取用隨機(jī)變量的前一階矩和二階矩；②將非線性功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值處展開不合理，由于隨機(jī)變量的平均值不在極限狀態(tài)曲面上，展開后的線性極限狀態(tài)平面可能會(huì)較大程度地偏離原來的極限狀態(tài)曲面；③對有相同力學(xué)含義但數(shù)學(xué)表達(dá)式不同的極限狀態(tài)方程，求得的結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)值不同。3．2驗(yàn)算點(diǎn)法(JC法)它的特點(diǎn)是能夠考慮非正態(tài)的隨機(jī)變量，在計(jì)算工作量增加不多的條件下，可對可靠指標(biāo)進(jìn)行精度較高的近似計(jì)算，求得滿足極限狀態(tài)方程的“驗(yàn)算點(diǎn)”設(shè)計(jì)值，便于根據(jù)規(guī)范給出的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算分項(xiàng)系數(shù)，以利于設(shè)計(jì)人員采用慣用的多系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式。3.2.1兩個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量的情況3.2.2多個(gè)正態(tài)隨機(jī)

7、變量的情況極限狀態(tài)方程可變荷載效應(yīng)Q/永久荷載效應(yīng)G/類似于兩個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量的情況，此時(shí)可靠指標(biāo)β是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點(diǎn)o到極限狀態(tài)曲面的最短距離，也就是P*點(diǎn)沿其極限狀態(tài)曲面的切平面的法線方向至原點(diǎn)0的長度。圖3—2所示為三個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量的情況，與兩個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量情況相同，法線的垂足P*。為“設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)”。3．2．3非正態(tài)隨機(jī)變量的情況永久荷載一般服從正態(tài)分布，截面抗力一般服從對數(shù)正態(tài)分布，但是，諸如風(fēng)壓、雪載、樓面活荷載等，一般服從其他類型(如極值I型等)的分布。包含非正態(tài)分布的基本變量極限狀態(tài)方程