土木工程在役结构可靠度分析毕业论

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1、河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）一引言1.1课题来源及意义各国建筑结构设计规范以结构可靠性理论为基础得到修订和完善，并在结构设计中得到应用。这些规范都是以构件可靠性为理论基础，以设计基准期为依据，按结构的正常使用阶段来考虑的，没有考虑结构系统的可靠性，也没有考虑结构的全寿命过程。结构的全寿命过程可以划分为3个主要阶段，即建造阶段、使用阶段和老化阶段。据调查，结构在全寿命过程中平均失效率高的是建造阶段和老化阶段，也是当前结构可靠性领域研究较少的阶段。实际上，任何结构的兴建都是为了使用，也就是使在役结构完成其预定的功能，而结构的功能能否实现主要取决于它在整个服役过程中的表现，所以不

2、仅需要继续提高结构可靠性设计水平，目前更现实、更迫切的任务是研究在役结构的可靠性评定理论。尽管土木、水利工程结构是一个传统的学科，但在开展系统得基础性研究方面还不能令人满意。我国结构设计规范取定的安全度标准是世界上是偏低的。由于长期以来片面强调节约原材料，而忽视了耐久性，很多在役结构缺乏科学管理，任意增加结构荷载，改变结构功能，破坏了结构的正常使用状态。据有关资料和专家预测，我国现有建筑结构至少有50%在2000年以前因安全性和耐久性过低而面临退役的威胁。50年代和60年代建造的大量水坝也已进入老化阶段。美国联邦公路管理局（FHWA）的资料表明，美国的1.358×105座桥有结构性缺陷。从当前

3、我国的宏观经济发展来看，一方面需要建造愈来愈多的新结构，另一方面国家资金有限，必须充分利用已有的结构，以结构可靠度为控制参数，对其进行评定，确认是维修还是拆除。因此，研究在役结构的可靠度评定理论和方法不仅有重要的科学价值，而且有广泛的工程应用前景和重大社会效益和经济效益。1.2国内外发展状况可靠度的研究早在20世纪30年代就开始，当时主要是围绕飞机失效进行研究。可靠度在结构设计中的应用大概从20世纪40年代开始。1946年，弗罗伊詹特（A.M.Freudenthal）发表题为《结构的安全度》的论文，开始较为集中地讨论这个问题。同期，苏联的尔然尼钦提出了一次二阶矩理论的基本概念和计算结构失效概率

4、的方法及对应的可靠指标公式。美国柯涅尔（C.A.Cornell）在尔然尼钦工作的基础上，于1969年提出了与结构失效概率相联系的可靠指标β作为衡量结构安全度的一种统一数量指标，并建立了结构安全度的二阶矩模式。1971年加拿大的林德（N.C.Lind）对这种模式采用分离函数方式，将可靠指标β表达成设计人员习惯采用的分项系数形式。这些进程都加速了结构可靠度方法的实用化。30河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）美国伊利诺斯大学洪华生（A.H.S.Ang）对各种结构不定性作了分析，提出了广义可靠度概率法。他同邓汉忠（W.H.Tang）合写的《工程规划和设计中的概率概念》一书在世界上已广为应

5、用。1976年，国际“结构安全度联合委员会”(JCSS)，采用拉克维茨（Rackwitz）和菲斯莱（Fiessler）等人提出的通过“当量正态”的方法以考虑随机变量实际分布的二阶矩模式。这对提高二阶矩模式的精度意义极大。至此，二阶矩模式的结构可靠度表达式与设计方法开始进入实用阶段[2]。我国的结构可靠度研究始于上世纪50年代，1970年代，我国工业与民用建筑、公路桥梁、水利水电工程以及港口工程等设计规范已经开始涉及所谓“可靠度”的概念，1980年代，在结构可靠度的基本理论和设计方法方面进行了大量的研究工作。1984年，我国颁布了《建筑结构统一标准》（GBJ68-84）,这标志着我国建筑设计理论

6、与设计规范进入了一个新的阶段，即采用以概率理论为基础的极限状态设计方法的阶段。全国结构可靠度委员会自1987年起，每两年组织召开一次全国性的学术会议，实际上，在此后的若干年间，一直在酝酿着一部新规范的诞生。由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068－2002）》和《建筑结构荷载规范（GB5009－2001）》终于经建设部批准并分别于2002年3月1日起实行，同时进行修订的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，在结构可靠度、设计计算、配筋构造等方面均有一系列的重大更新和补充，经过专家审查、专题论证、试设计、两次征求全国有关单位意见，提高了规范的科学合

7、理性与先进性，进一步适应了现代建筑混凝土结构设计的需要。因此，从上世纪80至90年代末，我国广大结构工程设计人员、有关技术人员以及大专院校师生就不断地面临着一个熟悉新规范、掌握新规范和贯彻实施新规范的任务。1.3课题研究目标、内容本课题系统地总结了当前有关结构可靠度分析方法的一些理论成果，概述了结构可靠度理论的发展历史、理论的基本概念和几种基本的结构可靠度分析方法，并对当前一些前沿的分析方法做了扼