工程结构可靠度综述

工程结构可靠度综述

摘要：简要概述了结构可靠度设计的基础，发展历史，不确定因素和影响因素，介绍了当前几种主流的分析方法，最后简单阐述了国内外可靠性理论的研究和应用情况，展望未来了的发展趋势。

关键词：可靠度建筑结构影响因素矩法发展趋势

1 建筑结构可靠度研究的意义

我国在以结构可靠性理论为基础对各类建筑结构设计规范修订、影响结构可靠性的不确定因素分析、在役结构的检验、可靠性评定、维修决策、结构诊断专家系统与加固修复技术、结构耐久性和剩余寿命估计、结构防灾减灾与结构抗风、抗震控制等理论和技术多方面已经取得了重要的基础研究成果并部分应用于工程实际。城市化的加速使得土木建筑业已成为国民经济的支柱产业之一，各种高层及大跨结构、大型立交桥及隧道、地铁、空港等工程日益巨大，城市化带来人口高度密集、财富高度集中，一般的地震灾害就可造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前我国的工程结构质量问题仍然十分严重，如何实现结构的功能和保证结构体系安全可靠已引起国内学者的关注，我国《工程结构可靠度设计统一标准》也提出“当有条件时，工程结构宜按结构体系进行设计”。

2 结构可靠性的研究历史

长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中,首次提出飞机故障率不应超过10-5次/ h ,这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标。二战后期,德国的火箭专家R·首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V2Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75 %；1942 年美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。20世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门。

结构可靠性理论的产生，是以20 世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911 年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题;1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926 年～

1929 年 ,前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法 ,但当时方法不

够严格，因此 ,未付诸实施。1935年斯特列律茨基、1947年尔然尼钦和苏拉等

人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数

理统计学的阶段。

值得指出的是 ,弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠

性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程

界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”一文，奠定了结构可靠性的

理论基础。

从40年代初期到60年代末期 ,是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所

说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研

究工作的深入 ,经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设

计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期 ,结构可靠性理论还未能马上被工程

界广泛应用。

3结构设计的可靠度基础

结构的可靠度分析与设计理论，主要是基于构件可靠度设计和体系可靠度设

计理论。

3.1构件的结构可靠度设计

基于荷载和抗力随机性的统计分析和模型化，构件的功能函数通常是随机变

量的函数，可以表示为

123(,,,)n Z g X X X X =??? （1）

其中(1,2,3,,)i X i n =???是荷载、抗力或它们的影响因素等随机变量。

功能函数可以方便地刻画构件的安全准则、极限状态和失效准则，它们分

别相应于0,0,0Z Z Z >=<等三种状态。00Z Z ><和满足的概率就是构件相应

于函数Z 描述的功能的可靠度和失效概率。

结构的可靠度设计就是要在规定的条件下，合理地确定结构形式 、构件材

料和尺寸，使所有的结构，构件可靠度满足期望的可靠度水平（或目标可靠度）

当功能函数Z 是线性的且各随机变量(1,2,3,,)i X i n =???是正态随机变量时，

相应于功能函数Z 的构件可靠度与可靠指标β有一一对应的关系，则β可以表

示为

=/z i m βσ （2）

（2）对于非线性功能函数 、非正态随机变量的情况，总可以通过验算点

法（或称法）将其与β对应起来。

于是，结构的可靠度设计转化为用可靠指标表示的设计表达式

[](1,2,,)i i m ββ≥=???，式中i β和[]β分别是构件的实际可靠指标和目标可靠

指标。目前各国工程结构设计规范都是基于上述构件可靠度设计理论编制的。

3.2 结构的体系可靠度设计

结构设计不仅要满足构件的可靠度要求，更应该满足结构整体 或称体系的可靠度要求，这是结构设计发展的必然趋势。结构体系的可靠度分析是以结构的失效模式为基础的，结构的失效模式由若干构件的实效组成。因此，形成结构失效模式的失效构件形成一个并联子系统。结构体系的失效概率可以表示为

