建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)總結(jié)

1、建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)總結(jié)進(jìn)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程可靠度分析與設(shè)計(jì)這門課程有了一些體會(huì)，也知道了做為一名土木工程人應(yīng)該掌握的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和方法，拓展了我們對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也感到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的不易。一: 建筑結(jié)構(gòu)可靠度研究的意義我國在以結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)對(duì)各類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂、影響結(jié)構(gòu)可靠性的不確定因素分析、在役結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)、可靠性評(píng)定、維修決策、結(jié)構(gòu)診斷專家系統(tǒng)與加固修復(fù)技術(shù)、結(jié)構(gòu)耐久性和剩余壽命估計(jì)、結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震控制等理論和技術(shù)多方面已經(jīng)取得了重要的基礎(chǔ)研究成果并部分應(yīng)用于工程實(shí)際。城市化的加速使得土木建筑業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，各種高層

2、及大跨結(jié)構(gòu)、大型立交橋及隧道、地鐵、空港等工程日益巨大，城市化帶來人口高度密集、財(cái)富高度集中，一般的地震災(zāi)害就可造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。目前我國的工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題仍然十分嚴(yán)重，如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的功能和保證結(jié)構(gòu)體系安全可靠已引起國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，我國工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)也提出“當(dāng)有條件時(shí)，工程結(jié)構(gòu)宜按結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。二:對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度總的概括首先結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足三個(gè)方面的基本功能要求：1.承載能力的要求。2.正常使用的要求。3.整體性要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)整體或部分超越某一狀態(tài)就不再滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的功能的要求時(shí)，這種狀態(tài)即為結(jié)構(gòu)該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)有三種：1 承載能力極限狀態(tài)。2 正常使用極限狀

3、態(tài)。3 整體性極限狀態(tài)。為了保證工程結(jié)構(gòu)的安全、適用和經(jīng)濟(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度分析，稱為安全度分析。 總的來說任何工程結(jié)構(gòu)，即是產(chǎn)生的荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)本身的抗力R兩個(gè)基本變量之間的關(guān)系，當(dāng) RS時(shí)，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)； RS時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)； RS時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。 工程結(jié)構(gòu)可靠度分析主要是在經(jīng)濟(jì)和可靠之間選擇一種較佳的平衡?？偟恼f來，工程結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法可分為定值法，半概率法和一次二階矩概率法和全分布概率法。同時(shí)，我們需要建立結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，用以研究結(jié)構(gòu)的失效的概率。綜上，要研究結(jié)構(gòu)的可靠度，就必須要研究兩大類問題。一是結(jié)構(gòu)的外荷載，二是結(jié)構(gòu)本身的抗力。結(jié)構(gòu)可靠度要解決的就

4、是，使結(jié)構(gòu)的抗力大于外荷載而又不至于浪費(fèi)材料，這一個(gè)平衡點(diǎn)便是既經(jīng)濟(jì)有安全的完美結(jié)合點(diǎn)。下面我分兩方面陳述建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)是如何解決這兩類問題。三 :荷載的統(tǒng)計(jì)與分析建筑在其工作壽命期內(nèi)要承受各種外部因素的影響使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力與變形的外部因素統(tǒng)稱作用，作用有直接作用與間接作用之分直接作用系指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，如自重、風(fēng)壓、雪壓、人員及設(shè)備重等習(xí)慣上稱之為荷載間接作用系指引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的原因，如溫度、地震等。 永久荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值之比可以忽略不計(jì)如結(jié)構(gòu)自重、土壤最終重量形成的土壓力、預(yù)加應(yīng)力等 可變荷載：在設(shè)計(jì)準(zhǔn)期內(nèi)量值隨時(shí)間而

5、變且其變化與平均值之比不能忽略如使用或居住荷載(人員、設(shè)備、家具等)以及風(fēng)、雪等 偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短如撞擊、爆炸、某地區(qū)罕遇的龍卷風(fēng)等1 按隨空間的變異分類 固定荷載：在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的荷載如結(jié)構(gòu)白重、結(jié)構(gòu)上的固定設(shè)備荷載等 自由荷載：在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的荷載如風(fēng)、雪以及人員、家具等2 按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)分類 靜態(tài)荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可忽略不計(jì)如永久荷載、家具、穩(wěn)定風(fēng)壓動(dòng)態(tài)荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不能忽視的加速度如設(shè)備振動(dòng)、脈動(dòng)風(fēng)壓等3 按有無界限值分類有界荷載：具有明顯的上界和(或)下界值(具有已知限值)如水壩靜水壓無界荷載：無明

