结构概率可靠设计法63课件

第一节第一节 土木工程结构设计方法的历史与变革土木工程结构设计方法的历史与变革 一、容许应力法一、容许应力法 19世纪以后，世纪以后，Navier提出了基于弹性理论的容许应力法。提出了基于弹性理论的容许应力法。二、破损阶段设计法二、破损阶段设计法 20世纪世纪30年代，前苏联学者格沃兹捷夫、帕斯金尔纳克等经过研究，提出了年代，前苏联学者格沃兹捷夫、帕斯金尔纳克等经过研究，提出了按破损阶段的设计方法。假定材料已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破损内按破损阶段的设计方法。假定材料已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破损内力建立计算公式。例如受弯构件正截面承载力计算，要求：力建立计算公式。例如受弯构件正截面承载力计算，要求：三、多系数极限状态设计法三、多系数极限状态设计法 半经验半概率的方法。半经验半概率的方法。1.极限状态的概念；极限状态的概念；2.承载能力极限状态设计中，采用多个系数来分别反映承载能力极限状态设计中，采用多个系数来分别反映荷载、材料性能及工作条件等方面随机因素的影响；荷载、材料性能及工作条件等方面随机因素的影响；3.开始将荷载和材料强度作开始将荷载和材料强度作为随即变量，采用数理统计方法进行调查分析后确定。为随即变量，采用数理统计方法进行调查分析后确定。四、基于可靠性理论的概率极限状态设计法四、基于可靠性理论的概率极限状态设计法 20世纪世纪40年代美国学者弗劳腾脱开创性地提出了结构可靠度理论，到年代美国学者弗劳腾脱开创性地提出了结构可靠度理论，到20世纪世纪6070年代结构可靠性理论得到了很大的发展。康乃尔于年代结构可靠性理论得到了很大的发展。康乃尔于1969年提出了与结构失年提出了与结构失效概率效概率pf相联系的可靠指标相联系的可靠指标 作为衡量结构可靠度的一种统一定量指标，并建作为衡量结构可靠度的一种统一定量指标，并建立了计算结构可靠度的二阶矩模式。立了计算结构可靠度的二阶矩模式。1971年加拿大学者林德提出了分项系数的年加拿大学者林德提出了分项系数的概念，将可靠指标表达成设计人员习惯采用的分项系数形式。概念，将可靠指标表达成设计人员习惯采用的分项系数形式。1971年，结构安年，结构安全度联合委员会（全度联合委员会（JCSS）成立。成立。概率极限状态设计法，就是在上述可靠性理论的基础上，将影响结构可靠性概率极限状态设计法，就是在上述可靠性理论的基础上，将影响结构可靠性的几乎所有参数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数和部分参的几乎所有参数都作为随机变量，运用概率论和数理统计分析全部参数和部分参数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校核结构。数，计算结构的可靠指标或失效概率，以此设计或校核结构。三个水准：半概率法、三个水准：半概率法、近似概率法近似概率法、全概率法。、全概率法。第二节第二节 结构可靠度基本原理结构可靠度基本原理 一、结构的功能要求一、结构的功能要求 结构在规定的结构在规定的设计使用年限设计使用年限内应满足下列功能要求：内应满足下列功能要求：1 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用2 2、在正常使用时具有良好的工作性能、在正常使用时具有良好的工作性能3 3、在正常维护下具有、在正常维护下具有足够的耐久性足够的耐久性4 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、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整体稳定性 1 1项、项、4 4项项 结构安全性的要求结构安全性的要求 2 2项项 结构适用性的要求结构适用性的要求 3 3项项 结构耐久性的要求结构耐久性的要求 结构在结构在规定的时间规定的时间（设计使用年限）（设计使用年限）内内，在，在规定的条件规定的条件下下（正常设计、（正常设计、正常施工、正常使用），正常施工、正常使用），完成预定功能的能力完成预定功能的能力结构的可靠性，包结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久性括结构的安全性、适用性和耐久性(链接链接)设计基准期设计基准期(design reference period)(design reference period)-为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数 规范所采用的设计基准期为规范所采用的设计基准期为5050年年 设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限设计基准期不等同于建筑结构的设计使用年限 足够的耐久性足够的耐久性-指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下结构能够从工程概念上讲，足够的耐久性就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。