同时满足结构构件和整体可靠度要求的设计表达式可表示为[](1,2,,)si s P P i m >=???，并且[]ss ss P P >，式中1，是结构的体系可靠度；[]是相应的目标可靠度。结构的体系可靠度分析面临两个大的困难；其一是结构的失效模式多，搜索困难；其二是各失效模式相关，给可靠度计算带来困难。目前 ，结构体系可靠度分析还没有普遍认可的 、简便实用的方法。因此，结构体系可靠度还没有象构件可靠度那样全面有效地进入设计规范。但是，北美的一些规范规定了结构设计要进行主要失效模式、失效路径和冗余度分析和考虑，这在一定程度上反映了对结构体系可靠度的要求。

4 影响结构设计可靠度设计因素

对于只有两个基本变量——荷载效应S 和抗力R 的构件功能函数：

Z R S =- (3)

其中R 和S 是互不相关的正态随机变量。则构件的可靠指标为：

(4)

式中u σ和是相应下标量的均值和标准差。

随机变量R 和S 的概率密度函数及其关系如下图所示

图1 荷载和抗力概率密度及其关系

4.1 目标可靠指标

在给定的抗力R和荷载效应S下，参考上图，直观地说，目标可靠指标[β]实际上是规定抗力和荷载效应的概率密度和搭接的面积。[β]是结构安全水平的综合指标，是影响结构设计可靠度水平最直接的指标。我国《建筑结构设计统一标准》（68-84）和其它大多数国家的结构设计标准，目标可靠指标[β]都是在给定抗力和荷载的概率分布条件下校准原规范安全系数来确定的。

4.2 目标可靠指标

在相同的目标可靠指标下，荷载设定的大小不同,结构设计可靠度水平截然不同在荷载水平的影响中,可变荷载占主导地位可变荷载大致可以分为两类。其一是楼面活荷载；其二是自然环境荷载,包括诸如风载、雪载和地震作用等受自然规律支配发生的荷载或作用，楼面活荷载的水平,主要是设计基准期内荷载均值的大小；自然环境荷载的水平，主要与基准期长短有关，因为大多数自然环境荷载都是按年最大值统计确定的，基准期越长，荷载水平越高可变荷载概率分布参数确定的准确程度，也将影响结构设计的可靠度。例如,假定在图1中的实线是相应于目标可靠指标[β]的设计荷载效应，虚线是实际的荷载效应,显然,我们设计的结构并不真正具备设定的目标可靠指标[β]。

4.3 最不利荷载效应组合

我国构件目标可靠指标是《建筑结构设计统一标准》（68-84）按三种基本荷载效应组合、14种基本构件校准确定的,其它各种荷载效应组合下的目标可靠指标均与此水平相同。结构设计通常是最不利荷载效应组合起控制作用,最不利的程度不同,结构实际的可靠度也将不同,可变荷载水平的影响因素类似。在校准构件目标可靠指标时,“恒载+活载+风载”与“恒载+活载+雪载+风载”两种不同荷载效应组合下（可变荷载基准期相同）具有相同的目标可靠指标,其实,两者的可靠度水平是不同的。

4.4 抗力衰减

由于环境荷载疲劳效应导致的累积损伤、环境腐蚀和材料老化等不利因素的影响,构件的抗力将随时间衰减,具体表现在抗力的均值和标准差是时间的函

数,即。,如果能准确把握抗力分布参数随时间变化的规律,则结构设计应采用期望结构使用年限的构件剩余抗力的分布参数（）和σR （）。目前,这一工作国内外都在研究中,从发展的趋势看,构件的抗力衰减将会在结构设计或规范中予以考虑。

5 建筑结构可靠度的几种主要的分析方法

5.1 一次二阶矩法

在实际工程中，一次二阶矩法的应用相当广泛，已成为结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化。由于将非线性功能函数做了线性化处理，所以该类方法是一种近似的计算方法，但具有很强的适用性，计算精度能够满足工程需求。

