工程结构荷载与可靠度设计原理第一部分小结
工程荷载与可靠度设计原理论文
工程荷载与可靠度设计原理论文工程结构荷载与可靠度设计原理课程报告——工程与民用建筑结构设计荷载计算荷载是工程结构设计中的重要方面，也是着手工程设计需要解决的重要问题，而概率可靠度方法已经成为各类工程结构（房屋、桥梁、地下建筑、道路等）设计的理论基础。
通过对工程结构荷载与可靠度设计原理这门课的学习，我全面、系统地了解了工程结构各类荷载的基本概念及其确定方法，以及结构可靠度的设计原理。
工业与民用建筑，即我们所说的房屋建筑，包括上部结构和下部结构两部分。
上部结构指地面以上的部分，下部结构指的是地面以下部分，即基础和地基。
进行建筑结构设计，要做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，必须遵循《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）的规定，使结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度。
超过了结构的设计使用年限，结构还可以继续使用，但是其可靠度指标可能会降低。
普通房屋和构筑物的设计使用年限一般为50年。
结构设计一定要遵循国家规范，如《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等。
结构设计包括三个部分：一是荷载，二是结构抗力，三是结构设计方法。
各类工程结构的最重要功能，就是承受其生命全过程中可能出现的各种荷载。
进行结构设计的时候，荷载取值的大小以及应当考虑的荷载类型，都将直接影响到结构工作时的安全性。
荷载的代表值分为标准值、准永久值、频遇值和组合值。
规范规定永久荷载应采用标准值为代表值，可变荷载应根据设计要求采用相应的值作为代表值，偶然荷载应按建筑结构的使用特点确定其代表值。
通常设计中考虑的荷载为重力荷载、风荷载和地震作用。
重力荷载中，又包括永久荷载（材料自重）、可变荷载（楼面均布荷载、屋面均布荷载、屋面雪荷载）。
规范中对于楼面均布荷载的标准值、频遇值、组合值和准永久值系数，梁、柱、墙、基础荷载折减值系数，屋面活荷载，积灰荷载，施工检修荷载和栏杆水平荷载，吊车荷载，雪荷载等都做了强制性规定。
工程结构荷载与结构可靠度设计原理
工程结构荷载与结构可靠度设计原理1、背景介绍在工程领域中，结构可靠度设计是一项非常重要的任务。
结构可靠度设计原理是指在工程结构设计过程中，通过合理的荷载计算和结构分析，确保工程结构在预定使用寿命内能够满足安全可靠的要求。
本文将详细探讨工程结构荷载与结构可靠度设计原理的相关内容。
2、工程结构荷载的分类2.1 永久荷载永久荷载是指不随时间变化的静态荷载，包括结构自重、固定设备和附加设备的重量等。
在结构设计过程中，需要准确计算永久荷载的大小，以便正确评估结构的强度和稳定性。
2.2 变动荷载变动荷载是指随时间变化的荷载，包括活荷载、温度荷载、风荷载等。
这些荷载会对结构产生不同程度的影响，因此在设计中需要合理估计和考虑这些荷载的作用。
2.3 异常荷载异常荷载是指不常见但可能发生的荷载，如地震荷载、爆炸荷载等。
这些荷载通常具有较高的能量，并可能导致结构发生破坏。
在结构可靠度设计中，需要对这些异常荷载进行详细的分析和评估，以确保结构能够承受其作用。
3、工程结构荷载计算方法3.1 荷载标准工程结构荷载的计算需要依据相应的荷载标准。
不同国家和地区的荷载标准可能有所不同，设计者需要根据实际情况选择合适的荷载标准进行计算。
常见的荷载标准包括国家标准、行业标准和国际标准等。
3.2 荷载计算原理荷载计算是工程结构设计的关键步骤之一。
荷载计算的原理是根据结构的力学性质和荷载作用原理，通过建立合适的数学模型和计算方法，确定结构所受荷载的大小和作用方式。
在荷载计算过程中，需要合理选择荷载组合，并考虑荷载的不确定性因素，如荷载的变化范围、荷载作用时间等。
4、结构可靠度设计原理4.1 可靠度概念结构可靠度是指结构在使用寿命内满足安全可靠的要求的能力。
结构可靠度设计的目的是使结构在设计寿命内具有足够的可靠性，能够承受荷载的作用而不发生失效。
可靠度的计算可以采用不同的方法，如概率方法、极限状态设计方法等。
4.2 可靠度分析方法可靠度分析是结构可靠度设计的重要工具之一。
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
工程结构荷载与可靠度设计原理
工程结构荷载与可靠度设计原理工程结构荷载与可靠度设计原理是工程设计中非常重要的一个环节，它直接关系到工程结构的安全性和可靠性。
