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1、第十七章 结构系统可靠度计算第一节 结构可靠度基本概念一、结构的功能要求各种工程结构都必须满足下列四项基本要求：（1） 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；（2） 在正常使用时具有良好的工作性能；（3） 正常维护下具有良好的耐久性能；（4） 在偶然事件发生时（如地震、火灾等）及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。上述第（1）、（4）项为结构的安全性要求，第（2）项为结构的使用性要求，第（3）项为结构的耐久性要求。结构若同时满足安全性、适用性和耐久性要求，则称该结构可靠，即结构的可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的统称。二、机构的功能函数一般情况下，总可以将影响结构可靠性的因素归纳为两
2、个综合量，即结构或机构构件的载荷效应S和抗力R。令 Z=g(R，S)=RS （17-1）实际工程结构的载荷效应S和抗力R均为随机变量，由此Z也是一个随机变量，总可能出现下列三种情况：Z0 结构可靠Z0 结构失效 Z=0 结构处于极限状态由于根据Z值的大小，可以判断结构是否满足某一确定功能要求，因此称式（17-1）表达的Z为结构功能函数。而把 Z=RS=0 （17-2）成为极限状态方程。由于影响荷载效应S和结构抗力R都有很多更基本的随机变量（如截面几何特性、结构尺寸、材料性能等），设这些随机变量为X1、X2、Xn，则结构功能函数的一般形式为 Z=g（X1，X2，Xn） （17-3）三、结构极限状
3、态结构的极限状态是结构由可靠转变为失效的临界状态。如果整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态成为该功能的极限状态。结构的极限状态可分为以下两类：1、承载能力的极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适用继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1） 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；（2） 结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适用于继续承载；（3） 结构转变为机动体系；（4） 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。 2、正常使用极限
4、状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：（1） 影响正常使用或外观的变形；（2） 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；（3） 影响正常使用的振动；（4） 影响正常使用的其他特定状态。四、结构可靠度结构可靠度是结构可靠性的概率量度。其更明确、更科学的定义是：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。上述“规定的时间”，一般指结构设计基准期，目前世界上大多数国家普通结构的设计基准期均为50年。由于载荷效应一般随设计基准期增大而增大（设计应取设计基准期内的最大值），而影响结构
5、抗力的材料性能指标则随设计基准期的增大而减小，因此结构可靠度与“规定的时间”有关，“规定的时间”越长，结构的可靠度越低。结构可靠度定义中“规定的条件”，指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为错误或过失因素。人为错误或过失所造成的结构失效为结构事故，应通过质量监督和加强管理予以克服。若已知结构功能函数Z的概率密度分布函数（Z），则结构的可靠度可按下式计算 (17-4)若将结构处于失效状态的概率称为失效概率，以表示，则 （17-5）由于事件Z0,则sign（y）=1，若y0, 则sign（y）=-1;若y=0，则sign（y）=0.将式（17-38）与线性方程标准形式比较得 （17-39）则 （17-40）d= （17-41）由标准线性方程（17-39）的几何意义知， （17-42）为方程所代表线性曲面的单位法线向量，d为坐标原点到该线性曲面的距离。显然，d0.将式（17-29）与式（17-41）比较知