正常使用到规定的设计使用年限。整体稳定性整体稳定性-指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌损坏而不致发生连续倒塌(返回返回)二、结构的设计基准期和设计使用年限二、结构的设计基准期和设计使用年限 设计使用年限设计使用年限(design working life)(design working life)-设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期目的使用使用的时期的时期-即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使达到的使用年限，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因用与维修的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因类别类别设计使用年限（年）设计使用年限（年）示示 例例1 15 5临时性结构临时性结构2 22525易于替换的结构构件易于替换的结构构件3 35050普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4 4100100纪念性建筑和特别重要的建筑结构纪念性建筑和特别重要的建筑结构(返回返回)GB50068-2001GB50068-2001规定：结构设计使用年限分类规定：结构设计使用年限分类三、结构的安全等级三、结构的安全等级一、建筑结构的安全等级一、建筑结构的安全等级-结构破坏可能产生的后果结构破坏可能产生的后果(危及人的生命危及人的生命、造成经济损失造成经济损失、产生社会产生社会影响影响等等)的严重性的严重性 一级、二级、三级一级、二级、三级 建筑物中各类建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋二级二级严重严重一般的房屋一般的房屋三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 “极限状态极限状态(limit state)(limit state)”定义定义 整个结构或结构的一部分超过某一整个结构或结构的一部分超过某一特定状态特定状态(达到极限承载力；失稳；达到极限承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不能满足设计规定的某一功就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为能要求，此特定状态称为该功能的极限状态该功能的极限状态 结构的极限状态结构的极限状态 结构失效的临界状态结构失效的临界状态 “极限状态极限状态”分类分类 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态四、结构的极限状态四、结构的极限状态 承载能力极限状态承载能力极限状态-结构或结构构件达到最大承载力结构或结构构件达到最大承载力或或不适于继续承载的变形不适于继续承载的变形 承载能力极限状态标志承载能力极限状态标志（1 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（2 2）结结构构构构件件或或连连接接因因超超过过材材料料强强度度而而破破坏坏(包包括括疲疲劳劳破破坏坏)，或或因因过过度度变形而不适于继续承载变形而不适于继续承载（3 3）结构转变为机动机构）结构转变为机动机构（4 4）结构或结构构件丧失稳定性）结构或结构构件丧失稳定性 (5)(5)地基丧失承载力而破坏地基丧失承载力而破坏 保证结构或构件的安全性保证结构或构件的安全性 正常使用极限状态正常使用极限状态-结构或结构构件达到正常使用结构或结构构件达到正常使用或或耐久性的某项规定限值耐久性的某项规定限值 正常使用极限状态标志正常使用极限状态标志（1 