在工程结构设计中，荷载是指作用在结构上的外部力和力矩，而可靠度设计原理则是指在结构设计中考虑结构的荷载和材料的强度等因素，从而确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
首先，工程结构荷载包括静荷载和动荷载两种类型。
静荷载是指作用在结构上的恒定力或力矩，如自重、建筑物本身的重量、墙体的荷载等；动荷载是指作用在结构上的变化力或力矩，如风荷载、地震荷载、交通荷载等。
在设计工程结构时，需要对不同类型的荷载进行准确的计算和分析，以确保结构在受到各种荷载作用时能够保持稳定和安全。
其次，可靠度设计原理是指在结构设计中考虑结构的荷载和材料的强度等因素，从而确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
在工程结构设计中，需要对结构的荷载、材料的强度、结构的变形、破坏机制等因素进行全面的分析和计算，以确定结构的安全系数和可靠度水平。
通过合理的设计和施工措施，可以提高工程结构的安全性和可靠性，减少事故的发生概率，保障人员和财产的安全。
此外，工程结构荷载与可靠度设计原理还涉及到结构的设计标准、设计规范和检验方法等方面。
在设计工程结构时，需要严格遵守相关的设计标准和规范，对结构的荷载和可靠度进行评估和检验。
同时，需要采用先进的计算方法和分析工具，对结构的受力性能和可靠度进行全面的评估和验证，以确保结构在使用过程中能够满足安全可靠的要求。
总之，工程结构荷载与可靠度设计原理是工程设计中至关重要的一个环节，它直接关系到工程结构的安全性和可靠性。
只有充分理解和应用这些设计原理，才能够设计出安全可靠的工程结构，为人们的生活和生产提供更加稳定和可靠的保障。
因此，在工程设计中需要高度重视工程结构荷载与可靠度设计原理，不断提高设计水平和技术水平，为社会的可持续发展做出积极的贡献。
工程结构荷载与可靠度设计原理
工程结构荷载与可靠度设计原理工程结构荷载设计原理是指根据工程所受到的外部荷载及其影响，在设计中合理确定各种荷载的作用方式、计算方法和作用大小，以确保结构的安全可靠性。
在荷载设计原理中，结构荷载主要包括恒载、活载和自重荷载。
恒载是指结构在使用过程中持续存在的荷载，如自重、固定设备和常设荷载等。
活载是指结构所受到的可变荷载，如人员、设备、风荷载和流体荷载等。
自重荷载是指结构自身的重量所引起的荷载。
恒载的设计原理是根据结构本身的质量和统计数据确定荷载的大小。
常见的恒载有自重、固定设备质量、楼板养护荷载等。
活载的设计原理是根据实际使用情况及相关规范给出的活载标准确定荷载的大小。
常见的活载有人员荷载、设备荷载、风荷载和流体荷载等。
自重荷载的设计原理是根据结构的材料和形状确定其自身的重量，并将其作为荷载计算时考虑。
在可靠度设计原理中，考虑工程结构荷载的可靠度是确保结构安全可靠的重要步骤。
可靠度设计原理主要包括可靠度指标的选择、荷载概率分布的确定和可靠度分析方法的应用。
可靠度指标是衡量结构安全可靠性的一个重要指标，常用的指标有可靠系数、可靠指标和可靠指数等。
荷载概率分布是指荷载的大小在一定区间内发生的概率分布情况，常用的分布有正态分布和广义极值分布等。
可靠度分析方法是根据荷载概率分布和结构响应的关系，通过数学模型和统计方法计算结构的可靠度。
常用的可靠度分析方法有可靠指数法、蒙特卡洛模拟法和极限状态法等。
综上所述，工程结构荷载与可靠度设计原理是确保结构安全可靠性的基础。
在设计中，通过合理确定荷载的作用方式、计算方法和作用大小，以及考虑荷载的可靠度指标和概率分布，可以保证结构在荷载作用下具有足够的安全可靠性。
工程结构荷载与可靠度设计原理(第3版)总结
工程结构荷载与可靠度设计原理（第3版）目录第1篇工程结构荷载第1章荷载类型§1.1 荷载与作用(概念与分类)§1.2 作用的分类思考题第2章重力(怎样算荷载，雪荷载，楼面活荷载)§2.1 结构自重§2.2 土的自重应力§2.3 雪荷载（定义，影响因数）§2.4 车辆荷载（分类，荷载分布形式）§2.5 楼面活荷载（折减的问题；面积越大，荷载布满可能性越小）§2.6 人群荷载思考题第3章侧压力（三种土压力，不考计算）§3.1 土的侧向压力（了解）§3.2 水压力及流水压力（了解）§3.3 波浪荷载（了解）§3.4 冻胀力（影响因素，三要素，原理，消除措施）§3.5 冰压力（了解，公式计算，种类）§3.6 撞击力（了解，用公式求撞击系数）思考题第4章风荷载（种类；平均风、脉动风计算）§4.1 风的有关知识（种类，非标准转化为标准怎么调整）§4.2 