工程结构荷载与可靠度设计原理.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《工程结构荷载与可靠度设计原理.pptx》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 结构 荷载 可靠 设计 原理
- 资源描述:
-
1、结构可靠度分析的概念和原理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荷载与结构抗力的统计分析第一部分小结第一部分小结工程结构荷载与可靠度设计原理结构设计理论的发展 l结构设计的发展: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:历了各种演变,可从以下两个方面进行归纳:从结构设计理论上从结构设计理论上 弹性理论弹性理论 极限状态理论极限状态理论 从设计方法上从设计方法上 定值设计法定值设计法 概率设计法概率设计法 l结构设计计算的理论和方法结构设计计算的理论和方法容许应力法容许应力法 破损阶段设计法破损阶段设计
2、法 多系数极限状态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基于可靠性理论的概率极限状态法2022-8-2结构设计中的不确定性因素 l不确定性不确定性随机性:随机性:由于事件发生的条件不充分,使得在条件与事件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,如表现出的不确定性,如“抛硬币抛硬币”等。等。人类认识到的人类认识到的第一种不确定性。第一种不确定性。解决手段:解决手段:概率论、数理统计、随机过程理论。概率论、数理统计、随机过程理论。模糊性:模糊性:由于概念边界划
3、分标准的模糊不清而产生的不确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,定性称为模糊性,例如,“高与矮高与矮”,“冷与热冷与热”等。等。解决手段:解决手段:模糊集合理论、模糊随机过程理论。模糊集合理论、模糊随机过程理论。知识的不完善性:知识的不完善性:由于人类认识上的局限性而造成的,所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,如以又叫主观认识的未确定性,如“人体有多少根头发人体有多少根头发”等。等。解决手段:解决手段:灰色系统理论。灰色系统理论。在结构可靠性理论中以在结构可靠性理论中以随机性随机性为研究重点为研究重点2022-8-2结构设计中的不确定性因素
4、l结构工程中的随机性结构工程中的随机性物理、几何不确定性:如材料、杆件尺寸、截面积、残余物理、几何不确定性:如材料、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等相关因素。应力、初始变形等相关因素。统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时,总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带时,总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定经验技术性,这种不确定性称为统计的不确定性,来一定经验技术性,这种不确定性称为统计的不确定性,是缺乏理论因素而成。是缺乏理论因素而成。模型的不确定性:为了对结构进行分析,所提假设、数学模型的不确定性:为了
5、对结构进行分析,所提假设、数学模型、边界条件以及目前结构技术水平难以在计算中反映模型、边界条件以及目前结构技术水平难以在计算中反映的种种因素,是很多不具备施工者完成因素,所导致理论的种种因素,是很多不具备施工者完成因素,所导致理论值实际承截力的差异,都归结为模型的不确定性。值实际承截力的差异,都归结为模型的不确定性。2022-8-2结构设计中的不确定性因素l总结总结结构的设计、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;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
6、是不存在的!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。结构可靠度理论研究结构的可靠性问题。2022-8-2结构可靠度的概念 l结构的功能要求结构的功能要求1.能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用;能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用;2.保持良好的使用性能;保持良好的使用性能;3.具有足够的耐久性能;具有足够的耐久性能;4.当发生火灾时,在规定的时间内可保持足够的承载力;当发生火灾时,在规定的时间内可保持足够的承载力;5.当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,
7、结构能保持当发生爆炸、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。止出现结构的连续倒塌。(1)、()、(4)、()、(5)为结构的安全性;)为结构的安全性;(2)为结构的适用性;)为结构的适用性;(3)为结构的耐久性)为结构的耐久性统称为结构的可靠性统称为结构的可靠性2022-8-2结构可靠度的概念 l结构可靠度结构可靠度结构在规定的时间内,规定的条件下结构在规定的时间内,规定的条件下,完成预定功能的概率完成预定功能的概率。是是结构可靠性的概率度量。结构可靠性的概率度量。规定的时
8、间:一般是指设计使用基准期。在同样的条件下,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。修,排除人为错误或过失因素。l结构可靠性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。力。2022-8-2极限状态设计原则l极限状态极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构是“可靠可
9、靠”的或的或“有效有效”的。反之,则结构为的。反之,则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限极限状态状态”。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。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。按此状态进行设计的原则称为极限状态设计原则。2022-8-2结构功能函数与极限状态结构所处状态结构所处状态 作用效应作用效应S抗力抗力RR1R2
