可靠度设计基础

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1、2可靠度设计基础2.1可靠度理论的应用与发展2.1.1土木工程可靠度理论的应用与发展2.1.2岩土工程可靠度理论的发展状况2.2可靠度基本概念2.2.1可靠性2.2.2可靠度2.2.3可靠度设计水准2.2.4失效概率2.2.5可靠指标2.2.6标与安全系数K的关系2.2.7指标与分顶系数的关系2.3可靠度计算方法2.3.1均值一次二阶矩法（中心点法）2.3.2改进的一次二阶矩法（验算点法）2.3.3JC法2.3.4蒙特卡罗法(MonteCarlo法)2.4岩土工程可靠度计算案例2.4.1地基变形的可靠度分析2.4.2

2、承载力可靠度分析2.4.3土质边坡稳定性可靠性分析2.1可靠度理论的应用与发展2.1.1土木工程可靠度理论的应用与发展美国、加拿大：研究与实用化研究都较早。欧洲：普遍范采用了以概率理论为基础的极限状态设计法。日本：工程结构安全和可靠性相关规范、标准逐步与国际标准相协调。中国：应用早发展快。50年代数理统计方法确定超载系数和材料强度系。1984年《建筑结构设计统一标准》，明确规定结构可靠度应采用概率极限状态设计法来确定。编制和颁布了第一层次的《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92)第二层次的建筑结构、港口

3、工程结构、水利水电工程结构、铁路公路结构和公路工程结构的可靠度设计统一标准。结构设计规范改革、修订的准则。2.1.2岩土工程可靠度理论的发展状况1.岩土工程可靠性问题的特点(1)岩土性质的特点复杂性，多变性；同地点的土性质可以差别很大；取样、代表性样品选择、样品数量、试验方法等增加测值的变异性，变异系数可以达到0.3~0.5以上，可靠度分析的精度在更大的程度上依赖于土性参数统计分析的精度。恰当地对岩土特性参数进行概率统计分析，是岩土工程，尤其是地基工程最重要的问题，它对岩土可靠度分析的影响极大。（2）岩土工程的特点1

4、）失效验算原则方面2）极限状态含义方面3）工程规模方面4）极限状态方程的非线性5）土性指标的相关性岩土工程的系统可靠度问题、全概率问题与广义可靠度问题，和其他工程结构相比，也具有更复杂的特点。1.岩土工程可靠度理论的发展状况2.2可靠度基本概念2.2.1可靠性工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，所达到的安全性、适用性和耐久性总称为工程结构的可靠性。2.2.2可靠度工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率称为工程结构的可靠度。可靠度概念屮的“规定时间”通常指设计基准期。工程结构的设计基准期与使用寿

5、命之间是相互联系而又不完全等同的两个概念。当工程结构的使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，不能保证其目标可靠指标，但不等于其丧失所要求的功能甚至报废。例如，某建筑的设计基准期定义为T=50年，但到了50年时不一定该建筑就不能使用了。一般來说，使用寿命长，设计基准期也可以长一些，使用寿命短，设计基准期应短一些，通常设计基准期应小于寿命期。目前国际上对设计基准期的取值尚不统一，一般取50〜120年。我国建筑结构的设计基准期统一取为50年，属于适中时域。不同的设计基准期，对应不同的荷载统计参数及其代表值，

6、但为了便于统计分析和工程设计，同一工程结构体系的设计一般取用统一的设计基准期。2.2.3可靠度设计水准通常将可靠度设计划分为三个水准，即水准I、水准H和水准IIIo水准I——半概率设计法特点：在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则，分项安全系数主要依据工程经验确定，为半概率设计法。目前，我国大部分现行公路桥梁结构和路面结构设计规范所采用的设计理论都属于这一水准。半概率设计法三个步骤：（1）按照概率取值原则，确立极限功能函数屮抗力变量用和荷载变量S的标准值；（2）半概率地（根据工程实际经验）确定材料设计强度及设计荷载;(

7、3)由材料设计强度值计算出截面抗力，由设计荷载计算出荷载效应，并进行判断。水准II——近似概率设计法特点：运用概率论和数理统计的方法，对工程结构、构件或截面设计的“可靠概率”做出较为近似的相对估计。分析屮忽略了或简化了基本变量随时间变化，将一些复杂的非线性极限状态方程线性化。仍然只是一种近似的概率方法，在现阶段它确实是比较合理且可行的方法。《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GE50068-2001)、《铁道工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216.2-94)以

8、及《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)等，采用的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法就属于这一水准的设计方法。水准TTT——全概率设计法特点：影响丁程结构可靠度的各种因素用随机变量的概率模型描述。考虑了随时间变化的特性，采用随机过程模型加以描述，以工程结构的失效概率作为工程结构可靠度的直接度量。是完全的、真