（1）中心点法

提出了与结构失效概率相对应的可靠度指标来衡量结构可靠度，并以此建立了结构可靠度分析的一次二阶矩法。这是可靠度分析初期提出的一种方法，其基本思想就是将非线性的功能函数在随机变量的均值点处泰勒展开保留一次项，并计算其前两阶矩。

（2）验算点法

中心点法在本质上存在一个很大缺陷就是失效函数不具有唯一性。和针对这种情况，提出了可靠指标新的定义：在标准正态坐标系中从原点到失效面的最短距离，一般称为可靠度指标，它与失效函数的选择无关，是个不变量。利用这种方法定义的可靠性指标与失效函数无关，所得到的安全余量是失效函数的不变量，因为所有的等效失效函数都产生同一个失效面。

（3）法

针对工程结构各随机变量的非正态性，拉克维茨提出了法。其基本原理是将非正态的变量当量正态化，替代的正态分布函数要求在设计验算点处的累积概率分布函数()和概率密度函数()值分别和原变量的值、值相等。当量正态化后，采用改进一次二阶矩法的计算原理求解结构可靠度指标。该方法克服了上述两种方法的不足，适用于随机变量为任意分布下结构可靠指标的求解，运算简捷，对非线性程度不高的结构功能函数，其精度能满足工程实际需要，并已为国际联合委员会()所采用，故称法。我闺《建筑结构设计统一标准》《铁路工程结构设计统一标准》中亦采用此法。

5.2 二次二阶矩法

如前所述，以标准正态空间内坐标原点到极限状态曲面的最短距离定义的结构可靠指标，所对应的是在验算点处线性化的极限状态方程(或超切平面)的可靠指标。它没有反映极限状态曲面的凹凸性，在极限状态方程的非线胜程度较高时，误差较大。1984年给出一个考虑了极限状态曲面在验算点处主曲率的失效概率渐近计算公式。具体分析时，首先根据计算可靠指标时得到的灵敏系数(或方向余弦)向量，应用．标准正交化方法产生正交矩阵，然后对随机变量进行正交变换(即转轴)。整个计算过程要涉及复杂的矩阵分折和行列式运算。一般情况下，将非线性极限状态方程在验算点处展开并保留至二次项时，得到的是一个椭圆或

双曲面方程，直接由这样的二次方程进行分析得到的是一个非常复杂的结果，给出了一个近似计算失效概率的三项表达式，其中要涉及复数运算。的结果是根据拉普拉斯逼近原理得到的，在得到的椭圆或双曲面方程中，如果将主轴(与转轴后坐标系中的极限状态曲面垂直的坐标轴)变量的二次项略去。将得到一个抛物面方程，经进一步简化，也可得到与相同的结果。国内曾应用拉普拉斯逼近原理，给出相关随机变量失效概率的二次分析结果。上述方法均考虑了结构极限状态方程的二次非线性，统称为二次二阶矩方法。

5.3 几何法

用法计算时，迭代次数较多，而且当极限状态方程为高次非线性时，其误差较大。为此人们提出了几何法，该方法仍采用迭代求解，其基本思路是先假定验算点x*，将验算点值代人极限状态方程G(x*)，沿着G(x)＝G(x*)所表示的空间

曲面在x*点处的梯度方向前进(或后退)，得到新的验算点，然后再进行迭代。几何法与一般的一次二阶矩法相比，具有迭代次数少，收敛快，精度高的优点，但其结果亦为近似解。

5.4 响应面法

对于复杂结构而言，常难以写出功能函数的显式，而直接的数值模拟工作量太大，为此一些学者提出用响应面法确定结构功能函数。该方法的基本思想是假设一个包括一些未知参量的极限状态变量与基本变量之间的解析表达式，然后用插值方法来确定表达式中的未知参量，关键在于确定响应面函数的系数。多项式系数的确定一般以试验设计为基础，应用二水平因子设计或中心复合设计回归得到特定因子的最小二乘估计。此方法当随机变量个数较大时，试验次数多。

