工程结构的鲁棒性
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
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。
也谈robustness的中文定名
比较清楚的含义都成了稀里糊涂的“ 。 棒”
规范 Ｂ １１ １１９（ Ｓ １０ — ： ７￣凝土结构设计》 专门 ８ ９ 中，
有－４ 节解释 ｒ ｕｔｅ ， ， ｏ ｓ ｓ 译文如下 ： 结构 的设计 ｂ ｎｓ “
应使结构不敏感于偶然作用。尤其是 ， 当结构出现
局部的损坏或有个别构件失效时 ， 不会引发大范围 的结构倒塌。 ” 在不少 的英 文结构工 程论著 中， 讲到 ｒ ｕｔ ｏ ｓ ｂ － ｎｓ 时往往再加上 ｏ ｉ ｅ ｉ ， ｅ ｓ ｒｎ ｇ ｔ 大概与 ｒ ｕ ｎｓ 这 ｔ ｒｙ ｏ ｓｅ ｂｔ ｓ 个词汇在不同场合可有不 同理解 有关 。前面 已提
ｂｓ是一种信号处理技术或算法 ， ｕｔ 它对模型的失配
不敏感 ， 以 ｒ ｕｔ ｓ 恰 当的翻译应 当是 ‘ 所 ｏ ｓｅ ｂ ｎｓ 宽容
性 ’” 。
笔者完全赞 同上述文章 的建议。今结合土建 结构工程专业领域 ， 提出一些看法供讨论。
ｒ ｕｔ ｏ ｓ的含 义 一 般 有 “ 固” “ 实 ” “ ｂ 稳 、结 、 强 壮” “ 、有活力” 或汉语方言中“ 皮实” 的意思。英文
自动化工程中的控制系统鲁棒性分析研究
自动化工程中的控制系统鲁棒性分析研究自动化工程的发展使得控制系统在各个领域得到广泛应用。
然而，在实际应用中，控制系统常常面临着各种不确定性和扰动，这些不确定性和扰动可能导致系统的性能下降甚至系统不稳定。
因此，对于控制系统的鲁棒性分析研究变得尤为重要。
本文将探讨自动化工程中的控制系统鲁棒性分析的相关概念、方法和应用，并提出一些未来的研究方向。
控制系统的鲁棒性是指系统对于不确定性和干扰能够保持稳定性和性能的能力。
控制系统鲁棒性分析的目标是研究系统在不确定性和扰动的情况下的稳定性和性能，以及设计鲁棒控制器来保证系统的稳定性和性能。
在鲁棒性分析中，主要包括对于不确定性建模和分析、鲁棒性指标的定义和计算，以及鲁棒控制器的设计和实现。
对于控制系统中的不确定性，常见的建模方法包括参数不确定性和结构不确定性。
参数不确定性是指系统模型的参数存在不确定性，可能是由于实验误差、测量误差或者模型不完全造成的。
结构不确定性是指系统的结构存在不确定性，可能是由于模型的简化或者系统变化等原因造成的。
鲁棒性分析需要将不确定性引入到系统的模型中，并通过一定的鲁棒性指标对系统的鲁棒性进行度量和评估。
在控制系统鲁棒性分析中，鲁棒性指标的定义和计算是一个重要的研究内容。
常见的鲁棒性指标包括鲁棒稳定裕度、鲁棒性增益裕度和H∞控制。
鲁棒稳定裕度是指系统在面对不确定性时仍然保持稳定的能力，它反映了系统对不确定性的敏感程度。
鲁棒性增益裕度是指系统在面对不确定性时能够保持一定的系统性能，它反映了系统对不确定性的响应能力。
H∞控制是一种优化方法，旨在设计最优的鲁棒控制器，使得系统同时具有鲁棒稳定性和性能。
鲁棒控制器设计是控制系统鲁棒性分析的关键步骤之一。
鲁棒控制器的设计需要根据系统的鲁棒性指标和不确定性来选择合适的控制策略和参数。
常见的鲁棒控制器设计方法包括线性鲁棒控制、非线性鲁棒控制和自适应鲁棒控制等。
线性鲁棒控制方法通常采用H∞控制理论和线性矩阵不等式（LMI）来设计控制器。
鲁棒性介绍
鲁棒是Robust的音译，也就是健壮和强壮的意思。
它也是在异常和危险情况下系统生存的能力。
比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。
所谓“鲁棒性”，也是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持其它某些性能的特性。
根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。
以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。