风压（风与风压的关系，横向风、顺风向怎么考虑影响因素）§4.3 结构抗风计算的几个重要概念§4.4 顺风向结构风效应（计算，由哪系数来体现）§4.5风向结构风效应（由哪系数来体现，怎样考虑影响因素）思考题第5章地震作用（不考）§5.1 地震基本知识§5.2 单质点体系地震作用§5.3 多质点体系地震作用思考题第6章其他作用（了解）§6.1 温度作用§6.2 变形作用§6.3 爆炸作用（原理，计算不考）§6.4 浮力作用（概念）§6.5 制动力、牵引力与冲击力（概念）§6.6 离心力§6.7 预加力思考题第2篇工程结构可靠度设计原理第7章荷载的统计分析（模型）§7.1 荷载的概率模型（知道属于什么概率模型，平稳二项随机过程的基本假定）§7.2 荷载的各种代表值（掌握）§7.3 荷载效应及荷载效应组合（掌握）思考题第8章结构抗力的统计分析§8.1 影响结构抗力的不定性（影响因素，这些因素怎样考虑，三个不定性）§8.2 结构构件材料性能的不定性§8.3 结构构件几何参数的不定性§8.4 结构构件计算模式的不定性§8.5 结构构件抗力的统计特征（对数正态分布及正态分布）思考题第9章结构可靠度分析§9.1 结构可靠度基本概念（重点掌握）§9.2 结构可靠度分析的实用方法（中心点法，验算点法的优缺点、计算，迭代计算的步骤）§9.3 随机变量间的相关性对结构可靠度的影响（了解，有影响，怎么考虑）§9.4 结构体系的可靠度（概念，判断，上下界怎么考虑）思考题第10章结构概率可靠度设计法§10.1 结构设计的目标（可靠指标怎么确定，有哪些影响因素）§10.2 结构概率可靠度的直接设计法（中心点法计算）§10.3 结构概率可靠度设计的实用表达式（公式看，系数怎么得到的原则、基本原理）思考题。
工程结构荷载与可靠度设计原理第1章荷载类型
本章介绍了工程结构的各种荷载类型，包括静态荷载、动态荷载、水平荷载、 竖向荷载、温度荷载、自然灾害荷载以及其他荷载类型。
荷载概述
结构荷载
工程结构所承受的所有荷载，如 自重、人工荷载和环境荷载。
建筑荷载
对建筑物结构产生作用的各种荷 载，如人员活动荷载和家具设备 荷载。
淤水荷载
建筑物承受的水下淤泥的竖向 荷载。
温度荷载
温度变化荷载
结构因温度变化而引起的体积膨 胀而产生的热量作 用。
热辐射荷载
结构表面吸收和辐射的热量产生 的荷载。
自然灾害荷载
1 地震荷载
地震引起的结构振动和地 表位移所产生的荷载。
2 风暴荷载
暴风雨引起的风荷载和风 压荷载。
自重荷载
工程结构自身的重量所产生的荷 载。
静态荷载
恒载
恒定作用在结构上的荷载， 如自重和常设荷载。
变动荷载
按一定规律或时变作用在结 构上的荷载，如雪荷载和螺 旋桨作用荷载。
颤动荷载
由于机械或气动装置的振动 引起的周期性变动荷载。
动态荷载
冲击荷载 振动荷载
存在瞬间冲击的荷载，如爆炸或地震引起的冲击。
频率较高的动态荷载，如车辆通过桥梁引起的振 动。
水平荷载
1
风荷载
风对建筑物和结构产生的水平荷载。
水流荷载
2
水流对桥梁和海洋工程结构产生的荷载。
3
震荡荷载
地震引起的结构振荡产生的水平荷载。
竖向荷载
人工荷载
对建筑物结构产生的竖向荷载， 如人员活动和家具设备荷载。
雪荷载
积雪对建筑物和结构产生的竖 向荷载。
3 洪水荷载
工程结构荷载与可靠度设计原理第一部分小结
结构功能函数与极限状态
抗力R
2024/10/13
S1<R1（可靠）
R1
Z1
R2
Z2
S2>R2（失效）
S1
S2
结构所处状态
作用效应S
结构可靠度计算
基本计算公式
结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构在规定的时间内（设计使用 基准期），规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用、正常维 修），完成预定功能的概率。
2024/10/13
验算点法对中心点法的改进
中心点法的缺点2 ➢没有考虑随机变量概率分布类型的信息。
验算点法对中心点法的改进2 ➢当基本变量Xi 具有分布类型的信息时，将Xi的分布在 （X1*, X2*,·····, Xn*）处以与正态分布等价的条件，变换为当量正态 分布，这样可使所得的可靠指标与失效概率之间有一个明确 的对应关系，从而在β中合理地反映了分布类型的影响。
n i2
S Qi Ci Qik
1
R
R
fk , ak ,
结构重要性系数
由于各国荷载和抗力标准值确定的方式不同，设计目标可靠度
的水准也有差异，因此不同国家结构设计表达式的分项系数取
值均不相同。各国的荷载分项系数、抗力分项系数与荷载标准
