结构可靠度理论题目
一、名词解释（20分，4分/题）
1、目标可靠度
2、承载能力极限状态
3、作用效应
4、结构可靠度
二、简答题（45分）
1、校准分析法的主要步骤？（10分）
2、简述蒙特卡洛法的基本思想及其计算可靠指标的步骤。（10分）
3、试述结构设计方法的演变历程以及各阶段设计方法的特点，并结合所学专业的设计规范
简述我国结构设计方法的发展现状。（9分）
4、影响结构抗力的主要因素有哪些？（6分）
5、简述结构可靠指标β三个阶段的定义及其对结构可靠度理论发展的意义。（10分）
三、计算题（35分）
1、某钢筋混凝土单筋矩形截面梁，其承载能力极限状态方程为：
Ζ=g(Μ,f y,f c,A s,b,h0)=f y A s(h0?0.5f y A s
f c b
)?Μ=0
已知基本变量的统计参数及分布类型如下表：
试用中心点法计算该梁可靠指标β，并叙述中心点法的优缺点。（15）
2、承受恒载和楼面活载的钢筋混凝土轴心受压短柱，极限状态方程为
Ζ=R?N G?N L=0
已知：恒载产生的轴向力N G为正态分布，μNG=636kN，δNG=0.07；活载产生的轴向力N L为极值Ⅰ型分布，μNL=765.5kN，δNL=0.29；截面承载能力（抗力）R为对数正态分布，μR=1.33，δR=0.17。配筋率ρ=0.02，可靠指标β=3.7，用验算点法设计该短柱。（20分）
浅谈可靠度理论
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
《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答
《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答 1 荷载与作用 1.1 什么是施加于工程结构上的作用？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，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，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。 1.2 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。 1.3 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。 2 重力作用 2.1 成层土的自重应力如何确定？ 地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。 2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？ 根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。 2.3 试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件？比较三者数值的大小？ 当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，可用E0表示。 当挡土墙在土压力的作用下，向离开土体方向移动或转动时，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少，直至墙后土体出现滑动面。滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动，在滑动楔体开始滑动的瞬间，墙背上的土压力减少到最小值，土体内应力处于主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，可用E a表示。 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大，墙后土体也会出现滑动面，滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出，在滑动楔体开始隆起的瞬间，墙背上的土压力增加到最大值，土体内应力处于被动极限平衡状态。此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力，可用E p表示。 在相同的墙高和填土条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，即：
土木工程结构可靠度理论与设计
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
可靠性理论模拟题
《可靠性理论》模拟题（补） 一. 名词解释 1.可靠性：产品在规宦的条件下和规宦的时间内完成规宦功能的能力。 2.可靠性设计：系统可靠性设讣是描在遵循系统工程规范的基础上，在系统设汁过程中，采用一些专门技术，将可靠性“设计”到系统中去，以满足系统可靠性的要求。 3.最小割集和最小径集：最小割集就是引起顶上事件发生所必需的最低限度的割集。最小径集就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。 4.网络：连接不同点之间的路线系统或通道系统。 5.广义可靠性：广义可靠性是指产品在其整个寿命期限内窕成规宦功能的能力，它包括可靠性（即狭义可靠性）与维修性。 6.可靠性指标分配：指根据系统设讣任务书中规泄的可靠性指标（经过论证和确左的可靠性指标），按照一怎的分配原则和分配方法，合理的分配给组成该系统的各分系统、设备、单元和元器件，并将它们写入相应的设讣任务书或经济技术合同中。 7.降额设计：使元器件或设备工作时所承受的工作应力（电应力或温度应力），适当低于元器件或设备规泄的额迫值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。 8.人机系统：抬人9其所控制的机器相互配合，相互制约，并以人为上导而完成规定功能的工作系统。 二. 