鲁棒性是指系统或算法对于输入数据的变化或干扰具有稳定性和可靠性的能力。
在计算机科学和工程领域，鲁棒性是评估系统或算法质量的重要指标之一。
具备鲁棒性的系统能够在面对异常数据、噪声、错误或意外情况时保持正常运行，不会轻易崩溃或产生不可预料的错误结果。
鲁棒性在许多领域都很重要，包括人工智能、机器学习、软件开发和网络安全等。
以下是一些鲁棒性的重要特性：1.异常值处理：鲁棒的系统能够正确处理输入数据中的异常值，而不会因为个别异常数据导致整个系统崩溃或产生错误结果。
2.噪声容忍度：鲁棒的系统能够在噪声环境下正常运行。
噪声可能是由于传感器误差、通信干扰或其他环境因素引入的数据扰动。
3.输入数据多样性：鲁棒的系统能够处理各种类型的输入数据，包括不同的格式、分布或特征。
它能够适应数据的变化，并在不同情况下保持良好的性能。
4.容错性：鲁棒的系统能够从错误或故障中快速恢复，并继续正常运行。
它能够检测和处理错误，并采取适当的措施以防止系统崩溃或数据丢失。
5.安全性：鲁棒的系统能够抵御各种安全攻击，包括恶意软件、网络攻击和数据篡改等。
它具备检测和防御恶意行为的能力，以确保系统和数据的安全性。
综上所述，鲁棒性是指系统或算法在面对变化、干扰、异常情况或攻击时能够保持稳定和可靠的能力。
具备鲁棒性的系统能够在不确定性的环境中正常运行，并且能够适应和处理各种不同的输入数据和情境。
控制系统中的鲁棒性分析与设计
控制系统中的鲁棒性分析与设计在控制系统中，鲁棒性是指控制系统对于参数变化、外部干扰、测量噪声等不确定性因素的稳定性和性能表现。
鲁棒性分析与设计主要目的是提高控制系统的稳定性、鲁棒性和性能，以适应实际工程环境中的不确定性。
1. 鲁棒性分析鲁棒性分析是控制系统设计的重要环节。
它可以帮助工程师评估以及量化控制系统对于参数变化、干扰和噪声的容忍程度。
以下是一些常用的鲁棒性分析方法：1.1 系统感度函数分析系统感度函数是用来描述控制系统输出对于参数变化的敏感程度。
通过分析系统感度函数，可以确定系统的脆弱性和稳定性。
系统感度函数分析常用于评估系统的稳定性边界、参数不确定性边界和鲁棒性边界。
1.2 线性矩阵不等式(LMI)方法线性矩阵不等式方法是一种基于数学理论的鲁棒性分析方法。
它通过建立一系列矩阵不等式，来刻画控制系统的稳定性和性能。
LMI方法在控制系统设计中被广泛应用，它不仅可以评估系统的鲁棒性，还可以用于设计鲁棒控制器。
1.3 干扰分析干扰是控制系统中常见的不确定因素，对系统的性能和稳定性产生重要影响。
干扰分析可以帮助工程师了解系统对于不同干扰的响应，并根据需要采取相应的措施来改进系统鲁棒性。
常用的干扰分析方法包括频域分析、时域分析和能量分析等。
2. 鲁棒性设计鲁棒性设计旨在采取控制策略和控制器结构，使得控制系统对于不确定性因素具有较好的稳定性和性能。
以下是一些常见的鲁棒性设计方法：2.1 鲁棒控制器设计鲁棒控制器设计是指根据鲁棒性需求，设计出满足控制系统鲁棒性要求的控制器。
常用的鲁棒控制器设计方法包括H∞控制、μ合成、鲁棒PID控制等。
这些方法都是基于数学理论，可用于设计满足鲁棒性和性能要求的控制器。
2.2 鲁棒优化设计鲁棒优化设计是指结合鲁棒控制与优化方法，兼顾控制系统的稳定性和性能。
通过优化设计，可以在满足鲁棒性要求的前提下，使系统的性能指标达到最优。
鲁棒优化设计方法包括H∞优化、线性二次调节器和状态反馈等。
供应链弹性、柔性、鲁棒性、脆性的对比分析及相关模型介绍
Ponomarov（2009） 供应链应对突发事件中断并恢复到保持业务在期望水平上连续运营 的能力。 刘浩华（2007） 易海燕（2008） 供应链网络系统在中断风险发生之后恢复到初始状态或理想状态的 能力，包括回到正常绩效水平（生产、服务、供应比率等）的速度。 整个供应链对环境变化的适应程度，包括柔性和敏捷性。
4
供应链柔性
供应链柔性的要素