1）影响正常使用或外观的变形）影响正常使用或外观的变形（2 2）影响正常使用或耐久性的局部破坏）影响正常使用或耐久性的局部破坏(包括裂缝包括裂缝)（3 3）影响正常使用的振动）影响正常使用的振动（4 4）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等)保证结构或构件的适用性、耐久性保证结构或构件的适用性、耐久性 结构的三种设计状状况结构的三种设计状状况（根据结构在施工和使用中的环境条件和影响）（根据结构在施工和使用中的环境条件和影响）1 1、持久状况持久状况在结构使用过程中一定出现，其在结构使用过程中一定出现，其持续期持续期很长很长(一般与设计一般与设计使用年限为同一数量级使用年限为同一数量级)的状况。的状况。2 2、短暂状况短暂状况在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等。限相比，持续期很短的状况。如施工和维修等。3 3、偶然状况偶然状况在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如火灾、爆炸、撞击等。如火灾、爆炸、撞击等。建筑结构的三种设计状况应分别进行承载力极限状态设计建筑结构的三种设计状况应分别进行承载力极限状态设计1 1、对三种状况，、对三种状况，均均应进行承载力极限状态设计应进行承载力极限状态设计2 2、对持久状况，、对持久状况，尚尚应进行正常使用极限状态设计应进行正常使用极限状态设计3 3、对短暂状况，、对短暂状况，可根据需要可根据需要进行正常使用极限状态设计进行正常使用极限状态设计 极限状态方程极限状态方程 基本变量基本变量:作用效应作用效应S S、结构抗力、结构抗力R-R-随机变量随机变量 结构的功能函数结构的功能函数 Z=g(R,S)=R-S 极限状态方程极限状态方程 Z=g(R,S)=R-S=0 SRZ=R-S=0Z0可靠区可靠区 Z0具有相当大的概率具有相当大的概率 或或 Z0 具有相当小的概率具有相当小的概率 结构完成预定功能的概率结构完成预定功能的概率P s=P(Z 0)-可靠概率可靠概率 结构不能完成预定功能的概率结构不能完成预定功能的概率Pf=P(Z0)-失效概率失效概率 P s+P f=1 P f=1-P s 采用采用失效概率失效概率Pf 来度量结构的可靠度来度量结构的可靠度五、结构可靠性与可靠度五、结构可靠性与可靠度结构设计可靠指标结构设计可靠指标 若若RN(R,R)，S N(S,S)，且且R、S 相互独立相互独立 Z=R-S N(z,z)，z=R-S，2z=2R+2S六、结构设计可靠指标六、结构设计可靠指标 可用结构可靠指标可用结构可靠指标 来度量结构的可靠性来度量结构的可靠性 P s+P f=1 =z/z P f P s P f=1-()结构可靠指标结构可靠指标 1.当结构抗力当结构抗力R和荷载效应和荷载效应S均服从正态分布且相互独立时：均服从正态分布且相互独立时：2.当结构抗力当结构抗力R和荷载效应和荷载效应S均服从对数正态分布且相互独立时：均服从对数正态分布且相互独立时：七、结构设计目标可靠指标七、结构设计目标可靠指标 确定确定 考虑的因素：考虑的因素：公众心理公众心理 =2.5-4.0 对工程结构，在设计基准期内，对工程结构，在设计基准期内，p f 5 10-3 结构较安全结构较安全 p f 5 10-4 结构安全结构安全 p f 5 10-5 结构很安全结构很安全 结构重要性结构重要性-结构的安全等级（一级、二级、三级）结构的安全等级（一级、二级、三级）结构破坏性质结构破坏性质-脆性结构的脆性结构的 应高于延性结构的应高于延性结构的 延性破坏延性破坏-结构构件在破坏前结构构件在破坏前有有明显的变形或其他预兆明显的变形或其他预兆 脆性破坏脆性破坏-结构构件在破坏前结构构件在破坏前无无明显的变形或其他预兆明显的变形或其他预兆 社会经济承受力社会经济承受力 结构可靠结构可靠 经济经济 建筑结构设计可靠度统一标准建筑结构设计可靠度统一标准(GB50068-2001)GB50068-2001)规定规定 值值 现有结构构件的可靠度分析，并考虑使用经验和经济因素等确定现有结构构件的可靠度分析，并考虑使用经验和经济因素等确定。