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房屋檢測鑒定與結構加固公開課（十八）——既有房屋可靠度的理論
來源：www.lcixpe.cn | 發布時間：2017年05月10日
既有房屋可靠度的理論
既有房屋可靠性鑒定是在建筑物建成并投入使用后,根據對結構上的作用、結構抗力及其相互關系的實際調查,評估其實際的結構可靠性,使結構持續正常地滿足各項預定功能。既有房屋可靠性評估即研究建筑結構使用期及加固后的結構可靠性。各國建筑結構設計規范以結構可靠性理論為基礎得到修訂和完善,并在結構設計中得到應用,既有房屋可靠性評估同樣以結構可靠性理論為基礎。因而,既有房屋可靠性評估的發展有賴于結構可靠性理論的研究與進展。
結構可靠度的研究始于20世紀30年代,當時主要是圍繞飛機失效進行研究?？煽慷仍诮Y構設計中的應用大概從20世紀40年代開始。1946年,弗羅伊詹特(A.M.Freudenthal)發表題為《結構的安全度》的論文,開始比較集中的研究結構可靠度問題。結構動力可靠度的研究以20世紀40年代美國5.0.Rice首次建立在給定時間內交差次數期望的數學表達式為標志。我國對這一領域的研究始于20世紀50年代,經過幾十年的發展,我國在理論研究和應用方面已提高到一個新的水平,己躋身國際先進水平行列,結構可靠度理論已成為建筑結構工程領域的重要基礎理論。
結構可靠性是指結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的特性。根據規范規定,建筑結構必須滿足安全性、實用性和耐久性的要求。建筑結構要求具有一定的可靠性,是因為建筑結構在設計、施工、使用過程中具有種種影響其安全、適用、耐久的不確定性。這些不確定性與結構的幾何特性、材料特性、失效準則及人為因素等有關,大致有以下幾個方面:
(1)事物的隨機性。所謂事物的隨機性,是由于事件發生的條件不充分,使得條件與結果之間不能出現必然的因果關系,從而事件的出現與否表現出不確定性。研究事件隨機性問題的數學方法主要有概率論、隨機過程和數理統計。
(2事物的模糊性。事物本身的概念是模糊的,即一個對象是否符合這個概念是難以確定的,也就是說一個集合到底包含哪些事物是模糊的,非明確的,主要表現在客觀事物差異的中間過渡中的“不分明性”,即“模糊性”。研究和處理模糊性的數學方法主要是1965年美國自動控制專家查德(L.A.Zadeh)教授創始的“模糊數學”。
(3)事物知識的不完善性。事物是由若干相互聯系、相互作用的要素所構成的具有特定功能的有機整體。人們常用顏色來簡單地描述掌握事物知識的完善程度,并把事物(或稱系統)分為三類:白色系統、灰色系統、黑色系統。對知識的不完善性處理還沒有成熟的數學方法,在工程實踐中只能由有經驗的專家對這種不確定性進行評估,引入經驗參數。
結構可靠性的測度是結構可靠度。結構可靠度是指結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率。運用概率理論處理結構靜力作用時的可靠度可劃分為三個水準:
水準一:分別在荷載效應S和結構抗力R的基礎上考慮概率原則,主要根據經驗確定安全系數。這種方法稱為半概率法。我國20世紀70年代規范中采用的單一安全系數法,容許應力法均屬于這一水準。
水準二:將極限狀態函數中有關荷載效應S和結構抗力R的基本變量視為隨機變量,考慮兩者的聯合分布,以此建立與結構失效概率有內在聯系的安全指標作為衡量結構安全度的尺度。因為在分析中忽略或簡化了基本變量隨時間變化的關系,采用了近似的線性化方法處理極限狀態方程和非正態隨機變量,且統計數據不夠充分,因而確定基本變量的分布類型時有相當的近似性,這種方法通常稱為近似概率法。國內外20世紀80年代開始在規范中應用的二階矩法、JC法屬于這一水準。
水準三:對各隨機變量分別采用隨機變量或隨機過程的概率模型來描述,對整個結構體系進行精確概率分析,使其具有最大的可靠度。這種方法稱為全概率法。
