結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

---第六講1現(xiàn)狀：結(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的體系，體系抗力的統(tǒng)計分析是正在研究的問題，目前在設(shè)計中可供普遍應(yīng)用的只是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性分析。必要性：采用一次二階矩方法分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的可靠度時，必須知道結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的荷載效應(yīng)S和相應(yīng)的抗力R的概率分布及其統(tǒng)計參數(shù)，它們的正確與否直接影響著可靠度分析的正確與否和精度。第8章結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計分析2結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抵抗荷載效應(yīng)的能力。廣義地說，結(jié)構(gòu)抗力應(yīng)當包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外加作用的各種能力。---第8章結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計分析3軸向力、剪力、彎矩、扭矩等撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)角混凝土裂縫出現(xiàn)和開展受拉、受壓、受剪、受彎、受扭承載力剛度抗裂度結(jié)構(gòu)抗力。主要由材料性能、截面幾何參數(shù)、計算模式確定。第8章結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計分析4直接統(tǒng)計各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力以確定其統(tǒng)計參數(shù)和概率分布很困難，---8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性5現(xiàn)在的做法：分別找到影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的各主要因素，分別對它們進行統(tǒng)計分析，確定其統(tǒng)計參數(shù)，然后通過構(gòu)件抗力與各因素之間的函數(shù)關(guān)系，運用概率論的方法，求出抗力的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型。8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性6實際上：在求結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力統(tǒng)計參數(shù)時，并不求出抗力的分布類型，而是運用概率論中的近似公式，在運算過程中繞過了求關(guān)于自變量的隨機變量的聯(lián)合密度函數(shù)和多重積分。僅僅應(yīng)用簡單的求偏導數(shù)及代數(shù)運算來直接得到近似的統(tǒng)計參數(shù)。8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性7在求結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力統(tǒng)計參數(shù)時，常常采用概率論中的以下近似公式：8.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性88.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性98.1影響結(jié)構(gòu)抗力的不定性108.1影影響響結(jié)構(gòu)抗抗力的不不定性對結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件抗力力的不定定性起影影響的主主要因素素有三方方面：一、結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性；二、結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性；三、結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件計計算模式式的不定定性。一般認為為它們是是相互獨獨立的隨隨機變量量。118.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性材料性能能是指結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的各種種物理力力學性能能，如強強度、彈彈模、泊泊桑比、、收縮、、膨脹等等等。由由于材料料本身的的品質(zhì)差差異，導導致了材材料的不不定性。。128.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性需考慮實實際結(jié)構(gòu)構(gòu)中的材材料性能能與標準準試件材材料性能能的差別別，實際際工作條條件與標標準試驗驗條件的的差別。。138.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性148.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性158.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性16多年來，，我國組組織力量量對各種種結(jié)構(gòu)的的材料性性能，作作了大量量的調(diào)查查統(tǒng)計工工作，取取得了大大量的數(shù)數(shù)據(jù)。我國在取取得材料料性能的的統(tǒng)計參參數(shù)工作作上所作作的巨大大努力和和統(tǒng)計各各類作用用一樣，，是一件件十分重重要的基基礎(chǔ)工作作，意義義很大。。---8.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性17【例8-1】8.2結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件材材料性能能的不定定性188.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性結(jié)構(gòu)構(gòu)件件幾何參參數(shù)，一一般是指指構(gòu)件的的截面幾幾何特征征，如高高度、寬寬度、面面積、面面積矩等等等混凝土的的保護層層厚度、、箍筋間間距等，，還包括括構(gòu)件的的長度、、跨度、、偏心距距等，當當然也包包括有這這些幾何何參數(shù)構(gòu)構(gòu)成的函函數(shù)。---19結(jié)構(gòu)構(gòu)件件幾何參參數(shù)的不不定性，，主要是是指制作作尺寸偏偏差和安安裝誤差差等引起起的結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的變異異性。反映了制制作和安安裝后的的實際結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件與所設(shè)設(shè)計的標標準結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件之之間幾何何上的差差異。8.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性208.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性21幾何參數(shù)數(shù)的標準準值aK一般可采采用設(shè)計計圖紙中中的設(shè)計計值。結(jié)構(gòu)構(gòu)件件幾何參參數(shù)值A(chǔ)和Va應(yīng)以正常常生產(chǎn)情情況下的的實測數(shù)數(shù)據(jù)為基基礎(chǔ)，經(jīng)經(jīng)統(tǒng)計分分析而獲獲得。8.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性22結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的絕對幾何何尺寸越越大，其變異異所占比比例就越越小，即即變異性越越小。例如截截面很大大的鋼筋筋混凝土土梁、柱柱的變異異性要小小于尺寸寸很小的的預(yù)制薄薄板和鋼鋼結(jié)構(gòu)的的變異性性。所以以結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件截面面幾何特特征的變變異對結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的可靠靠度影響響較大，，一般不不可忽視視；而結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的長長度、跨跨度等變變異的影影響則相相對較小小，有時時可按確確定量來來考慮。。8.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾幾何參數(shù)數(shù)的不定定性23【例8-2】8.3結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不不定性248.4結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件計算模式的不不定性結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算模式式的不定性，主要要是指抗力計算中中采用的某些基本本假定的近似性和和計算公式的不精精確性等引起的對對結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力估估計的不定性，有有時被稱為計算““模型誤差”。---25結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算模式式的不定性可以用用隨機變量KP表示：8.4結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件計算模式的不不定性26我國對各種結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、、變形、裂縫性能能等進行了大量研研究，取得了一大大批數(shù)據(jù)。例如鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件在全國各高校校、科研單位進行行了各類構(gòu)件的各各種試驗，取得5000多個構(gòu)件件的各種數(shù)據(jù)，砌砌體和鋼結(jié)構(gòu)也各各做了幾百個試件件。8.4結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件計算模式的不不定性278.4結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件計算模式的不不定性【例8-3】28由于結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件抗力是是多個隨機機變量的函函數(shù)，如果果已知各隨隨機變量的的概率分布布，理論上上說可以通通過多維積積分求得抗抗力的概率率分布，但但是實際上上會在數(shù)學學上遇到很很大困難。。在實際工程程中，常常常根據(jù)概率率論原理，，例如中心心極限定理理，來假定定抗力的概概率分布函函數(shù)。8.5.2結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件抗力力的分布類類型29如果Xi(i=1,2,…)是相互獨獨立的隨機機變量序列列，其中任任何一個都都不占優(yōu)勢勢，那么無無論隨機變變量Xi服從怎樣的的分布，它它們的和當當n很大時時，就服從從正態(tài)分布布；當隨機變量量之積為Y=X1X2﹊Xn，則LnY=LnX1+LnX2++LnXn,當n充分大大時，LnY近似服服從正態(tài)分分布，故Y近似服從從對數(shù)正態(tài)態(tài)分布。8.5.2結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件抗力力的分布類類型30實際上，因因結(jié)構(gòu)構(gòu)件件抗力一般般由好幾個個隨機變量量經(jīng)四則運運算而得，，所以其概概率分布應(yīng)應(yīng)是偏態(tài)的的。但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件抗力的的近似模式式多是Y=X1X2﹊Xn或Y=X1X2X3+X4X5X6+的函數(shù)形式式，所以在在實用上，，無論Xi（i=1,2,）服從什么么分布，均均可假定抗抗