安全等级安全等级（一级、二级、三级一级、二级、三级）破坏类型破坏类型（延性破坏、脆性破坏延性破坏、脆性破坏）破坏类型破坏类型安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级延性破坏延性破坏3.73.73.23.22.72.7脆性破坏脆性破坏4.24.23.73.73.23.2结构构件承载力极限状态的可靠指标结构构件承载力极限状态的可靠指标 2.73.23.74.2pf3.5 10-36.9 10-41.1 10-41.3 10-5可靠指标可靠指标 与失效概率运算值与失效概率运算值p pf f的关系的关系标准标准GB50068GB50068以建筑结构安全等级为二级时延性破坏的以建筑结构安全等级为二级时延性破坏的 值作为基准，其他情况下相应增减值作为基准，其他情况下相应增减0.50.5第三节第三节 结构可靠度基本分析方法结构可靠度基本分析方法中心点法中心点法 特点：仅利用基本随机变量的统计参数特点：仅利用基本随机变量的统计参数(均值和方差均值和方差)计算结构的可靠度计算结构的可靠度,因此实用方便。因此实用方便。假定：根据概率中心极限定理，假定：根据概率中心极限定理，Z的分布随功能函数中自变量数的分布随功能函数中自变量数n的增加的增加 而渐进于正态分布。而渐进于正态分布。验算点法（验算点法（JCSSJCSS建议）建议）能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程 第三节第三节 结构可靠度基本分析方法结构可靠度基本分析方法 中心点法中心点法一、中心点法一、中心点法 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 n，Z Z 近似服从正态分布近似服从正态分布 =z/z P f=1-()验算点法（验算点法（JCSSJCSS建议）建议）能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程 =z/z P f=1-()将将Z Z在各变量的均值点处按在各变量的均值点处按泰勒级数展开泰勒级数展开，并仅取线性项，即，并仅取线性项，即 由上述可以看出，由上述可以看出，中心点法中心点法概念清楚，计算比较简单，可导出解析概念清楚，计算比较简单，可导出解析表达式，直接给出可靠指标表达式，直接给出可靠指标与随机变量统计参数之间的关系，分析问与随机变量统计参数之间的关系，分析问题方便灵活。但它也存在着以下缺点。题方便灵活。但它也存在着以下缺点。(1)没有考虑有关随机变量的实际分布概率，而只采用其统计特征没有考虑有关随机变量的实际分布概率，而只采用其统计特征值进行运算。当变量不是正态分布或对数正态分布时，计算结果与实值进行运算。当变量不是正态分布或对数正态分布时，计算结果与实际情况有较大出入；际情况有较大出入；(2)对于非线性功能函数，在平均值处按泰勒级数展开不太合理，对于非线性功能函数，在平均值处按泰勒级数展开不太合理，而且展开时只保留了线性项，这样势必造成较大的计算误差；而且展开时只保留了线性项，这样势必造成较大的计算误差；(3)对于同一问题，如采用不同形式的功能函数，可靠指标计算值可对于同一问题，如采用不同形式的功能函数，可靠指标计算值可能不同，有时甚至相差较大。能不同，有时甚至相差较大。二、验算点法二、验算点法 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)当极限状态方程当极限状态方程Z=0为非线性曲面时，不以通过中心点的切平面为非线性曲面时，不以通过中心点的切平面 作为线性近似，而以通过作为线性近似，而以通过Z=0上某一点上某一点 的切平面的切平面 作为线性近似，即把线性化近似选在失效边界上，以减小中心点法作为线性近似，即把线性化近似选在失效边界上，以减小中心点法 的误差。该点的误差。该点 称为验算点，验算点法可使称为验算点，验算点法可使 收敛于标准化空间中收敛于标准化空间中 极限状态曲面到原点的最近距离点。极限状态曲面到原点的最近距离点。(2)当基本变量当基本变量 具有分布类型的信息时，将的具有分布类型的信息时，将的 分布在分布在 处变换处变换 为当量正态分布，以考虑变量分布对可靠度（可靠指标）计算结果的为当量正态分布，以考虑变量分布对可靠度（可靠指标）计算结果的影响。影响。二、验算点法二、验算点法1.两个正态基本变量两个正态基本变量R R、S S情况情况 将一般将一般正态分布正态分布N N（,）标准正态分布标准正态分布N N（0 0，1 1）坐标变换坐标变换极限状态方程：极限状态方程：将上式除以法线化因子将上式除以法线化因子 ，得其法线方程：，得其法线方程：式中，前两项的系数为直线的方向余弦，最后一项即为可靠指标式中，前两项的系数为直线的方向余弦，最后一项即为可靠指标 ，则极限状，则极限状态方程可改写为：态方程可改写为：验算点验算点 2.多个正态随机变量情况多个正态随机变量情况 在结构可靠度分析中，极限状态方程中的随机变量往往不止两个，因为在结构可靠度分析中，极限状态方程中的随机变量往往不止两个，因为R和和S都是多个随机变量的函数。