2024/10/13
验算点法基本原理
在验算点上概率分布函数相等
Fi
(
X
* i
)
X *
i
X
' i
X
' i
X
' i
X
* i
Φ
1[
Fi
(
X
* i
)]
X
' i
中南大学《工程结构可靠度设计原理》课件第一章-荷载与作用
2.按随空间位置的变异分类 固定作用—在结构空间位置上固定分布 可动作用—在结构空间位置上的一定范
围内任意分布 3.按结构的反应分类 静态荷载/作用（static load/action）结构产生的
加速度可忽略 动态荷载/作用（ Dynamic load/action）结构产
教材：
[2] Nowak, A. S., and K. R. Collins (2000). Reliability of Structures. McGraw-Hill, New York, NY. 张川导读，重庆大学出版社，2005年3月
参考书：
生的加速度不可忽略
作用
引起结构内力和变形的一切原因。
直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构， 也称为荷载；
间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生 结构效应。
爆炸作用
地震作 用基础 不均 匀沉 降风荷载温度作 用
[1] 李国强等.工程结构荷载与可靠度设计原理. 中国建筑工业出版社. 2005.12 (第三版)
1.按随时间的变异分类： 永久荷载/作用 （permanent load/action） 设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均
值相比可以忽略不计 可变荷载/作用(variable load/action) 设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值
相比不可忽略 偶然荷载/作用（accidental load/action） 设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且
第一篇 工程结构荷载
第一章 荷载类型
1.1 荷载与作用
各种材料的自重
人群和车辆
设备和家具
风压力、水压力和土压 力
爆炸、冲击、制动、离 心作用等产生的作用在 结构上的其他物体的惯 性力
结构设计原理小结
结构设计原理小结第一篇：结构设计原理小结一钢筋砼结构：筋或钢筋骨架的砼制成的结构。
由配置受力的普通钢2.土的变形将随时间而增加，徐变：在荷载的长期作用下，混凝亦即在应力不变的情况下，间继续增长。
3.混凝土的应变随时用下产生的应力大小②加荷时砼的徐变影响因素：①砼在长期荷载作龄期③砼的组成成分和配合比④养护及使用条件下的温度与湿度4.化学过程中体积随时间推移而减小收缩：在混凝土凝结和硬化的物理的现象5.部分超过某一特定状态而不能满足极限状态：当整个结构或结构的一设计规定的某一功能要求时，则此特定状态成为该功能的极限状态。
6.构构件达到最大承载能力，承载力极限状态：对应于结构或结或不适于继续承载的变形或变位的状态。
个结构或结构的一部分作为刚体失①整去平衡如滑动倾覆②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏劳破坏）（包括疲继续承载③结构转变成机动体系④或因过度的塑性变形而不能结构或结构构件丧失稳定如柱的屈压失稳7.结构构件达到正常使用或耐久性能正常使用极限状态：对应于结构或的某项限值的状态。
或外观的变形②影响正常使用或耐①影响正常使用久性的局部损坏③影响正常使用的振动④影响正常使用的其他特定状态8.定的条件下，完成预定功能的概率可靠度：结构在规定时间内，在规9.全等级②砼构件破坏类型可靠度指标与什么有关：①结构安一、1.来协助混凝土承担压力的截面双筋截面名词解释：在截面受压区配置钢筋2.My=Mu界限破坏/平衡破坏：当ρ增大到使混凝土压碎几乎同时发生。
时，受拉钢筋屈服与受压区3.界限破坏梁的受拉区钢筋达到屈服应变/平衡破坏：当钢筋混凝土εy缘也同时达到其极限压应变而开始屈服时，受压区混凝土边而破坏εcu1.四章相对界限受压区高度ξb： 1.力剪跨比：-名词解释受弯构件斜截面破坏形态和抗剪能σ与剪应力剪跨比τ的相对比值，m反映了梁内正应是影响力的主要因素，2.配箍率：六七章1.考虑纵向挠曲影响偏心距增大系数η：-名词向力偏心距增大系数（二阶效应）偏心受压构件的轴2.构件计算中，稳定系数φ：附加效应使构件承载力降低的计算考虑构建长细比增大的钢筋混凝土轴心受压系数成为轴心受压构件的稳定系数。