填空题 1?可靠性的定义包含有五个方面的内容，它们是：业、便用条件、使用期限、规定的功能、概率等。 2.由三种失效率曲线所反应，表现产品在苴全部工作过程中的三个不同时期分别是：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。 3.对于可修复的产品，其平均无故障工作时间或平均故障间隔称为平均寿命° 4.失效率函数为常数几时，可靠度函数表达式可写为：R⑴=宀。 5.系统进行可靠度分配时，若已知各元件的预讣失效率，而进行分配的方法称为阿林斯分配法。 6.简单求解网络可靠度的常用方法有状态枚举法、全概率分解法、最小割集法、最小径集法、不交布尔代数运算规则。 7.割集和径集中反应导致顶上事件发生所必需的最低限度的是鱼墮速：反应顶上事件不发生所需的最低限度的是期磴集。 8.常用的可靠性特征量有：可靠度、失效率、'卜均寿命、町靠寿命等。
钢结构设计原理练习题参考答案
钢结构原理与设计练习题 第1章 绪论 一、选择题 1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。 A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差 B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差 C 、P f 越大，β越小，结构越可靠 D 、P f 越大，β越大，结构越可靠 2、若结构是失效的，则结构的功能函数应满足（ A ） A 、0
8、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B） A.密封性好 B.自重轻 C.制造工厂化 D.便于拆装 二、填空题 1、结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 2、承载能力极限状态是对应于结构或构件达到了最大承载力而发生破坏、结构或构件达到了不适于继续承受荷载的最大塑性变形的情况。 3、建筑机械采用钢结构是因为钢结构具有以下特点：1）______强度高、自重轻__________、2）_____塑性、韧性好_______________，3）______材质均匀、工作可靠性高______________。 4、正常使用极限状态的设计内容包括控制钢结构变形、控制钢结构挠曲 5、根据功能要求，结构的极限状态可分为下列两类：__承载力极限状态____ ______正常使用极限状态_____、 6、某构件当其可靠指标β减小时，相应失效概率将随之增大。 三、简答题 1、钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？ 2、钢结构采用什么设计方法？其原则是什么？ 3、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？ 4、可靠性设计理论和分项系数设计公式中，各符号的意义？ 第2章钢结构材料 一、选择题 1、钢材在低温下，强度（A），塑性（B），冲击韧性（B）。 (A)提高(B)下降(C)不变(D)可能提高也可能下降 2、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（A）。
结构可靠性理论的现状与发展
结构可靠性理论的现状与发展 1.引言 工程结构设计的主要目的在于以最经济的途径来满足建筑物的功能要求，而可 靠度是满足这一目的的有效控制参数。可靠度理论是在20世纪40年代开始提出的。最早源于军事需要用来提高电子元件的可靠度。将可靠度理论引入结构工程并加以发展无疑是结构工程学科的重大进展之一，并在许多方面得到成功应用。我国对结构可靠度理论的研究工作开展得较晚。20世纪60年代土木工程界曾广泛开展过结构安全度的研究和讨论；20世纪70年代把半经验半概率的方法用于结构设计规范中，并于1980年提出《结构设计统一标准》，从此，结构可靠度理论的应用才在国内开展。 结构可靠性通常定义为：在规定的使用条件和环境下，在给定的使用寿命期间，结构有效地承受载荷和耐受环境而正常工作的能力。结构可靠性的数t指标通常用概率表示，称为结构可靠度。结构可靠性是一个广义概念，通常包含结构的安全性、适用性和耐久性三个方面。 为保证结构的可靠性，首先要研究建造结构所使用材料的各项力学性能，结构上各种作用的特性，结构的内力分析方法及结构的破坏机理，除此之外，还要做到精心设计，选取合理的结构布置方案和保证结构具有明确的传力路径；精心施工，严格按照施工规程进行操作；正常使用，按设计要求使用结构并进行正常维护。然而，即便如此，也不能保证结构绝对的安全或可靠，这是因为在结构的设计、建造和使用过程中，还存在着种种影响结构可靠性的不确定性。即随机性、模糊性和知识的不完善性，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。 自20世纪20年代起，国际上开展了结构可靠性基本理论的研究，并逐步扩展到结构分析和设计的各个方面，包括我国在内，研究成果已应用于结构设计规范，促进了结构设计基本理论的发展。本文将基于大量的研究文献，从结构可靠性分析方法、结构体系可靠度、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳与动力可靠度、钢筋混凝土结构施工期与老化期可靠度五个方面对国内外工程结构可靠度理论和应用的发展现状作概括性地介绍， 2.结构可靠性分析方法 2.1 一次二阶矩法 在实际工程中，占主流的一次二阶矩法应用相当广泛，已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理，所以该类方法是一种近似的计算方法，但具有很强的适用性，计算精度能够满足工程需求。均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、Jc法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。 (1)均值一次二阶矩法。早期结构可靠度分析中，假设线性化点x 0t 就是均值点 m ，而由此得线性化的极限状态方程，在随机变量X t (i=1，2，?，n)统计独立的条 件下，直接获得功能函数z的均值m x 及标准差σ x ，由此再由可靠指标β的定义求取 β= m x／σx。该方法对于非线性功能函数，因略去二阶及更高阶项，误差将随着线