6、顯的亡界值和下界值(不具有已知限值)。 荷載的概率模型 一般而言，荷載是時(shí)間的函數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表明，對(duì)任一特定時(shí)刻t=t1荷載并非定值，存在變異故對(duì)任一特定時(shí)刻，荷載可用隨機(jī)變量來描述對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，荷載可用隨機(jī)過程來描述荷載的概率模型可分為荷載的隨機(jī)過程模型和荷載的隨機(jī)變量模型。荷載的代表值有標(biāo)準(zhǔn)值，頻遇值，準(zhǔn)永久值和組合值。荷載的效應(yīng)組合分為：基本組合，JCSS組合模型與J.C.TURKSTRA組合模型。四:結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力一般而言，構(gòu)成結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的主要因素有三 1結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力固有的隨機(jī)變異性如構(gòu)成結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料件

7、能及幾何參數(shù)的變異性采用先進(jìn)的生產(chǎn)和質(zhì)量控制方法可降低此類不定性，但生產(chǎn)成本可能增加 2知識(shí)不足引起的不定性如結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模式的不定性通過進(jìn)一步研究與完善結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模型可降低此類不定性 3統(tǒng)計(jì)不定性系指對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的概率分布及統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估計(jì)偏差產(chǎn)生估計(jì)偏差的主要原岡有：對(duì)不問的統(tǒng)計(jì)總體缺乏認(rèn)證和區(qū)分實(shí)驗(yàn)量偏少導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估算偏差忽賂嚴(yán)變量間可能存在的相關(guān)性忽略觀察變量的系統(tǒng)變異性，例如對(duì)氣候變量等通過增加試驗(yàn)量以及加強(qiáng)觀測(cè)可降低統(tǒng)計(jì)不定性主要討論結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的變異性，結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的變異性以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模型的不定性五：結(jié)構(gòu)概率可靠度設(shè)計(jì)法1.結(jié)

8、構(gòu)設(shè)計(jì)工作壽命我們稱規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目標(biāo)使用的時(shí)期為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作壽命，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作壽命分類見表一。 表一 2設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 稱為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能取值而選用的時(shí)間參數(shù)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期DJ變作用與材料性能隨時(shí)間而變時(shí)域取值不同其概率模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù)必然也不同，從而結(jié)構(gòu)可靠度也將發(fā)生改變?yōu)楸阌诮Y(jié)構(gòu)可靠度分析與比較，應(yīng)統(tǒng)一可變作用與材料性能取值時(shí)域這即產(chǎn)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期概念設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的取值與設(shè)計(jì)工作壽命有關(guān)我國建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取值為安全等級(jí)為二級(jí)的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作壽命安全等級(jí)為二級(jí)的建筑為一般普通房屋與構(gòu)筑物我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取值為50年

9、 3設(shè)計(jì)狀況 設(shè)計(jì)狀況為代表一定時(shí)段的物理?xiàng)l件組設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)在該時(shí)段內(nèi)不超越有關(guān)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在施工及使用過程中，其性能及環(huán)境條件隨時(shí)間而變進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)此應(yīng)加以考慮這即產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況概念根據(jù)其出現(xiàn)概率及持續(xù)期長短，設(shè)計(jì)狀況可分二種： 持久狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)且其持續(xù)期很長的狀況持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)工作壽命為同一數(shù)量級(jí)； 短暫狀況：在結(jié)構(gòu)施工與使用過程中出現(xiàn)概率較大，與設(shè)計(jì)工作壽命相比，持續(xù)朗很短的狀況，如施工和維修等； 偶然狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等 4.基本設(shè)計(jì)原則 結(jié)構(gòu)存在三種基本功能要求要滿足此三種要求，原則上應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行

10、二種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)即承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)及整體性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)整體性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)尚處于研究中，未能進(jìn)入工程實(shí)用故目前進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 考慮到結(jié)構(gòu)存在三種設(shè)計(jì)狀況，此三種設(shè)計(jì)狀況出現(xiàn)概率不向，持續(xù)期不同，對(duì)結(jié)構(gòu)功能影響也不同從經(jīng)濟(jì)、適用角度考慮，我國建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)難規(guī)定： a針對(duì)不同設(shè)計(jì)狀況，可采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系、基本變量及可靠度水淮等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) b對(duì)持久狀況，因其持續(xù)期長，且為必然出現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)與正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)短暫狀況，雖出現(xiàn)概率大但持續(xù)期短，對(duì)結(jié)構(gòu)影響短暫應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)并視需要確定是否進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)偶然狀況，出現(xiàn)概率小且持續(xù)期十分短，可僅進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。