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Xi
可靠度 Pf ( ) 1 ( )
2016/12/20
可靠度指标β的几何意义
情况1：极限状态方程为线性函数
2016/12/20
可靠度指标β的几何意义
情况2：极限状态方程为非线性函数
2016/12/20
验算点法对中心点法的改进
中心点法的缺点1
功能函数在平均值处展开不尽合理；对非线性可能带来较 大的误差。
验算点法对中心点法的改进1
当功能函数Z为非线性曲面时，不以通过中心点的切平面作 为线性近似，而以通过 Z ＝ 0上的某一点 X* （ X1*, X2*,· · · · ·, Xn*）的切平面作为线性近似，以减小中心点法的误差。该点 X* 称为验算点，验算点法可使X* 收敛于标准化空间中极限状 态曲面到原点的最近距离点。
（1）、（4）、（5）为结构的安全性； （2）为结构的适用性； （3）为结构的耐久性
2016/12/20
统称为结构的可靠性
结构可靠度的概念
结构可靠性
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。
结构可靠度
结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。 是结构可靠性的概率度量。 规定的时间：一般是指设计使用基准期。在同样的条件下， 规定的时间越长，结构的可靠度越低。 规定的条件：指正常设计、正常施工、正常使用、正常维 修，排除人为错误或过失因素。
i
X
i
X 均值 Z g X , X ,....
1 2
n
2
方差 Z
2016/12/20
g X i 1 i
n
Xi
X
i
结构可靠度实用分析方法——中心点法
情况2：结构功能函数为非线性函数
1 2 n
g X , X ,.... X Z 可靠指标 2 Z n g X X i i 1
工程结构荷载与可靠度设计原理
第一部分小结
结构可靠度分析的概念和原理 荷载与结构抗力的统计分析
结构设计理论的发展
结构设计的发展：从伽利略至今三百余年里，结构设计经 历了各种演变，可从以下两个方面进行归纳：
从结构设计理论上 弹性理论 从设计方法上 定值设计法
极限状态理论 概率设计法
2016/12/20
n
X
*
g ( 2 X i X
i
X )
i
X
*
i
g Z i ( X i i 1
n
X )
i
灵敏系数：第 i 个 随机变量对整个标 准差的相对影响。
X
*
2016/12/20
验算点法基本原理
可靠指标
Z Z
n
g ( X X ) X i i 1
2016/12/20
结构设计中的不确定性因素
总结
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； 荷载及结构的抗力不是确定性的量，它们是随机变量，因 此绝对可靠的结构设计是不存在的！ 由于结构的荷载和抗力存在随机不确定性，所以必须采用 结构可靠度理论研究结构的可靠性问题。
2016/12/20
( ai X ) 2
结构可靠度实用分析方法——中心点法
情况2：结构功能函数为非线性函数
结构功能函数 Z g X 1 , X 2 ,....X n
将Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项
Z g X , X ,.... X
1 2 n
g X X
n i 1 i X i
n
i
* i
X*
i (
i 1
i
g X i
X )
i
X
*
X i* X i X
i
采用逐次迭代！
2016/12/20
验算点法基本原理
非正态随机变量的情况 基本思路：
一般情况下 ,在结构的极限状态中往往含有非正态随机变量， 如结构的抗力一般服从对数正态分布，活荷载一般服从极值 Ⅰ 型分布或其他分布等。对于这种情况下的可靠度分析，一 般要把非正态变量当量化为正态分布随机变量。
可靠度 失效概率
P s PZ 0 Pf PZ 0
f
0
z
( Z )dZ f z ( Z )dZ
0
P s Pf 1
•结构可靠度满足： Z>0具有相当大的概率或 Z<0 具有相当小的概率；
2016/12/20
•通常采用失效概率来度量结构的可靠度。
可靠指标
1
n
n
X*
均值
g Z g ( X , X 2 ,, X n ) ( X X i ) X i i 1
1
i
0
X*
g Z ( X X i ) X i i 1
n
i
2016/12/20
X*
验算点法基本原理
标准差
Z
2016/12/20
极限状态设计原则
