含义:指在规定时间和条件下,工程结构具有的满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力。由于影响可靠性的各种因素存在着不定性,如荷载、材料性能等的变异,计算模型的不完善,制作质量的差异等,而且这些影响因素是随机的,因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量。
影响因素:主要有荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析五种。这些因素一般都是随机的,因此,为了保证结构具有应有的可靠度,仅仅在设计上加以控制是远远不够的,必须同时加强管理,对材料和构件的生产质量进行控制和验收,保持正常的结构使用条件等都是结构可靠度的有机组成部分。
结构可靠性与可靠度的含义:
1 可靠性。上述结构功能即可概称为结构的可靠性。也就是说,结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力,称为结构的可靠性。
2 可靠度。结构在规定时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的可靠度。即结构可靠度是结构可靠性的一种定量描述(概率度量)。
所谓规定的时间,是指设计时所规定的设计使用年限,具体的设计使用年限应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068确定。所谓规定的条件,是指结构正常的设计、施工、使用和维护条件,不考滤人为的过失。预定的功能是指强度、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性、动力等等。
以往的计算方法是将各种设计参数作为固定值,都是以经验为主的安全系数来度量结构的可靠度,将结构安全度理解为结构的安全储备,均属于定值设计的范畴。但是事实上结构设计中的众多因素都具有不确定性或随机性,例如荷载和强度的变异性、计算假定与实际受力情况的差异、施工建造过程中的偏差等等,在设计时事先根本难以确定出准确的数值。对于各种随机因素,只能用概率来描述,以数理统计的方法给结构可靠度所作的概率定义。与定值法所作安全度的定义在概念上是全然不同的。
结构可靠性的指标为β值,表示正态分布的分位点。
例如,当β=3时,表示可靠度为0.9974
对于结构产品的β计算,通常用有限元方法建立模型,用响应面法构造仿真模型,进行随机有限元仿真计算,有些软件能干这个,例如NESSUS。
结构可靠性包括安全性、适用性和耐久性。
结构可靠度:
建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。结构可靠度是结构可靠性的概率度量,其定义是: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,称为结构可靠度。
其“规定的时间”是指设计使用年限;“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常的使用条件,不包括人为的过失影响;“预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用的能力(即安全性);在正常使用时具有良好的工作性能(即适用性);在正常维护下具有足够的耐久性能(耐久性)。
在偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。结构能完成预定功能的概率称为可靠概率p↓s,结构不能完成预定功能的概率称为失效概率P↓f,p↓f=1-Ps,用以度量结构构件可靠度是用可靠指标β,它与失效概率p↓f的关系为p↓f=ψ(-β)。
根据对正常设计与施工的建筑结构可靠度水平的校正结果,并考虑到长期的使用经验和经济后果后,《统一标准》给出构件强度的统-β值:对于安全等级为I级(重要)的构件,延性破坏的,β=3.7;脆性破坏的,β=4.2。对于安全等级为II级(一般)的构件,延性破坏的,β=3.2;脆性破坏的,β=3.7。
对于安全等级为III级(次要)的构件,延性破坏的,β=2.7;脆性破坏的,β=3.2。以上这些目标可靠度指标值是在静力荷载条件下采用,对于含有动力荷载的组合作用情况,其目标可靠度一般比上述值低,大约在1~2之间。
安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性。结构能够满足功能要求,称为结构可靠;反之为结构不可靠,其分界点,称为极限状态。
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,此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态有两种:承载能力极限状态和正常使用极限状态。
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