可靠性理论第1次作业答案
第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共10道小题) 1. 可靠性的定义中，不包括的要素是（） (A) 规定的时间内 (B) 规定的条件下 (C) 完成规定的功能 (D) 规定的操作人员 正确答案：D 2. 失效率的浴盆曲线的三个时期中，不包括下列的（） (A) 早期失效期 (B) 随机失效期 (C) 多发失效期 (D) 耗损失效期 正确答案：C 3. 可靠性的特征量中，不包含下列的（） (A) 可靠度 (B) 失效率 (C) 平均寿命 (D) 性价比 正确答案：D 4. 在概率法机械设计中，应力和强度一般都认为是服从什么分布？（） (A) 正态分布 (B) 对数正态分布 (C) 威布尔分布 (D) 指数分布 正确答案：A 5. 当产品工作到有63.2%失效时的寿命叫（） (A) 中位寿命 (B) 特征寿命 (C) 可靠寿命 (D) 平均寿命 正确答案：B 6. 可靠性特征量失效率的单位可以是（）
(A) 菲特 (B) 小时 (C) 个 (D) 秒 正确答案：A 7. 三参数威布尔分布的三个参数中，不包含下列的（） (A) 位置参数 (B) 特征参数 (C) 尺度参数 (D) 形状参数 正确答案：B 8. 一个由三个相同的单元组成的3中取2系统，若该单元的可靠度均为0.8，则系统的可靠度为：（） (A) 0.512 (B) 0.992 (C) 0.896 (D) 0.764 正确答案：C 9. 有四个相同的单元组成的系统中，其可靠度最高的系统结构是：（） (A) 四个单元串联 (B) 四个单元并联 (C) 两两串联后再互相并联 (D) 两两并联后再互相串联 正确答案：B 10. 故障树分析方法的步骤不包括以下的：（） (A) 系统的定义 (B) 故障树的构造 (C) 故障树的评价 (D) 故障树的拆散 正确答案：D
工程结构可靠度理论的研究现状与展望
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
结构可靠度基本理论
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
结构可靠性理论与应用的国内外研究现状
结构可靠性理论与应用的国内外研究 现状 摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处。 关键词：工程结构可靠性理论发展 结构可靠性理论是随着人们对工程中各种不确定性认识的发展建立并逐步完善起来的一门新兴学科，它对结构的分析与设计具有重要指导意义。自20世纪20年代以来，结构可靠性的理论和应用的研究取得了重大发展。本文从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处这三方面进行了简单的总结。 1 结构可靠性理论的发展历史 结构系统可靠性理论是一门新兴的边缘学科。它以概率论、数理统计方法和随机过程理论为基础，以结构分析的有限元法和网络分析技术为工具，从系统角度出发，将结构系统的设计、分析、评价、检测和维护等融为一体。作为一种科学分析方法和实用技术，狭义地讲，它研究结构系统在规定的使用条件与环境下，在给定的使用寿命期间，能有效地承受载荷和耐受环境影响而正常工作的概率。 将概率论和数理统计方法应用于结构可靠性分析的最早尝试可以追溯到20世纪初Forsell和Mayer等人的工作。尽管这些早期研究工作富有创造性，但由于当时的科技发展水平和实际需要，结构系统可靠性作为一种新的设计思想和分析方法并未引起社会的足够重视。第二次世界大战期间及随后的岁月中，有关机电设备、船舶、压力容器、飞行装置和海上石油勘探平台等，在设计使用寿命期限内，在规定的荷载条件与环境下，不能预期正常工作的事例不断增多和日趋严重。这说明了以安全系数法为代表的传统设计方法对环境条件和结构特性的决定论假设是不适当的。必须从概率论的观点出发，对有关的设计参量进行统计分析，研究它们的分布规律和相关特性，从而制订出一整套新的合理的设计规范。 因为采用全概率分析方法，研究了传统的安全系数和结构破坏概率之间的内在关系，提出了考虑多种因素，主要是有初始损伤条件下的结构系统可靠性分析的数学模型。正是由于此项工作，才促成了结构系统可靠性分析理论由经典向现代的过渡。 而后又有科学家建议根据失效面而不是失效函数定义失效模式的可靠指标β。对于同一失效面，这样定义的β不会由于选择不同的等价失效函数而发生变化。从而提出了一种有效的算法使得任何非正态随机变量都能够在设计点处转化为正态随机变量，从而使计算由非正态随机变量和非线性极限承载状态构成的失效模式的失效概率成为可能。弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947他发表了“结构安全度”一文
工程结构可靠性理论发展综述