现在把两个正态分布随机变量的情况推广到多个正态都是多个随机变量的函数。现在把两个正态分布随机变量的情况推广到多个正态分布随机变量的情况。分布随机变量的情况。设极限状态功能函数中包含有多个相互独立的随机变量，均符合正态分布，则设极限状态功能函数中包含有多个相互独立的随机变量，均符合正态分布，则极限方程为：极限方程为：该方程可能是线性的，亦可能是非线性的，它代表以基本变量该方程可能是线性的，亦可能是非线性的，它代表以基本变量Xi(i1,2,n)为为坐标的坐标的n维欧氏空间上的一个曲面。维欧氏空间上的一个曲面。作标准变换，并将变换后的极限方程在验算点作标准变换，并将变换后的极限方程在验算点 处按泰勒级数展开，得法线处按泰勒级数展开，得法线 的方向余弦为的方向余弦为 点的坐标值为点的坐标值为同时应满足同时应满足3.多个非正态基本变量情况多个非正态基本变量情况第四节第四节 结构概率可靠度的直接设计法结构概率可靠度的直接设计法 目标可靠指标目标可靠指标 荷载效应荷载效应S i (i=1n)的统计参数（的统计参数（Si、Si）及分布类型）及分布类型结构抗力结构抗力R的统计参数，服从对数正态分布的统计参数，服从对数正态分布极限状态方程极限状态方程g(SQ1，SQ2，SQ3，。，。，SQn，R)=0 验算点法迭代计算验算点法迭代计算 当当R、S服从对数正态分布时服从对数正态分布时 结构抗力结构抗力R 的参数的参数 R 重要工程结构重要工程结构采用直接设计法采用直接设计法;大量一般性的结构构件大量一般性的结构构件采用间接设计法采用间接设计法第五节第五节 结构概率可靠度设计的实用表达式结构概率可靠度设计的实用表达式 一、单一系数设计表达式一、单一系数设计表达式 不利于结构设计不利于结构设计不同的设计条件下需要采用不同的安全系数；不同的设计条件下需要采用不同的安全系数；单一安全系数无法反映多种荷载不同的统计特征。单一安全系数无法反映多种荷载不同的统计特征。二、分项系数设计表达式二、分项系数设计表达式 较为客观地反映影响结构可靠度的各种因素，对不同的荷载效应，可根较为客观地反映影响结构可靠度的各种因素，对不同的荷载效应，可根据荷载的统计特征，采用不同的分项系数。而对结构抗力分项系数也可根据据荷载的统计特征，采用不同的分项系数。而对结构抗力分项系数也可根据不同结构材料的工作性能，采用不同的数值。因此，分项系数设计表达式比不同结构材料的工作性能，采用不同的数值。因此，分项系数设计表达式比较容易适应设计条件的变化，在分项系数确定的情况下，能取得与目标可靠较容易适应设计条件的变化，在分项系数确定的情况下，能取得与目标可靠度指标较好的一致性结果，受到各国结构设计规范的普遍应用。度指标较好的一致性结果，受到各国结构设计规范的普遍应用。二、分项系数设计表达式二、分项系数设计表达式引入分离系数引入分离系数 R、S（当（当 R/S 1/3,3时，时，R=S=0.75）三、现行规范设计表达式三、现行规范设计表达式（一）承载能力极限状态设计表达式（一）承载能力极限状态设计表达式 结构重要性系数结构重要性系数 0 S R 结构构件抗力设计值结构构件抗力设计值 作用效应组合设计值作用效应组合设计值 结构重要性系数结构重要性系数 0 对安全等级为一级或设计使用年限为对安全等级为一级或设计使用年限为100100年及以上的结构构件，不应小于年及以上的结构构件，不应小于1.11.1，即即 0 0 1.1 1.1 对安全等级为二级或设计使用年限为对安全等级为二级或设计使用年限为5050年的结构构件，不应小于年的结构构件，不应小于1.01.0，即，即 0 0 1.01.0 对安全等级为三级或设计使用年限为对安全等级为三级或设计使用年限为5 5年的结构构件，不应小于年的结构构件，不应小于0.90.9，即，即 0 0 0.9 0.9 考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，允许考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，允许 0 0 1.1 1.1、1.01.0、0.90.9 结构抗力设计值结构抗力设计值R RR=R（R，f k，ak，.）=Rk/R 荷载效应组合设计值荷载效应组合设计值S S（1）基本组合）基本组合由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合取最不利值取最不利值注意注意 当对当对 无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为 ，选其中，选其中最不利的荷载组合；最不利的荷载组合；当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。