结构可靠度分析方法
结构可靠度分析方法
结构可靠度分析方法是一种为了确保工程结构的安全、适用和经济而在设计阶段进行的分析方法。
历史沿革
结构可靠度分析方法的发展经历了三个阶段:定值法、半概率法和一次二阶矩概率法以及全分布概率法。定值法在结构可靠度分析中不考虑荷载和结构抗力的随机变异规律。半概率法则仅对荷载或荷载效应和抗力的标准值或设计值分别采用概率取值,而不考虑两者联合的概率处理。一次二阶矩概率法通过计算随机变量的一阶原点矩(平均值)和二阶中心矩(方差),能够较为适当地估算工程结构的失效概率。全分布概率法则要求知道各随机变量的密度函数或其联合密度函数,并用多重积分求解失效概率,但在实际工程中通常难以实现。
方法原理
定值法
定值法是根据长期的生产和设计实践,先确定各种荷载和材料强度的标准值(特征值)。然后将标准荷载效应Sk,乘以大于1的荷载效应分项安全系数γ,以考虑向不利方向偏离标准值的影响。同理,将按标准强度计算所得的抗力Rk 乘以小于1的分项安全系数嗘,以考虑向不利方向偏离标准值的影响。设计准则为嗘Rk≥γSk 或 σ≤[σ],其中σ和[σ]分别为计算应力和容许应力。当将⑴式中标准抗力Rk以破坏抗力Rb代替时,则又可写为Rb≥γSk,这是一种破坏强度设计法的表达式。
半概率法
半概率法是指仅对荷载或荷载效应和抗力的标准值或设计值分别采用概率取值,而不考虑两者联合的概率处理的可靠度分析方法。例如,中国的50年代和60年代的规范所采用的极限状态设计法,其材料强度的设计值取为Rd=μR+δR×σR,其中μR为材料强度平均值;σR为材料强度标准差;δR为变异系数,。则得材料强度分项系数γR=1/(1+δR),其中Rk为材料强度标准值;α为标准值的概率取值系数。荷载效应标准值及其系数у也可用相似方法取得。这种方法难以确切地度量可靠度大小,故从概率观点看,这种方法称为半概率法。
一次二阶矩概率法
一次二阶矩概率法是结构按极限状态设计时,可以建立包括各有关基本变量X的极限状态方程Z=ɡ(X1,X1,X3,…,Xn)=0,其中Z 称为结构功能函数。当仅包括S、R两个基本变量时,Z=ɡ(S,R)=R-S=0。当基本变量满足极限状态方程时,则结构到达极限状态,按概率理论,结构的失效概率Pf为Pf=P(Z\u003c0)=P[(R-S)\u003c0]。由于结构功能函数Z的概率分布不易求得,尽管可以用卷积积分方法或多重积分方法计算,但难以实用。直到20世纪60年代末,出现了一次二阶矩概率法。此法并不要求推导随机变量函数的全分布,只须计算其一阶原点矩(平均值)和二阶中心矩(方差),在计算过程中还可将非线性结构功能函数(Z)取一次近似,这样就能比较适用地估算工程结构可靠度中的失效概率Pf。
参考资料
结构可靠度分析——方法与程序.结构可靠度分析——方法与程序.2024-10-21
结构可靠度分析.豆瓣读书.2024-10-21
目录
概述
历史沿革
方法原理
定值法
半概率法
一次二阶矩概率法
参考资料