水工结构可靠度理论与设计2011.ppt

水工结构可靠度理论与设计赖国伟2016年12月9日主要内容第一节概述第二节结构可靠性分析的基本概念第三节作用、材料性能和几何参数的随机性分析第四节一次二阶矩方法第五节结构可靠度计算的优化算法与几何法第六节多重降维解法第七节蒙特卡罗(MonteCarlo)法第八节随机有限元法及其工程应用第九节结构可靠度计算的响应面法第十节结构体系可靠度分析第十一节结构时变可靠度的计算方法第十二节分项系数极限状态设计方法参考文献陆述远.高等水工结构.北京:中国电力出版社.1999.1.赵国藩等.结构可靠度理论.北京:中国建筑工业出版社.2000.12.贡金鑫.工程结构可靠度计算方法.大连:大连理工大学出版社.2003.9.武清玺.结构可靠性分析及随机有限元法.北京:机械工业出版社.2005.3.刘宁.可靠度随机有限元法及其工程应用.北京:中国水利水电出版社.2001.9.李桂青等.工程结构时变可靠度理论及其应用.北京:科学出版社.2001.8.祝玉学.边坡可靠性分析.北京:冶金工业出版社.1993.4.张新培.建筑结构可靠度分析与设计.北京:科学出版社.2001.1.杨伟军、赵传智.土木工程结构可靠度理论与设计.北京:人民交通出版社.2000.7.高谦等.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.第一节概述1、水工结构工程的特点：工程涉及的荷载、材料力学参数、几何尺寸等设计变量多，而设计变量均不同程度地存在不确定性和变异性。在设计中合理地反映这种不确定性、变异性，对于结构的安全与经济是至关重要的。2、影响工程结构可靠性的三种不确定性从数学角度来分类，这些不确定性大致有以下几个方面：（1）事物的随机性(Random)所谓事物的随机性，是事件发生的条件不充分，使得在条件与事件之间不能出现必然的因果关系，从而事件的出现与否表现出不确定性，这种不确定性称为随机性。研究事物随机性问题的数学方法：主要有概率论、数理统计和随机过程。（2）事物的模糊性(Fuzzy)事物本身的概念是模糊的，即一个对象是否符合这个概念是难以确定的，也就是说一个集合到底包含哪些事物是模糊的，而非明确的，主要表现在客观事物差异的中间过渡中的“不分明性”，也即“模糊性”。如工程结构中的“正常与不正常”、“适用与不适用”、“耐久与不耐久”、“安全与危险”等也都没有客观和明确的界限。研究和处理模糊性的数学方法：主要是1965年美国控制论专家扎德(L．A．Zadeh)教授创始的“模糊数学(FUZZY)”。（3）事物知识的不完善性(Uncertainty)(如计算模型的不确定性等)是指由于信息、数据的不全面、不完整而导致的不确定性。对知识不完善性的描述还没有成熟的数学方法，但在工程实践中必须考虑时，目前只能根据工程经验（由经验丰富的工程师及专家）对这种不确定性进行评估，引入经验参数加以考虑。本课程如不特别声明，不确定性即指随机性。3、结构设计方法的演化由于应用概率统计理论处理工程随机性的广度与深度不同，结构设计方法：可分为(1)安全系数设计法(2)可靠度设计法(1)安全系数设计法：为定值设计方法，属于半概率法，亦称水准一法。安全系数设计法是工程结构传统的设计方法：①确定设计参数值：将设计遇到的所有随机性设计参数，依据某种采用了概率统计概念的经验方法取定成确定性参数。例如：对荷载：取用偏于危险、极端、具有较小出现概率的数值；对材料强度：则取偏于保守，具有较大保证率的数值。②计算结构安全系数：然后再按确定性问题，或通过结构数值计算或通过模型试验确定在定值条件下用来反映结构安全性的安全系数。③结构安全评价：当这安全系数大于根据工程经验规定的安全系数(即通常所称的设计安全系数)时，结构即认为安全；反之，结构就认为不安全。因本质上属于定值、确定性设计方法，安全系数设计法不能全面反映影响结构安全各因素的客观变异性，它至多只能在参数取值和设计安全系数规定中部分并且还只是经验性地计及工程随机性，这使得以可靠性理论为基础的结构设计方法，亦即可靠度设计法，自20世纪70年代以来随着科学技术的进步而得到迅猛发展。(2)可靠度设计法：属于非定值设计方法，可以十分有效地处理工程中遇到的各种因素的随机性。它使结构安全性从以往长期的主要依靠工程经验的定性分析阶段发展到以概率统计数学为基础的定量分析阶段，这是结构设计思想和设计方法上的一个质的飞跃。可靠度设计法的理论基础是结构可靠性理论。结构可靠性理论：是一门近二十年来发展起来的边缘、交叉学科。它采用力学、不确定性数学及其它现代理论相结合的方法，研究结构可靠性分析方法及基于可靠度的结构设计方法。可靠度设计法：分两种☞近似概率法（水准二）：可靠度设计时，有的随机变量的概率分布函数是近似的（因统计资料不足）。☞全概率法（水准三）：可靠度设计时，所有随机变量