限于竖向荷载。其中，其中，G 永久荷载分项系数永久荷载分项系数 Q可变荷载分项系数可变荷载分项系数 SG k 永久荷载效应标准值永久荷载效应标准值，SG k=CG Gk SQ k 可变荷载效应标准值可变荷载效应标准值，SQ k=CQ Qk Gk 永久荷载标准值永久荷载标准值 Qk可变荷载标准值可变荷载标准值 ci第第i i个可变荷载的组合系数个可变荷载的组合系数 承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式 对对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则（1 1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合(2)(2)由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合取最不利值取最不利值 简化设计表达式中采用的荷载组合系数简化设计表达式中采用的荷载组合系数一般情况下可取一般情况下可取=0.90=0.90当只有一个可变荷载时，取当只有一个可变荷载时，取 =1.0=1.0(2)(2)偶然组合偶然组合 指指一种偶然作用一种偶然作用与与其他可变荷载其他可变荷载相组合相组合 从安全与经济两方面考虑，从安全与经济两方面考虑，偶然组合验算结构的承载力时，所采用的偶然组合验算结构的承载力时，所采用的可靠指标允许比基本组合有所降低可靠指标允许比基本组合有所降低 (偶然作用发生的概率很小，持续的时间较短，但对结构可造成相当偶然作用发生的概率很小，持续的时间较短，但对结构可造成相当大的损害大的损害)偶然组合极限状态设计表达式确定的一般原则偶然组合极限状态设计表达式确定的一般原则(1)(1)只考虑一种偶然作用与其他荷载的组合只考虑一种偶然作用与其他荷载的组合(2)(2)偶然作用的代表值不乘以分项系数偶然作用的代表值不乘以分项系数(3)(3)可变荷载可根据与偶然作用同时出现的可能性，采用适当的代表值，可变荷载可根据与偶然作用同时出现的可能性，采用适当的代表值，如准永久值等如准永久值等(4)(4)荷载与抗力分项系数值荷载与抗力分项系数值,可根据结构可靠度分析或工程经验确定可根据结构可靠度分析或工程经验确定（二）正常使用极限状态设表达式（二）正常使用极限状态设表达式 正常使用极限状态保证结构或构件的适用性、耐久性正常使用极限状态保证结构或构件的适用性、耐久性 允许其出现的概率高于承载能力极限状态允许其出现的概率高于承载能力极限状态 采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合 S S C C C C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形f f limlim、裂缝宽度裂缝宽度w w limlim等等 标准组合标准组合 标准效应组合设计值标准效应组合设计值S S：频遇组合频遇组合荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值S S 准永久组合准永久组合荷载效应组合的设计值荷载效应组合的设计值S S f1 SQ1 k在频遇组合中起控制作用的一个可变荷载频遇值效应在频遇组合中起控制作用的一个可变荷载频遇值效应 qiSQi k 第第i i个可变荷载准永久值效应个可变荷载准永久值效应注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应线性的情况注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应线性的情况 永久荷载分项系数永久荷载分项系数 G（1）当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时 G=1.2（由可变荷载效应控制的组合）（由可变荷载效应控制的组合）G=1.35（由永久荷载效应控制的组合）（由永久荷载效应控制的组合）（2）当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时 G=1.0（一般情况下）（一般情况下）G=0.9（结构的倾覆、滑移或漂浮验算）（结构的倾覆、滑移或漂浮验算）可变荷载分项系数可变荷载分项系数 Q Q=1.4（一般情况下）（一般情况下）Q=1.3（标准值大于标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的活荷载的工业房屋楼面结构的活荷载)（三）设计表达式中各分项系数确定（三）设计表达式中各分项系数确定3、荷载组合值系数荷载组合值系数 