既有結(jié)構(gòu)可靠性理論及應(yīng)用

前言

　　在考察各種不確定因素對結(jié)構(gòu)可靠性的影響時，既有結(jié)構(gòu)的評定與擬建結(jié)構(gòu)的設(shè)計并無本質(zhì)差別，兩者都以基本的結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)，控制和判定結(jié)構(gòu)在各種不確定因素的影響下完成預(yù)定功能的能力，但是相對擬建結(jié)構(gòu)，既有結(jié)構(gòu)已轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的空間實體，不再是圖紙上虛擬的結(jié)構(gòu)，因此在具體的評定過程中，并不能簡單沿用結(jié)構(gòu)設(shè)計中的分析和校核方法。就目前國內(nèi)外發(fā)展的總體水平而言，既有結(jié)構(gòu)可靠性理論仍處于形成階段，尚不能為既有結(jié)構(gòu)的評定提供充足的理論基礎(chǔ)，目前采用的評定方法主要是在總結(jié)長期工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上借鑒結(jié)構(gòu)設(shè)計中的方法而建立起來的，對既有結(jié)構(gòu)自身特點的考慮主要體現(xiàn)為一些原則性的規(guī)定。?　　本書總結(jié)了作者自1990年以來對國內(nèi)外既有結(jié)構(gòu)可靠性評定的研究與實踐的部分成果，吸收了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的一些最新思想和內(nèi)容，包括國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》（ISO2394:1998）、國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)——既有結(jié)構(gòu)的評定》（ISO13822:2003）、歐洲規(guī)范《結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)》（EN1990:2002）、國際安全度聯(lián)合委員會規(guī)范《JCSS概率模式規(guī)范》以及國家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153）（修訂稿）、《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）、《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ144）（修訂稿）、《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）等，期望能夠建立既有結(jié)構(gòu)可靠性的基本理論，為既有結(jié)構(gòu)的分析與評定提供一定的理論基礎(chǔ)。由于既有結(jié)構(gòu)分析與評定中的許多問題屬于結(jié)構(gòu)可靠性理論中的基本問題，因此書中許多內(nèi)容對于擬建結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)而言都是共性的，包括結(jié)構(gòu)時域可靠性、結(jié)構(gòu)耐久性、不確定性及其測度、結(jié)構(gòu)可靠性的度量、結(jié)構(gòu)可靠度的分析與控制等。這些內(nèi)容對于促進結(jié)構(gòu)可靠性基本理論的發(fā)展也是有益的?！　”緯?～第3章主要闡述和拓展結(jié)構(gòu)可靠性的基本概念和度量方法，它們是結(jié)構(gòu)可靠性分析、設(shè)計與評定的基礎(chǔ)。?　　既有結(jié)構(gòu)可靠性的基本含義與擬建結(jié)構(gòu)的一致，但在“時間”、“條件”、“功能”等方面有其特殊性，明確這些差別對于完整、準(zhǔn)確地理解既有結(jié)構(gòu)可靠性的具體含義是非常必要的，第1章中對此做了專門論述?！　〗Y(jié)構(gòu)可靠性的核心是結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件下滿足時間、功能兩方面要求的能力，它既可從功能的角度描述，也可從時間的角度描述，分別對應(yīng)于“結(jié)構(gòu)可靠性”和“結(jié)構(gòu)時域可靠性”。這兩者不僅是一對關(guān)系緊密的耦合概念，而且數(shù)值相等。這一結(jié)論對于拓展結(jié)構(gòu)可靠性、包括結(jié)構(gòu)耐久性的研究方法具有重要的意義。這些內(nèi)容反映于第1章和第3章。?　　安全性、適用性是對結(jié)構(gòu)可靠性最基本的分類，分別對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)耐久性則是結(jié)構(gòu)可靠性中涉及材料性能劣化和損耗的特殊內(nèi)容，當(dāng)然也是安全性、適用性中的特殊內(nèi)容，概念上從屬于結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。有關(guān)結(jié)構(gòu)耐久性的概念及其與安全性、適用性的關(guān)系見第1章。?

內(nèi)容概要

本書針對國內(nèi)外既有結(jié)構(gòu)可靠性評定領(lǐng)域的發(fā)展，總結(jié)了作者自1990年以來研究與實踐的部分成果，吸收了國內(nèi)外有關(guān)可靠性評定標(biāo)準(zhǔn)的一些最新思想和內(nèi)容，初步建立了既有結(jié)構(gòu)可靠性的基本理論，并將其應(yīng)用于既有結(jié)構(gòu)的可靠性評定中。本書主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)可靠性和耐久性的基本概念，不確定性及其測度，結(jié)構(gòu)可靠性的度量，作用和結(jié)構(gòu)抗力的分析模型，既有結(jié)構(gòu)可靠度的分析與計算，既有結(jié)構(gòu)可靠性評定的基本原則和方法等。書中內(nèi)容以既有結(jié)構(gòu)的可靠性分析與評定為核心，亦涉及結(jié)構(gòu)可靠性理論中的許多基本問題。    本書可供從事土木工程領(lǐng)域研究的工程技術(shù)人員、科研工作者以及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員參考，亦可作為研究生教材。

