文档介绍：影响结构可靠度的不确定性因素分析及研究
影响结构可靠度的不确定性因素分析及研究
[摘要]可靠性理论已发展成为一门集综合性与边缘性为一体的学科,它涉及到基础科学、技术科学和管理科学等领域,可靠性数学是可靠性的基础理论之一,已发展成为涉及应用概率、应用数理统计和运筹学的一个边缘分支学科,而可靠度则是度量产品质量的主要指标,并在实践中得到了广泛的应用。
关键字:可靠度,工程结构,不确定因素
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:
目前,国际上大多数国家的结构设计规范虽然已经采用了基于概率的极限状态设计方法,但是由于土木工程结构的特殊性和复杂性,结构可靠度分析的应用只局限于构件的层次上,并采用分项系数来考虑不确定性因素的影响。由于土木工程结构都是具有很高冗余度的超静定结构,结构体系的特性要比结构构件的特性重要得多,因此,在设计中如何考虑结构体系的特性是一个十分关键的问题。基于功能的结构体系可靠度分析,最初由美国学者在结构抗震设计中提出,其基本思想就是使结构在荷载作用下能够维持所要求的功能水平。将结构体系可靠度与结构的某种功能联系起来,使得体系可靠度的概念更加明确,也更符合实际情况,而且计算也更加简便。因此,近年来,基于功能的结构体系可靠度分析引起了工程界的广泛关注。
一、工程结构要求具有一定的可靠性,是因为工程结构在设计、施工、使用过程中具有种种影响其安全、适用、耐久的不确定性. 这些不确定性大致有以下几个方面.
。所谓事物的随机性,是由于事件发生的条件不充分,使得在条件与结果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、随机过程和数理统计.
。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,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”,即“模糊性”. 研究和处理模糊性的数学方法主要是1965年美国自动控制专家查德()教授创始的“模糊数学”.
。事物是由若干相互联系、相互作用的要素所构成的具有特定功能的有机整体。人们常用颜色来简单地描述掌握事物知识的完善程度,并把事物(或称系统)分为三类:白色系统、黑色系统、灰色系统。对知识的不完善性处理还没有成熟的数学方法,在工程实践中只能由有经验的专家对这种不确定性进行评估,引入经验参数。例如, “待建”桥梁未来承受的车辆荷载可引入经验的发展系数,作为一种权宜的处理方法。
二、结构可靠性基本理论与方法
1. 一次二阶矩法:按照现行结构可靠度设计统一标准的定义,结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。结构可靠性理论的研究,起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的不确定性的认识,以及结构设计风险决策理论中计算结构失效概率的需要。早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所谓“二阶矩模式”,可靠度用可靠指标表示。
对于结果功能函数随机变量服从正态分布的情形,在概率密度曲线坐标中,功能函数的平均值为曲线的峰值点到结构功能函数等于0(极限状态方程)点的距离,可用标准差的倍数表示,这个倍数就是二阶矩模式中的