Vickery et al.(1999)是比较早的从供应链的角度来研究柔性的，他将供应 链柔性要素分为产品柔性、数量柔性、新产品柔性、分销柔性和反应柔 性。 Rao(2002)等人从资源的利用和产品生产与转移的角度将供应链柔性要素 划分为资源柔性、过程柔性和产品转换柔性。而这种划分同样忽视了供 应链中的一个关键问题，合作伙伴战略关系与供应链系统重构问题。 Lummus(2003)在此基础上对供应链柔性要素进行了调整，给出了五个基 本要素，分别为运作系统柔性、物流过程柔性、供应网络柔性、组织设 计柔性和信息系统柔性。 张云波(2004)从系统的角度建立了供应链柔性系统集成模型，将其分为了 6个子系统，分别为制造柔性、物流柔性、研发柔性、资源柔性、决策柔 性和信息柔性子系统。
三个角度评估供应链脆性：
哪里会发生失效？ 失效发生的概率？ 失效发生带来的影响？
脆弱性评价模型
16
供应链弹性量化模型和方法
供应链网络弹性度量
刘希龙和季建华（2007）
1）基于多源供应的弹性入 向供应网络模型
多源供应模型：设置供应量限制参数实现多源供应，考虑了供应商的可 靠性，提出了期望容忍服务水平的概念。结果表明期望容忍服务水平的 高低决定了弹性和成本的平衡； 应急供应模型：提出战略应急库存和期权供应相互补充作为应急供应方 式，把供应网络可靠性引入模型中。结果表明应急供应模型能从根本上 提高网络弹性，显著地减少恢复后的失效损失，但也较大程度地提高了 网络运营的成本。
建筑鲁棒性设计的理念与方法
建筑鲁棒性设计的理念与方法在建筑设计中，鲁棒性是一个非常重要的概念。
它是指建筑在面对各种不同的环境和意外情况时，能够保持稳定和安全的能力。
这个概念来自于工程学，但在建筑设计中也发挥了非常重要的作用。
对于建筑师来说，了解鲁棒性的原理和方法可以帮助他们创造出更加安全、耐用和可靠的建筑。
一、鲁棒性的定义和重要性鲁棒性是建筑设计中一个关键的概念，它是指建筑物在面对各种不同的环境和意外情况时，能够保持稳定和安全的能力。
这些环境和情况包括地震、风暴、洪水、恐怖袭击、火灾等。
一个具有良好鲁棒性的建筑物可以在面对这些情况时保持结构完整性、功能性和舒适性，从而避免造成人员伤亡和财产损失。
鲁棒性的重要性在于，它可以保障建筑物在任何情况下都能够起到它们应有的功能。
良好的鲁棒性设计可以确保建筑物的结构不受外界因素的干扰，从而保持其稳定性和安全性。
而建筑物的稳定性和安全性，则是建筑设计的最基本要求。
二、鲁棒性设计的原理和方法鲁棒性设计的核心原则是预先对各种灾难和突发情况进行充分的研究和分析，以便在设计阶段预测和避免可能出现的问题。
下面介绍一些常用的鲁棒性设计方法：1. 建筑物标准化设计标准化设计是一种重要的鲁棒性设计方法。
通过将建筑物组件进行标准化，可以使设计更加简单、可重复和易于维护。
这种方法有利于提高工作效率，降低设计成本，并减少由于设计问题引起的潜在危险。
标准化设计还有助于保障建筑结构的一致性和减少出现问题的可能性。
2. 结构设计建筑物的结构是影响其鲁棒性的重要因素。
在设计阶段，建筑师需要考虑建筑物的受力特点、结构设计和质量控制等方面，才能确保建筑物的稳定性和质量。
此外，建筑的材料、现场施工和建筑安装等方面也需要得到重视，以确保结构的坚固和可靠性。
3. 突发事件的预防和管控建筑师还需要在设计中考虑突发事件的预防和管控问题。
对于可能出现的灾难和突发情况，建筑师需要采取各种措施以承受来自外界的影响，比如地震加强、抗风能力等。
鲁棒性
鲁棒性介绍鲁棒是Robust的音译，也就是健壮和强壮的意思。
它是在异常和危险情况下系统生存的关键。
比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。
所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。
根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。
以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。
1.溯源和背景鲁棒性原是统计学中的一个专门术语，20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。
