水工结构可靠性理论与设计课程综合讲座（优秀）

2016年10月27日的主要内容第1节第2节结构可靠性分析的基本概念第3节功能，材料特性和几何参数的随机分析第4节一阶第二矩方法第5节结构优化算法和几何方法可靠性计算第6节多维归约法第7节蒙特卡罗方法第8节随机有限元法及其工程应用第9节结构可靠度计算的响应面法第10节结构系统的可靠性分析第11节结构时间的计算方法改变可靠性第12节子项系数极限状态设计方法参考高级水工结构. 北京: 中国电力出版社. 1999.1. 赵国凡等. 结构可靠性理论. 北京: 中国建筑工业出版社. 2000.12. 龚金新工程结构可靠性计算方法. 大连: 大连理工大学出版社. 2003.9. 吴庆熙结构可靠性分析和随机有限元方法. 北京: 机械工业出版社. 2005.3. 可靠性随机有限元方法及其工程应用. 北京: 中国水利水电出版社2001.9. 工程结构时变可靠性理论及其应用. 北京: 科学出版社. 2001.8. 边坡可靠度分析. 北京: 冶金工业出版社. 1993.4. 张新培建筑结构可靠性分析与设计. 北京: 科学出版社. 2001.1. 杨卫军，赵传志. 土木工程结构可靠性理论与设计. 北京: 人民交通2000.7.10. 土木工程可靠性理论及其应用. 北京: 中国建材工业出版社. 2007.9. 第1节1.水工结构工程的特点: 项目涉及许多设计变量，例如载荷，机械参数，几何尺寸等，设计变量的不确定性和可变性在不同程度上存在.

在设计中合理反映这种不确定性和可变性对于结构的安全性和经济性至关重要. 2.从数学的角度对影响工程结构可靠性的三个不确定性进行了分类. 这些不确定性通常具有以下几个方面: （1）事物的随机性（随机性）所谓的事物的随机性是事件的发生. 条件不足使条件和事件之间不可能具有必然的因果关系，因此事件的发生显示不确定性. 这种不确定性称为随机性. 研究事物随机性的数学方法: 存在概率论，数学统计和随机过程. （2）事物的模糊（Fuzzy）事物本身的概念是模糊的，也就是说，一个对象是否符合这个概念很难确定，也就是说，集合中包含的事物是模糊的，而不是模糊的. 清晰，主要表达“客观事物差异中间过渡的清晰性”，即“模糊性”. 工程结构中的“正常与异常”，“适用与不适用”，“耐用与不耐用”，“安全与危险”“没有客观明确的界限. 研究和处理歧义的数学方法: 主要是”模糊“数学（FUZZY）”，由美国控制论专家LA Zadeh教授于1965年创立. ）事物的不确定性（例如计算模型的不确定性）是指信息和数据的不完整和不完整所引起的不确定性.

尚无成熟的数学方法来描述知识的不完善之处，但是当必须在工程实践中加以考虑时，只能根据工程经验（由经验丰富的工程师和专家来评估）这种不确定性. 介绍要考虑的经验参数. 除非本课程中另有说明，否则不确定性是指随机性. 3.结构设计方法的演变由于概率统计理论在处理工程随机性方面应用的广度和深度不同，结构设计方法: 可以分为可靠性设计方法（1）安全系数设计方法: 固定值设计方法，属于半概率法该方法也称为水安全系数设计方法，是一种用于工程结构的传统设计方法: 确定设计参数值: 根据经验方法确定设计中遇到的所有随机设计参数它使用概率统计的概念确定确定性参数. 例如: 对于负载: 使用更危险，更极端且发生概率更低的值；对于材料强度: 采用更保守且保证率更高的值. 计算结构的安全系数: 然后，根据确定性问题，或者通过结构的数值计算或通过模型测试，确定用于反映固定值条件下结构安全性的安全系数. 结构安全性评估: 如果安全系数大于工程经验中指定的安全系数（即所谓的设计安全系数），则认为该结构是安全的；否则，该结构被认为是不安全的. 由于安全系数设计方法本质上是固定值和确定性的设计方法，因此无法充分反映影响结构安全性的各种因素的客观可变性. 它只能是参数值和设计安全系数规定的一部分，仅是经验性的. 考虑到工程的随机性，这使得基于可靠性理论的结构设计方法，即可靠性设计方法，自1970年代以来随着科学技术的进步而迅速发展.

