第二章 港口工程结构可靠度设计.ppt

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1、港口工程结构可靠度设计 l概述l结构可靠度计算方法 l设计表达式 概 述 1.设计基准期1）概念：按结构预期使用寿命规定的时间参数。规范规定：50年。2）与结构实际使用寿命的关系2.结构的可靠性与可靠度的概念可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性总称。可靠度：结构在规定时间内、规定的条件下，完成预定功能的概率。3.极限状态和极限状态方程1）极限状态：承载能力极限状态、正常使用极限状态。2）随机变量：结构抗力R、作用效应S。3）极限状态方程：概 述 功能函数：可靠状态：极限状态：失效状态：4.结构可靠度设计的三个水准 1)水准:半概率法(用随机变量的一阶矩(均值)描述，可靠度分析是基于估计或工程经

2、验判断)。2)水准:近似概率法(用随机变量的前二阶矩(均值和方差)来描述它们的分布，估计失效概率，运算时采用线性化近似手段，故称为一次二阶矩法)。3)水准:全概率法(以设计变量的真实分布为依据，精确计算失效概率)结构可靠度计算方法 1.结构可靠度计算的基本概念1)失效概率概念:结构功能函数小于零的概率称为结构的失效概率.计算公式:失效概率与可靠度的关系2)可靠性指标概念:度量可靠度的指标.计算公式:可靠指标与安全系数的关系问题：安全系数相同是否可靠度相同，为什么？结构可靠度计算方法 3)目标可靠指标概念：结构设计预期达到的可靠度.确定目标可靠指标的方法：综合效益法、类比法和校准法。2.可靠度计

3、算方法(一次二阶矩法)一次二阶矩法的概念:将功能函数线性化,用随机变量的一阶矩和二阶矩计算结构可靠度的方法.1)中心点法：将结构的功能函数在某点用泰勒级数展开，近似地取一次项，该点为线性化点，将线性化点取在中心点或均值点，则线性化后结构的功能函数的均值、标准差可求出，从而求出可靠指标。缺点：对非线性功能函数误差较大；选取不同的极限状态方程，不能得到相同的目标可靠指标。结构可靠度计算方法 结构可靠度计算方法 2)验算点法(JC法)(国际结构安全度联合委员会推荐方法)(1)基本概念特点：当功能函数Z为非线性时，不以通过中心点（均值点）的超切平面为线性近似，而是以通过Z=0上的某一点 的超切平面作为

4、线性近似，以减小误差；将基本变量 变换为当量正态分布随机变量 ，在可靠度分析中合理反映变量分布类型的影响。验算点：在Z=0上离原点（中心点）最近的点 称为验算点。可靠指标的几何意义：从原点到超切平面的距离就是可靠指标。(2)失效概率的计算方法（迭代法）及步骤 a.将基本变量变换成正态分布的随机变量 ；b.假设一个值;结构可靠度计算方法 c.选取验算点的初始值 d.计算 值，其中 e.由式（1）计算 值 f.由式（2）计算 值；g.重复df步直至 前后两次差值在允许范围为止；h.将 代入极限状态方程 ，计算 的值；i.检验 是否满足,如不满足,则由式估算新的值,重复步骤dh的计算,直到满足为止；

5、j.由 计算失效概率.(或不假设,采用直接解方程方法,)a.将基本变量变换成正态分布的随机变量 ；b.假设一个值;结构可靠度计算方法 设计表达式 一、作用1.作用的概念 施加在结构上的集中力和分布力（直接作用），以及引起结构外加变形和约束变形的原因（间接作用）总称为结构上的作用。2.作用的分类1)按时间变异分类：永久作用；可变作用；偶然作用。2)按空间位置变异分类：固定作用；自由作用。3)按结构反应分类：静态作用；动态作用。二、作用效应组合及设计表达式 设计状况：持久状况；短暂状况；偶然状况。设计表达式：设计表达式 1)持久状况:指从结构建成至预期使用寿命完结的整个期间.对持久状况要考虑承载能

6、力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态:按预期使用寿命期间内作用的最大值概率分布考虑。正常使用极限状态:可变作用采用所谓的“频遇值”和“准永久值”。持久状况作用的短期效应组合:，频遇值系数为0.8.持久状况作用的长期效应组合:，准永久值系数为0.6.2)短暂状况:指施工期间或建成后某一可预见的特定较短期间.对短暂状况,一般可仅考虑承载能力极限状态,个别情况也需考虑正常使用极限状态.设计表达式 承载能力极限状态：当需要考虑正常使用极限状态时，按式 验算。3)偶然状况:一般指地震作用的偶然事件。对偶然状况只考虑承载能力极限状态.具体计算见水运工程抗震设计规范.三、算例（参见王云球主编的港口水工建筑物()P27）本章思考题 1.设计基准期、结构使用寿命的概念？2.安全系数法与概率法的主要区别如何？2.可靠指标、可靠度、失效概率的概念及其计算方法？3.作用效应、抗力效应、随机变量、随机过程的概念？4.一次二阶矩法（中心点法、JC法）计算可靠度的过程？5.结构的设计状态及其对目标可靠指标取值的影响？