在实际问题中，系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。
产生摄动的原因主要有两个方面，一个是由于量测的不精确使特性或参数的实际值会偏离它的设计值（标称值），另一个是系统运行过程中受环境因素的影响而引起特性或参数的缓慢漂移。
因此，鲁棒性已成为控制理论中的一个重要的研究课题，也是一切类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题。
对鲁棒性的研究主要限于线性定常控制系统，所涉及的领域包括稳定性、无静差性、适应控制等。
2.原理鲁棒性问题与控制系统的相对稳定性（频率域内表征控制系统稳定性裕量的一种性能指标）和不变性原理（自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响的理论）有着密切的联系，内模原理（把外部作用信号的动力学模型植入控制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理）的建立则对鲁棒性问题的研究起了重要的推动作用。
当系统中存在模型摄动或随机干扰等不确定性因素时能保持其满意功能品质的控制理论和方法称为鲁棒控制。
早期的鲁棒控制主要研究单回路系统频率特性的某些特征，或基于小摄动分析上的灵敏度问题。
现代鲁棒控制则着重研究控制系统中非微有界摄动下的分析与设计的理论和方法。
控制系统的一个鲁棒性是指控制系统在某种类型的扰动作用下，包括自身模型的扰动下，系统某个性能指标保持不变的能力。
对于实际工程系统，人们最关心的问题是一个控制系统当其模型参数发生大幅度变化或其结构发生变化时能否仍保持渐近稳定，这叫稳定鲁棒性。
最优控制问题的鲁棒H∞控制设计
最优控制问题的鲁棒H∞控制设计随着科技的发展，控制理论在工程领域发挥着越来越关键的作用。
最优控制是控制理论中的一个重要分支，它的目标是在给定的约束条件下，使系统的性能达到最佳。
然而，实际系统常常受到各种不确定因素的干扰，这就需要应用鲁棒控制来解决这些问题。
本文将探讨最优控制问题的鲁棒H∞控制设计。
1. 引言最优控制问题是控制理论中的一个经典问题，它的目标是在给定的约束条件下，通过合适的控制策略使系统的性能达到最佳。
最优控制的方法有很多种，比如动态规划、最优化理论等。
而鲁棒控制是一种可以应对系统参数不确定性或者外部干扰的控制方法。
H∞控制是鲁棒控制的一种重要方法，可以有效地抑制系统的不确定性，并在一定程度上保证系统的稳定性和性能。
2. 最优控制与鲁棒控制的结合最优控制问题的解决需要考虑系统的性能以及各种约束条件，而鲁棒控制则可以应对系统参数变化或者外部扰动对系统性能的影响。
将最优控制和鲁棒控制相结合，可以得到更加鲁棒的控制策略。
在最优控制问题中引入鲁棒性的考虑，可以通过引入H∞范数来描述系统的性能和不确定性。
H∞范数可以有效地衡量系统的响应对不确定因素的敏感程度，通过优化H∞范数，可以得到更加鲁棒的控制策略。
3. 鲁棒H∞控制设计的方法鲁棒H∞控制设计的关键是确定系统的H∞范数和设计合适的控制器来优化H∞范数。
通常可以采用以下步骤进行鲁棒H∞控制设计：(1) 确定系统的数学模型，并分析系统的不确定性和外部干扰。
(2) 设计系统的H∞性能指标，可以根据系统的需求和约束条件来确定。
(3) 根据系统的H∞指标和约束条件，设计合适的控制器结构。
可以采用线性控制器，如PID控制器，或者非线性控制器，如模糊控制器等。
(4) 利用数学工具和优化算法，优化系统的H∞范数，得到最优的控制器参数。
(5) 实施最优控制器，并进行系统的仿真和实验验证。
4. 实例分析为了更好地理解鲁棒H∞控制设计的方法和效果，我们选取一个简单的控制系统进行实例分析。
机械系统的系统鲁棒性研究
机械系统的系统鲁棒性研究引言：机械系统的系统鲁棒性是指系统对外界扰动的抵抗能力，即在面对干扰或不确定性因素时，系统能够保持自身的稳定性和良好的性能。
对于机械工程领域来说，研究系统鲁棒性具有重要的理论和实际意义。