（2）可靠性设计方法: 这是一种非恒定值设计方法，可以有效处理项目中遇到的各种因素的随机性. 它使结构安全从过去主要依靠工程经验的定性分析阶段发展到过去基于概率统计的定量分析阶段，这是结构设计思想和设计方法的质的飞跃. 结构可靠性理论: 这是近二十年来发展起来的边缘性和跨学科学科. 它结合了力学，不确定性数学和其他现代理论，研究了结构可靠性分析方法和基于可靠性的结构设计方法. 可靠性设计方法: 有两种近似概率方法（第二级）: 在可靠性设计期间，某些随机变量的概率分布函数是近似的（由于统计数据不足）. 总概率法（级别3）: 在设计可靠性时，所有随机变量的概率分布函数都是准确的. 4.工程结构设计规范的编制目前，世界上许多国家正在基于可靠性理论逐步建立自己的工程结构设计标准体系. 中国根据可靠性理论编制的工程结构设计规范: ISO / DIS2394. 一般原则1986年版和1998年修订版二级规范: 《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》（GB50199-94） 《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068-2001第三级规范: 《水力建筑荷载设计规范》（DL5077-1997）《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108-1999）在结构上介绍了水工结构部分系数的常用可靠性分析方法和极限状态设计方法.

第2节结构可靠性分析的基本概念1.可靠性和可靠性的概念结构可靠性: 是指结构在指定时间内和指定条件下完成预定功能的能力. 结构可靠性: 它是结构可靠性的数学度量. 结构在指定的时间内和指定条件下将执行预定功能的可能性. 指定时间: 指结构的设计参考周期. 《液压标准》规定: 临时建筑结构的设计基准期: 根据预定的使用寿命和可能的滞后时间确定. 注意: 应该指出的是，设计参考周期只是结构可靠性设计所基于的时间参数. 它不仅仅等同于结构的实际寿命. 超出设计参考期的结构不一定非要废弃，而仅是其可靠性就降低了. 规定条件: 是指正常设计，正常施工和结构正常使用的条件. 至于一般的质量波动已被考虑在内. 当然，“正常设计，正常构造”不包括错误的设计，假冒伪劣的材料，残酷的构造和异常使用. 这些错误应通过设计验证，设计，施工监督和质量监督等措施加以解决. 除了这些要求外，外国法规还包括对设计和施工人员的质量要求. 预定功能: 指结构应具有的以下四个功能: （1）在正常施工和正常使用期间，结构应能够承受可能发生的各种功能. 这里的“作用”是指作用在结构上的集中力或分散力（称为直接作用或载荷），或结构的外部变形或约束变形的原因（称为间接作用）.

（2）在正常使用中，结构应具有良好的工作性能，例如，不应有过度的变形和开裂. （3）在正常维护下，结构应具有足够的耐久性. 换句话说，要求该结构“在一定时间内满足一系列功能要求，同时避免意岩）或结构的一部分，当某个状态不能满足设计中指定的某些功能要求时，此特定状态称为功能的极限状态. 结构的极限状态是一种临界状态，用于区分结构的工作状态是可靠的还是不可靠的（结构的极限状态也是结构的临界状态）. 结构的极限状态可以分为以下两种: （1）极限承载力状态是指结构或结构构件达到最大极限承载力或达到不适合变形的极限状态. 继续承受.

当在结构或结构构件中出现以下状态之一时，则被认为超过了承载能力的极限状态. 整个结构或结构的一部分失去其刚体平衡（例如重力坝沿坝基滑动等）. 结构构件由于超过材料强度而失效（包括疲劳失效），或者由于过度的塑性变形而不适用于持续的承重. 结构或结构构件失去其弹性稳定性（例如屈曲等）. 整个结构或结构的一部分被转换为移动系统. 由土壤，石头结构或地基，围岩等引起的渗流不稳定性. （2）正常使用极限状态该极限状态对应于达到正常使用和耐久性的指定值的结构或构件. 当结构构件中出现以下状态之一时，就被认为超出了正常使用极限状态. 局部损坏会对不渗透结构的结构形状，耐用性和不渗透性产生不利影响. 结构的极限状态方程是极限状态的数学表达式. 通常，极限状态方程可以写成: -表示结构的功能； g（）-称为结构的功能（也称为状态功能）； （i = 1，2，„，n）-用随机性描述结构函数所必需的基本变量可靠性设计大全，例如各种函数，材料特性和几何参数，可以通过结构的函数划分为三种不同的状态（图2-1）. 当Z> 0时，结构处于可靠状态. 当Z = 0时，结构处于极限状态. 当Z

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