既有房屋可靠性鑒定是在建筑物建成并投入使用后,根據對結構上的作用、結構抗力及其相互關系的實際調查,評估其實際的結構可靠性,使結構持續正常地滿足各項預定功能。既有房屋可靠性評估即研究建筑結構使用期及加固后的結構可靠性。各國建筑結構設計規范以結構可靠性理論為基礎得到修訂和完善,并在結構設計中得到應用,既有房屋可靠性評估同樣以結構可靠性理論為基礎。因而,既有房屋可靠性評估的發展有賴于結構可靠性理論的研究與進展。
結構可靠度的研究始于20世紀30年代,當時主要是圍繞飛機失效進行研究?？煽慷仍诮Y構設計中的應用大概從20世紀40年代開始。1946年,弗羅伊詹特(A.M.Freudenthal)發表題為《結構的安全度》的論文,開始比較集中的研究結構可靠度問題。結構動力可靠度的研究以20世紀40年代美國5.0.Rice首次建立在給定時間內交差次數期望的數學表達式為標志。我國對這一領域的研究始于20世紀50年代,經過幾十年的發展,我國在理論研究和應用方面已提高到一個新的水平,己躋身國際先進水平行列,結構可靠度理論已成為建筑結構工程領域的重要基礎理論。
結構可靠性是指結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的特性。根據規范規定,建筑結構必須滿足安全性、實用性和耐久性的要求。建筑結構要求具有一定的可靠性,是因為建筑結構在設計、施工、使用過程中具有種種影響其安全、適用、耐久的不確定性。這些不確定性與結構的幾何特性、材料特性、失效準則及人為因素等有關,大致有以下幾個方面:
(1)事物的隨機性。所謂事物的隨機性,是由于事件發生的條件不充分,使得條件與結果之間不能出現必然的因果關系,從而事件的出現與否表現出不確定性。研究事件隨機性問題的數學方法主要有概率論、隨機過程和數理統計。
(2事物的模糊性。事物本身的概念是模糊的,即一個對象是否符合這個概念是難以確定的,也就是說一個集合到底包含哪些事物是模糊的,非明確的,主要表現在客觀事物差異的中間過渡中的“不分明性”,即“模糊性”。研究和處理模糊性的數學方法主要是1965年美國自動控制專家查德(L.A.Zadeh)教授創始的“模糊數學”。
(3)事物知識的不完善性。事物是由若干相互聯系、相互作用的要素所構成的具有特定功能的有機整體。人們常用顏色來簡單地描述掌握事物知識的完善程度,并把事物(或稱系統)分為三類:白色系統、灰色系統、黑色系統。對知識的不完善性處理還沒有成熟的數學方法,在工程實踐中只能由有經驗的專家對這種不確定性進行評估,引入經驗參數。
結構可靠性的測度是結構可靠度。結構可靠度是指結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率。運用概率理論處理結構靜力作用時的可靠度可劃分為三個水準:
水準一:分別在荷載效應S和結構抗力R的基礎上考慮概率原則,主要根據經驗確定安全系數。這種方法稱為半概率法。我國20世紀70年代規范中采用的單一安全系數法,容許應力法均屬于這一水準。
水準二:將極限狀態函數中有關荷載效應S和結構抗力R的基本變量視為隨機變量,考慮兩者的聯合分布,以此建立與結構失效概率有內在聯系的安全指標作為衡量結構安全度的尺度。因為在分析中忽略或簡化了基本變量隨時間變化的關系,采用了近似的線性化方法處理極限狀態方程和非正態隨機變量,且統計數據不夠充分,因而確定基本變量的分布類型時有相當的近似性,這種方法通常稱為近似概率法。國內外20世紀80年代開始在規范中應用的二階矩法、JC法屬于這一水準。
水準三:對各隨機變量分別采用隨機變量或隨機過程的概率模型來描述,對整個結構體系進行精確概率分析,使其具有最大的可靠度。這種方法稱為全概率法。
結構可靠度通常受各種荷載、材料性能、幾何參數、計算公式精確性等因素影響。這些因素一般具有隨機性,稱為隨機變量,計作X;(i=1、2,…,n)。
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