10、R=S(极限状态)(极限状态)Z1Z2S2R2(失效)(失效)S10具有相当大的概率或具有相当大的概率或 Z0 具有相当小的概率具有相当小的概率;通常通常采用失效概率来度量结构的可靠度采用失效概率来度量结构的可靠度。2022-8-2可靠指标l基本概念基本概念标准差、均值、变量相互独立的正态随机、SRSRSRSRSR222,SRZSRZZSRZ亦为正态随机变量22(0)0()ZZfZZZRSZZZZRSfZZpP ZPPZYpP YY 令:,则:其中:标准正态随机变量;()标准正态分布函数2022-8-2可靠指标 延性破坏延性破坏三级三级二级二级一级一级 脆性破坏脆性破坏 安全等级安全等级破坏类
11、型破坏类型3.73.22.74.23.73.2房屋建筑结构构件的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工程结构可靠性设计统一标准(GB50153-2008)2022-8-2结构可靠度实用分析方法中心点法l情况情况1 1:结构功能函数为线性函数:结构功能函数为线性函数iniiXaaZ10iXniiZaa1021)(iXniiZa结构功能函数结构功能函数均值均值方差方差根据概率论中心极限定理,当根据概率论中心极限定理,当n,Z 近似服从正态分布近似服从正态分布21110)(iiXniiniXZZaaa)(1)(fP可靠指标可靠指标可靠度可靠度2022-8-2结构可靠度实用分析
12、方法中心点法l情况情况2 2:结构功能函数为非线性函数:结构功能函数为非线性函数结构功能函数结构功能函数均值均值方差方差nXXXgZ,.,21将将Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数,并取线性项在各变量的均值点处展开成泰勒级数,并取线性项iiXnXiniiXXXXXggZ1,.,21nXXXZg,.,21niXiZiiXXg122022-8-2结构可靠度实用分析方法中心点法l情况情况2 2:结构功能函数为非线性函数:结构功能函数为非线性函数niXiXXXZZiiXnXgg12,.,21)(1)(fP可靠指标可靠指标可靠度可靠度2022-8-2可靠度指标的几何意义l情况情况1 1:极限状态方程为线
13、性函数:极限状态方程为线性函数2022-8-2可靠度指标的几何意义l情况情况2 2:极限状态方程为非线性函数:极限状态方程为非线性函数2022-8-2验算点法对中心点法的改进l验算点法对中心点法的改进验算点法对中心点法的改进1 1当功能函数当功能函数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,而以通过为线性近似,而以通过Z0上的某一点上的某一点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)的切平面作为线性近似,以减小中心点法的误差。该点X*称为称为验算点验算点,验算点法可使,验算点法可使X*收敛于标准化空间中极
14、限状收敛于标准化空间中极限状态曲面到原点的最近距离点。态曲面到原点的最近距离点。l中心点法的缺点中心点法的缺点1 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。大的误差。2022-8-2验算点法对中心点法的改进l验算点法对中心点法的改进验算点法对中心点法的改进2 2当基本变量当基本变量Xi 具有分布类型的信息时,将具有分布类型的信息时,将Xi的分布在的分布在(X1*,X2*,Xn*)处以与正态分布等价的条件,变换为处以与正态分布等价的条件,变换为当量正态当量正态分布分布,这样可使所得的可靠指标与失效概率之间有一个明确,这样可使所
15、得的可靠指标与失效概率之间有一个明确的对应关系,从而在的对应关系,从而在中合理地反映了分布类型的影响。中合理地反映了分布类型的影响。l中心点法的缺点中心点法的缺点2 2没有考虑随机变量概率分布类型的信息。没有考虑随机变量概率分布类型的信息。2022-8-2验算点法基本原理结构功能函数结构功能函数均值均值nXXXgZ,.,21将将Z在各变量的验算点在各变量的验算点X*(X1*,X2*,Xn*)处展开成泰勒级数处展开成泰勒级数*121)(),(XiniiinXgXXXXXgZ*121)(),(XiniiXnZXgXXXXgi*1)(XiniiXZXgXi0l正态随机变量的情况正态随机变量的情况20
16、22-8-2验算点法基本原理标准差标准差niXXiZiXg12*)()(*1121212iiiiiXXininiXXiXXiniXXiniXXiZXgXgXgXgXg)(*1iXXiniiZXgi灵敏系数:第灵敏系数:第i i个个随机变量对整个标随机变量对整个标准差的相对影响。准差的相对影响。2022-8-2验算点法基本原理可靠指标可靠指标)()(*11*iiXXiniiXiniiXZZXgXgXiiXiXiX*采用逐次迭代!采用逐次迭代!2022-8-2验算点法基本原理l非正态随机变量的情况非正态随机变量的情况基本思路:基本思路:一般情况下一般情况下,在结构的极限状态中往往含有非正态随机变量
17、,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型分布或其他分布等。对于这种情况下的可靠度分析,一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般要把非正态变量当量化为正态分布当量化为正态分布随机变量。随机变量。2022-8-2验算点法基本原理l非正态随机变量的情况非正态随机变量的情况当量正态化的条件当量正态化的条件:(1)在设计验算点)在设计验算点Xi*处,当量正态化随机变量处,当量正态化随机变量Xi的的概率分布概率分布函数函数值与原随机变量值与原随机变量Xi的概率分布函数
18、值相等;的概率分布函数值相等;(2)在设计验算点)在设计验算点Xi*处,当量正态化随机变量处,当量正态化随机变量Xi的的概率密度概率密度函数函数值与原随机变量值与原随机变量Xi的概率密度函数值相等。的概率密度函数值相等。2022-8-2验算点法基本原理*)(iiXXiiiXXF)(*1*iiXiiiXXFX*1)(iiiXXiXiiXXf)(/)()(*1*iiiiiiXXiXXfXFXfXiii在验算点上概率分布函数相等在验算点上概率分布函数相等在验算点上概率密度函数相等在验算点上概率密度函数相等2022-8-2验算点法讨论1、在验算点法中,对于同一问题不管应用应力或荷载表示的、在验算点法中
19、,对于同一问题不管应用应力或荷载表示的极限状态方程,结果都是一样的。极限状态方程,结果都是一样的。2、在工程实际可靠度计算中,验算点法已作为求解可靠指标、在工程实际可靠度计算中,验算点法已作为求解可靠指标的基础,但只是在的基础,但只是在统计独立统计独立的的正态分布正态分布变量和具有变量和具有线性极限线性极限状态方程状态方程下才是精确的。下才是精确的。2022-8-2结构设计要求与目标可靠度目标可靠度对设计结果的影响: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,则结构设计得很大;反之,则结构设计
展开阅读全文