本文将探讨机械系统的鲁棒性研究，包括其背景、概念、影响因素以及研究方法与应用。
一、背景：随着科技的不断发展，机械系统的自动化、智能化和复杂化程度不断提高，机械系统的稳定性和可靠性成为了重要的研究方向。
然而，在现实应用中，机械系统通常会面临各种干扰或不确定性因素，如环境变化、零部件磨损、工作负载变化等，这些因素会对机械系统的性能和稳定性造成不利影响。
因此，研究机械系统的鲁棒性，提高系统对各种干扰的抵抗能力势在必行。
二、概念：机械系统的鲁棒性是指系统在面对各种环境变化或参数变化时，仍能够保持预期的性能表现。
换言之，鲁棒性是系统在不确定性环境中的适应性和稳定性，是系统的核心竞争力之一。
鲁棒性研究关注的焦点是如何设计和优化机械系统，使其具备较好的干扰抑制能力和自适应能力。
三、影响因素：机械系统的鲁棒性受到多方面的因素影响，包括系统的结构设计、控制器的设计与参数调节、环境的变化以及干扰源的性质等。
其中，系统结构的设计是影响鲁棒性的重要因素之一。
合理的结构设计能够提高系统的刚度和自振频率，增强系统的抗干扰能力。
此外，控制器的设计与参数调节也对鲁棒性具有重要影响。
合适的控制策略和参数配置能够使系统具备自适应能力，并在面对干扰时实现自我修复。
四、研究方法：系统鲁棒性的研究方法多种多样，常用的方法包括数学建模与仿真、实验研究以及多目标优化等。
通过数学建模与仿真，可以对机械系统进行分析和预测，评估系统鲁棒性，并根据分析结果进行优化设计。
实验研究则通过设计实验方案，模拟实际工作环境，检测和分析系统的性能表现。
多目标优化则是基于系统的多个性能指标，通过优化算法寻找最优的设计参数组合，实现系统鲁棒性与性能的平衡。
五、应用：机械系统的鲁棒性研究在实际应用中具有广泛的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
然而，目前我国各种结构设计规范，往往都是针 对一般结构构件的设计计算（实际上是针对构件 的截面承载力计算的），且所有结构构件的安全 度基本都是相同，这种做法违背结构鲁棒性原则， 因为目前计算出的可靠度并不能直接换算成结构 的破坏概率，它与结构的整体倒塌更无可比性 （陈瑞金、刘西拉，1989）。
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 除关键构件和次要构件外，其它结构构件属于
一般构件。 一般构件的破坏对整体结构的承载力有一定影
响，但不会导致整体结构的承载力产生急剧降 低。 通常，一定数量的一般构件破坏后才会导致整 体结构的严重破坏。
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用
提纲
结构鲁棒性的概念和意义 结构破坏的定义 结构体系与鲁棒性 结构破坏模式与鲁棒性 结构的承载力和延性与鲁棒性 赘余构件与鲁棒性 结语
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 对于结构的鲁棒性来说，结构中的不同构件对
于结构鲁棒性的贡献是不同。ຫໍສະໝຸດ 键构件 一般构件 次要构件 赘余构件
棒性也越高。
结构体系与鲁棒性
尽量形成超静定结构 当然，如果超静定次数都是集中于结构次要构件
部分，这种冗余度增加对提高结构鲁棒性的作用 不大 如框支结构，即使上部结构的冗余度再大，也不 会提高结构的鲁棒性，因为此时结构的鲁棒性集 中于局部型关键构件的框支部分 因此，只有对具有整体型关键构件的结构增加冗 余度，才具有提高结构鲁棒性的意义
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
唐山地震，1976年7月28日，死亡242,769人
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
推力—位移滞回曲线
180 水平推力(kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
顶点位移(mm)
0