c c 的确定的确定 设计中设计中 G G、Q Q 按最简单组合确定，当结构承受两种或两种以上可变荷载时，按最简单组合确定，当结构承受两种或两种以上可变荷载时，G G、Q Q 不变，引入组合系数不变，引入组合系数 c c对可变荷载标准值进行折减，使计算得到对可变荷载标准值进行折减，使计算得到的的 1 1与按简单组合情况下可靠度指标与按简单组合情况下可靠度指标 具有最佳一致性具有最佳一致性 2 2、抗力分项系数、抗力分项系数 R R的确定的确定 详见详见建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB50009-2001)(GB50009-2001)和和建筑物可靠度设计统一标准建筑物可靠度设计统一标准(GB50068(GB500682001)2001)具体规定取值。具体规定取值。实例分析实例分析1：第六节第六节 结构体系的可靠度结构体系的可靠度 结构构件结构构件(包括连接）的可靠度包括连接）的可靠度 结构体系可靠度结构体系可靠度?一、基本概念一、基本概念1 1、结构构件的失效性质、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同）（根据其材料和受力性质不同）脆性构件脆性构件 -一旦失效立即完全丧失功能的构件一旦失效立即完全丧失功能的构件 延性构件延性构件-失效后仍能维持原有功能的构件失效后仍能维持原有功能的构件 构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同2 2、结构体系的失效模型、结构体系的失效模型 组成结构的方式（静定、超静定）组成结构的方式（静定、超静定）构件失效性质（脆性、延性）构件失效性质（脆性、延性）串联模型、并联模型、串串联模型、并联模型、串-并联模型并联模型（1 1）串联模型）串联模型 若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统串联模串联模型型 所有静定结构所有静定结构的失效分析的失效分析 串联模型串联模型 由脆性构件做成的超静定结构由脆性构件做成的超静定结构的失效分析的失效分析 串联模型串联模型PPPSS桁架杆件桁架杆件 若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能性构件，仍能维持整体结构的功能排架柱排架柱 所有超静定结构的失效分析所有超静定结构的失效分析 并联模型并联模型（2 2）并联模型）并联模型(3)串串并联模型并联模型在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，则这类结构系统则这类结构系统 串串-并联模型并联模型刚架刚架截面塑性铰元件截面塑性铰元件15234111555244433212451345234二、结构体系可靠度的上下界二、结构体系可靠度的上下界 同一结构中不同构件的失效有一定相关性同一结构中不同构件的失效有一定相关性 各失效形态间存在相关性各失效形态间存在相关性 结构体系可靠度的上、下界结构体系可靠度的上、下界 各构件的工作状态各构件的工作状态Xi、失效状态、失效状态Xi、各构件失效概率、各构件失效概率Pfi 结构系统失效概率结构系统失效概率Pf1 1、串联系统、串联系统元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立元件（元件（n n个）工作状态完全相关个）工作状态完全相关一般串联系统失效概率一般串联系统失效概率Pf 对于静定结构，结构体系的可靠度总对于静定结构，结构体系的可靠度总构件的可靠度构件的可靠度2 2、并联系统、并联系统 元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立 元件（元件（n n个）工作状态完全相关个）工作状态完全相关 一般并联系统失效概率一般并联系统失效概率Pf 对超静定结构对超静定结构 当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于（）构构件的可靠度件的可靠度 当结构的失效形态不唯一时，结构每一失效形态对应的可靠度总大当结构的失效形态不唯一时，结构每一失效形态对应的可靠度总大于或等于于或等于（）构件的可靠度，而结构体系的可靠度又总小于等于构件的可靠度，而结构体系的可靠度又总小于等于（）每一失效形态所对应的可靠度每一失效形态所对应的可靠度(并联模型并联模型)(并联模型并联模型)(串联模型串联模型)