极限状态
结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠” 的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态”。 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计 指定的某一功能要求，这个特定状态成为该功能的极限状态。 按此状态进行设计的原则称为极限状态设计原则。
2016/12/20
验算点法对中心点法的改进
中心点法的缺点2
没有考虑随机变量概率分布类型的信息。
验算点法对中心点法的改进2
当基本变量Xi 具有分布类型的信息时，将Xi的分布在 （X1*, X2*,· · · · ·, Xn*）处以与正态分布等价的条件，变换为当量正态 分布，这样可使所得的可靠指标与失效概率之间有一个明确 的对应关系，从而在β中合理地反映了分布类型的影响。
2016/12/20
结构设计要求与目标可靠度
目标可靠度
目标可靠度对设计结果的影响： 结构目标可靠度定得越高，则结构设计得很强，使结构造价加 大；反之，则结构设计得很弱，造价降低，产生不安全感。 目标可靠度确定原则：
结构设计计算的理论和方法 容许应力法 破损阶段设计法 多系数极限状态设计法 基于可靠性理论的概率极限状态法
结构设计中的不确定性因素
不确定性 随机性：由于事件发生的条件不充分，使得在条件与事件 之间不能出现必然的因果关系，从而导致在事件的出现上 表现出的不确定性，如“抛硬币”等。——人类认识到的 第一种不确定性。 解决手段：概率论、数理统计、随机过程理论。 模糊性：由于概念边界划分标准的模糊不清而产生的不确 定性称为模糊性，例如，“高与矮”，“冷与热”等。 解决手段：模糊集合理论、模糊随机过程理论。 知识的不完善性：由于人类认识上的局限性而造成的，所 以又叫主观认识的未确定性，如“人体有多少根头发”等。 解决手段：灰色系统理论。
结构功能函数与极限状态
抗力R
S1<R1（可靠） R1 R2 Z1
Z2
S2>R2（失效）
S1
2016/12/20
S2
作用效应S
结构所处状态
结构可靠度计算
基本计算公式
结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构在规定的时间内（设计使用 基准期），规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用、正常维 修），完成预定功能的概率。
结构可靠度的概念
1. 2. 3. 4. 5.
结构的功能要求 能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用； 保持良好的使用性能； 具有足够的耐久性能； 当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力； 当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持 必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防 止出现结构的连续倒塌。
2016/12/20
可靠指标
房屋建筑结构构件的可靠指标
——《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）
安全等级 破坏类型
一级
二级
三级
延性破坏
脆性破坏
3.7 4.2
3.2 3.7
2.7 3.2
2016/12/20
结构可靠度实用分析方法——中心点法
情况1：结构功能函数为线性函数
Z a0
2016/12/20
验算点法基本原理
非正态随机变量的情况
当量正态化的条件:
（ 1 ）在设计验算点 Xi* 处，当量正态化随机变量 Xi’ 的概率分
布函数值与原随机变量Xi的概率分布函数值相等； （ 2 ）在设计验算点 Xi* 处，当量正态化随机变量 Xi’ 的概率密
度函数值与原随机变量Xi的概率密度函数值相等。
钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念 结构的功能 安全性 适用性 耐久性 受弯承载力 挠度变形 裂缝宽度 可靠 极限状态 失效
M < Mu f < [f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
2016/12/20
2016/12/20
验算点法基本原理
在验算点上概率分布函数相等
X i* X Fi ( X i* ) X