-2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -8 -6 -4 --220 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
• 这意味着在达到结构最大承载力以前，那些达 到承载力构件的延性对结构的鲁棒性具有重要 意义。——不丧失整体结构的冗余度
结构破坏的定义
以结构的最大承载力定义
Lateral Force at Frame Top (kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
Lateral Displacement at Frame Top (mm)
而局部型关键构件破坏时，结构中其它构件往往 尚未破坏
典型的例子是新中央电视台大楼，由于其特殊的 结构形式，结构中有很多构件都成为局部型关键 构件
结构体系与鲁棒性
尽量形成超静定结构 结构的鲁棒性与结构的超静定次数密切相关。 超静定次数也即在结构鲁棒性研究所说的结构冗
余度。 冗余度是结构备用传力路径的指标 结构的冗余度越大，结构备用传力路径越多，鲁
事实上，结构的安全性往往是在意外事件情况下 才能体现出来
◆ 鲁棒性 Robustness
意外事件是指在工程结构使用阶段可能出现，但 其量值、作用形式和作用位置难以估计的非正常 荷载和作用（如极罕遇地震、飞机撞击、恐怖爆 炸袭击、重大人为失误等）
对于意外事件，在工程结构的设计阶段通常无法 进行细致全面和深入的分析，并给予充分保证
Lateral Force at Frame Top (kN)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
Lateral Displacement at Frame Top (mm)
结构破坏的定义
以结构承载力降低到最大承载力的某一百分比定义
通常按降低15％考虑。
尽管极限变形反映结构实际破坏的极限状态，但 超过最大承载力后，结构的承载力随变形的增加 不断降低（材料强度降低、截面损伤、P－D效 应），如果这种承载力降低发生在结构竖向承重 关键构件，则会因不能继续承担上部结构自身的 重量而发生垮塌。
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 从结构的鲁棒性观点来看，构件的安全度与结构
的安全度完全是两回事，这一点往往被我国结构 设计人员所忽视，在我国各类结构设计规范中也 强调得很少。
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 基于结构鲁棒性原理，对于关键构件应增加其安
全度，或者将关键构件设计成具有鲁棒性的构件 尽管这种区分和提高安全度要求的做法可能仅仅
结构体系与鲁棒性
C100
结构体系与鲁棒性
由于结构形式和破坏模式不同，关键构件还可分 为整体型关键构件和局部型关键构件。
如剪力墙属于整体型关键构件，而框支柱属于局 部型关键构件。
对于局部型关键构件应具有更高的安全度。
结构体系与鲁棒性
整体型关键构件破坏前，有许多与其关联的次要 构件先行破坏
美国世贸大厦产生连续垮塌的原因之一，就是楼盖结构与 框筒结构的连接薄弱。
◆ 鲁棒性与冗余度
与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度
Redundancy 结构的冗余度，即结构的超静定次数。 但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传
力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件 或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能 可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力 路径和备用传力能力。 冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和 备用传力能力大，其鲁棒性也高。