書籍目錄

第1章  結(jié)構(gòu)可靠性  1.1  結(jié)構(gòu)可靠性    1.1.1  定義    1.1.2  既有結(jié)構(gòu)可靠性    1.1.3  結(jié)構(gòu)時域可靠性    1.1.4  結(jié)構(gòu)安全性和適用性  1.2  結(jié)構(gòu)耐久性    1.2.1  概述    1.2.2  結(jié)構(gòu)耐久性    1.2.3  與安全性、適用性的關(guān)系  1.3  結(jié)構(gòu)可靠性影響因素    1.3.1  結(jié)構(gòu)狀態(tài)和性能    1.3.2  作用和作用效應(yīng)    1.3.3  基本影響因素  參考文獻第2章  不確定性及其測度  2.1  概述    2.1.1  不確定性的理論    2.1.2  不確定性的分類  2.2  隨機性    2.2.1  隨機現(xiàn)象    2.2.2  隨機現(xiàn)象的成因    2.2.3  隨機性  2.3  主觀不確定性    2.3.1  主觀不確定現(xiàn)象    2.3.2  主觀不確定性    2.3.3  主觀不確定性的特點  2.4  不確定性的測度    2.4.1  概率和隨機變量    2.4.2  信度和未確知量    2.4.3  模糊及籠統(tǒng)概念    2.4.4  認知方程  2.5  既有事物的信度  參考文獻第3章  結(jié)構(gòu)可靠性的度量  3.1  結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量    3.1.1  結(jié)構(gòu)可靠度    3.1.2  結(jié)構(gòu)時域可靠度    3.1.3  結(jié)構(gòu)耐久性的度量  3.2  結(jié)構(gòu)可靠度的信度    3.2.1  可靠度分析中的主觀不確定性    3.2.2  結(jié)構(gòu)失效概率的信度  3.3  基于信度的可靠性控制指標(biāo)    3.3.1  設(shè)計與評定的信度表達式    3.3.2  失效概率的信度均值    3.3.3  基于信度的可靠性度量和控制指標(biāo)  參考文獻第4章  既有結(jié)構(gòu)可靠度分析  4.1  作用分析模型    4.1.1  作用的類別    4.1.2  擬建結(jié)構(gòu)的作用分析模型    4.1.3  既有結(jié)構(gòu)的作用分析模型  4.2  結(jié)構(gòu)抗力分析模型    4.2.1  擬建結(jié)構(gòu)抗力分析模型    4.2.2  既有結(jié)構(gòu)抗力分析模型    4.2.3  實例分析  4.3  結(jié)構(gòu)可靠度的分析和計算    4.3.1  結(jié)構(gòu)失效概率的表達式    4.3.2  結(jié)構(gòu)失效概率的時段分析方法  4.4  可靠指標(biāo)計算的改進方法    4.4.1  JC法    4.4.2  改進一次二階矩法  4.5  隨機變量轉(zhuǎn)換前后的相關(guān)性  參考文獻第5章  既有結(jié)構(gòu)可靠性評定  5.1  基本原則和方法    5.1.1  評定目的    5.1.2  評定內(nèi)容和項目    5.1.3  評定依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)    5.1.4  基本評定方法    5.1.5  可靠性等級  5.2  結(jié)構(gòu)可靠性評定    5.2.1  評定方法的選擇    5.2.2  基于結(jié)構(gòu)分析的評定    5.2.3  基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估的評定  參考文獻第6章  主要結(jié)論

章節(jié)摘錄

　　3．非隨機變量　　結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素中也包含著非隨機變量，如果人們對它們的認識有著百分之百的信心，分析中可將其視為完全確定的量；否則，應(yīng)將其視為未確知量。以既有結(jié)構(gòu)為例，其各個構(gòu)件當(dāng)前的截面尺寸、材料強度等雖然有所差別，但客觀上都應(yīng)是確定的，不屬于隨機變量。對于截面尺寸等簡單、直觀的項目，人們很容易對其建立起準(zhǔn)確的認識，可將其視為完全確定的量。但對于材料強度等復(fù)雜的項目，要準(zhǔn)確測試其真值，則較為困難，相應(yīng)地人們對它們的認識也就會呈現(xiàn)一定的不確定性，這時應(yīng)將其視為未確知量?！　?．綜合變量　　結(jié)構(gòu)可靠性的分析涉及許多綜合性的變量，如抗力、組合作用效應(yīng)等。對它們認識的不確定性有兩個來源：各基本變量的不確定性，各基本變量之間關(guān)系的不確定性。以抗力為例，一般將其不確定性的來源歸結(jié)為三個方面：材料性能，幾何參數(shù)，計算模式，其中計算模式實際上代表了構(gòu)件的內(nèi)部關(guān)系。對于擬建結(jié)構(gòu)的抗力，這三者均屬于隨機變量，由于它們的概率特性一般都是通過大量樣本的統(tǒng)計推斷得到的，可將它們視為確知的隨機變量。對于既有結(jié)構(gòu)當(dāng)前的抗力，其特定的材料性能、幾何參數(shù)、構(gòu)件的內(nèi)部關(guān)系客觀上都應(yīng)是確定的，但是人們往往難以全部準(zhǔn)確地掌握，特別是構(gòu)件的內(nèi)部關(guān)系和材料性能，往往會產(chǎn)生主觀不確定性，并綜合反映到對抗力的認識上，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)當(dāng)前的抗力成為未確知量。

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