工程结构可靠性理论发展综述 摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。本文从结构可靠性基本理论和方法、结构体系可靠度、结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度等六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其规范使用提出了建议。 关键词：工程结构可靠性理论发展 Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories and its applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the six aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability, structural system reliability, Monte-Carlo modeling in structural reliability analysis, a ultimate and serviceability limit state reliability, fatigue and a seismic reliability as well as construction and wear-out period reliability of reinforced concrete structures into three parts. The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some advice about the standard. 工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，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。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。结构安全性的设定是一个涉及国家政策、经济发展水平、社会文化背景、历史传统等多方面的问题，在相当程度上反映在一个国家的设计规范中。 结构设计规范是众多科技工作者智慧的结晶，代表着一个国家结构设计理论发展的水平。作为标准它不是一成不变的而是随着科学技术的不断发展和对客观世界的新认识，在继承旧规范合理部分的同时不断吸收新的研究成果逐步修订和完善。结构安全性控制方法的发展也是如此，先是由定值设计法发展为半概率法，目前正由半概率法逐步向概率极限状态设计法（可靠度设计方法）过渡。同结构设计规范的发展过程一样，概率极限状态设计方法本身也是由简单到复杂，需要不断完善的过程。 结构可靠性理论的发展历史。 结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题。1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926~1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此并未付诸实施。1935年斯特列律斯基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得提出的是弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠
可靠度理论及应用
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。
桥梁结构可靠性研究综述(一)
桥梁结构可靠性研究综述(一) 摘要：20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。关键词：工程结构可靠度综述对于结构可靠性这一学科，从其诞生到现在已经有了长足的发展：从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性以及近年来提出的非概率可靠性，使得这一理论日臻丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。一、结构可靠性理论研究历史长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标1]；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%2]；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。二战期间，军用电子设备的大量失效使美国付出了相当惨重的代价。于是引起了美国军方对可靠性问题的高度重视，同时率先对可靠性问题进行了系统地研究，并于1952年成立了“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门3]。结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题；1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926～1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此，未付诸实施。1935年斯特列律茨基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得指出的是，弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”4]一文，奠定了结构可靠性的理论基础。从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用，其原因如下5]：1．传统的确定性结构设计方法当时在人们头脑中根深蒂固，认为没必要改变已用的结构设计方法，而且，结构的失效很少发生，即使发生结构失效，绝大数是由于人为差错造成的，并非结构设计方法问题。2．基于概率理论的结构设计方法似乎比传统的确定性结构设计方法麻烦，涉及到当时比较难处理的统计数学问题。3．当时有用的统计数据极少，不足以定义重要的荷载、强度的尾部分布。除上述妨碍结构可靠性理论应用的原因外，当时结构可靠性理论本身也面临两大难题：（1）结构可靠性理论所采用的数学模型不足以完全准确地反映应用情况，即模型误差是未知的。（2）即使是对一个简单的结构，其失效模式可能多到难以计数，更不用说进行可靠度分析。因此，二十世纪
结构可靠度理论在桥梁工程中的应用
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)