工程结构的鲁棒性
目前我国土木工程结构教育和各种工程结构设计 规范的主要内容，对结构安全性的计算都是着落 于结构构件
这显然没有能够使得结构工程师更多的考虑整体 结构的安全性
这是我国工程结构教育、结构工程师训练、设计 水平和能力不足的一个重要原因，也是导致某些 工程结构安全性不够的重要原因
虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一 定的联系，但
结构破坏的定义
以结构的极限变形定义 对于延性好的结构，在达到最大承载力后并不
会立即垮塌，而是在保持一定承载力的情况下 可以继续经受一定的变形，直至达到极限变形 结构的极限变形通常发生在结构的最大承载力 之后，反映了结构破坏前的变形能力，代表结 构实际破坏的极限状态
结构破坏的定义
以结构的极限变形定义
北京电视中心
日本横滨地标
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用 对于关键构件，还可以采取合理的设计，使其成
为具有鲁棒性的构件，使结构的鲁棒性得到提高 如分体柱、钢骨混凝土柱、钢管混凝土叠合柱、
有边缘约束构件的剪力墙
结构体系与鲁棒性
结构体系与鲁棒性
结构体系与鲁棒性
结构体系与鲁棒性
工程结构在意外事件发生时和发生后，应能保持 整体稳定性，不应发生与其原因不相称的倒塌或 连续破坏，造成重大的生命和财产损失
鲁棒性与安全性既有联系，又有区别
S
基本承载力 Su 安全储备
Sk
极限承载力状态
SU
DU
Y
极限变形能力状态
K
设计目标状意态外事件
安全储备
D
Dk
Du
鲁棒性与安全性的区别
安全性 正常荷载和作用 构件破坏 构件最大承载力 弹性计算 承载力
是概念性，然而这种原则规定对工程师在设计时 是有重要提示的。
结构体系与鲁棒性
明确结构体系中不同构件的作用
目前确定关键构件有一些理论和方法还不成熟。因此，凭 借工程师对整体结构的理解和把握来区分关键构件可能更 为实际。 砌体结构——墙体 排架结构——排架柱 框架结构——框架柱，已采用“强柱弱梁”方法进行考虑； 框架-剪力墙结构——剪力墙； 框架-核心筒结构——核心筒；特别是近年来出现的钢框 架-核心筒结构，核心筒的安全度应 比现行规范明显提高； 巨型框架结构——巨型框架柱； 筒中筒结构，内外筒同等重要； 束筒结构的所有筒体均同等重要。
体结构的鲁棒性取决于结构中（首先破坏的） 关键构件的鲁棒性 要提高这类结构的鲁棒性，必需提高关键构件 的鲁棒性，或增加关键构件的安全储备
结构破坏的定义
以结构的最大承载力定义
• 对于超静定结构，一个构件达到最大承载力， 并不意味着整体结构达到最大承载力。
• 如果先破坏的构件具有足够的延性，则整体结 构的承载力在第一个构件破坏后仍然可以继续 增加，但整体结构的刚度会有所降低，直至结 构中有足够多的构件达到破坏，结构才达到最 大承载力。
Durability
鲁棒性— 意外情况下的安全性
Robustness
◆ 鲁棒性 Robustness
Robustness的中文含义是：强壮的、健全的、 费力的、坚固的、耐用的
鲁棒性：鲁智深的棒子 鲁棒性：粗鲁的棍棒 鲁棒性就是整体结构的健壮性
◆ 鲁棒性 Robustness
鲁棒性，结构的整体性 鲁棒性，结构的抗倒塌性 易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度 鲁棒性的反意是易损性（Vulnerability） Jitendra A等（2003）对结构易损性的解释是，
结构体系与鲁棒性
增强结构的整体牢固性
显然，整体现浇混凝土结构，由于其整体性好，因而具有 较好的抗震鲁棒性。
而相对于钢结构，尽管钢构件本身具有较好的延性，但如 果过多的采用螺栓连接，其整体性反而较差。
即使是焊接，由于焊接区域材料的强度有可能低于钢构件 本身的强度，可能导致连接部位先于构件破坏，使得在罕 遇地震下结构的整体性丧失。
提纲
结构鲁棒性的概念和意义 结构破坏的定义 结构体系与鲁棒性 结构破坏模式与鲁棒性 结构的承载力和延性与鲁棒性 赘余构件与鲁棒性 结语