响应面法用二次多项式代替大型复杂结构极限状态函数，并且通过系数的迭代调整，一般都能满足实际工程精度，具有较高的效率，很有使用价值，是一个很有发展前景的计算方法。

5.5 蒙特卡罗法

蒙特卡罗法又称随机抽样技巧法或统计试验法,在目前结构可靠度分析计算中,它被认为是一种相对精确的方法。由概率定义知,某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算。因此,可以先对影响其可靠度的随机变量进行大量随机抽样,然后把这些抽样值一组一组地代入功能函数式,确定结构的失效与否,最后求得结构的失效概率,失效概率即结构失效次数占总抽样数的频率。这就是蒙特卡罗法的基本点。蒙特卡罗法就是利用上述思路来求解结构失效概率的。为了计算某些量,先造出概率模型,使它们的若干数值特征恰好重合于所需的计算量。从而求得所需的概率估量。

蒙特卡罗法的优点其精度随N次数增加而提高,当N选取足够大时,可以获得

P的相对精确值。但为求得较好的解答,当遇到小破坏概率时,用蒙特卡罗法计算f

的次数往往多达几万甚至几十万次,计算时间太长,因此,人们很少直接利用它计

算结构的破坏概率。为克服这一缺点,人们已通过各种途径寻找模拟次数基本保持在某一定值的方法,从而产生了改进蒙特卡罗法。该方法通过把X空间划分为球内和球外两部分,由于缩小了抽样区间,不需再对位于可靠区中的m维球体内部进行抽样,从而使抽样效益大大提高。蒙特卡罗法回避了结构可靠度分析中的数学困难，不需考虑功能函数的非线性和极限状态曲面的复杂性，直观、精确、通用性强；缺点是计算量大，效率低。但随着抽样技术的改进和计算机硬件水平的提高，该方法的应用将越来越广泛。

5.6 随机有限元法

在有限元计算中引入不确定性因素，形成的随机有限元法与确定性有限元法相比更符合客观实际、更合理。尤其是当有关参数的统计特性可知时，可提供较精确的分析结果。随机有限元最初的思路是蒙特卡罗法与有限元相结合，严格来说，这并不是真正的随机有限元，它的基本思路是对随机变量的样本使用有限元程序反复计算，再对结果进行统计。真正的随机有限元始于20世纪70年代，通过对随机变量进行各种不同形式的展开，形成了不同的随机有限元法，如泰勒展开随机有限元法()、摄动随机有限元法、展开蒙特卡罗法随机有限元法。这几种方法都是围绕随机算子和随机矩阵的求逆问题展开的。随机有限元的另一个问题就是随机场的离散，其离散方法主要有随机场的中心离散、随机场的局部平均、随机场的插值、随机场的局部积分、随机场的正交展开、向量随机场的处理等。随机有限元与可靠度计算相结合是目前人们不断探讨的课题，对于解决复杂结构可靠性设计问题，具有强大的生命力和广阔的发展前景。

6 世界上一些国家可靠性理论的研究和应用情况：

在北美,美国是结构可靠性理论与应用的代表,也是国际上较早开展结构可靠度研究的国家之一。钢结构规范中荷载和抗力系数设计()方法的提出是美国结构可靠度理论应用的开端。1978年在美国建筑技术中心结构分部工作的教授主持了基于概率的极限状态设计荷载要求的研究项目。研究成果反映在1980年出版的特别报告577“美国国家标准A58基于概率的荷载准则”中,随后的工作则是基于概率的设计理论在各种结构中的应用。特别报告577的概率荷载准则首次在1982年版的美国国家标准A58中得到应用,1985 年开始由美国土木工程师学会()出版,自1982 年至今一直为美国所有标准、规范极限状态设计方法所参考。新一代美国和加拿大的公路桥梁规范都采用了基于概率的荷载与抗力系数设计规范,如美国州公路与运输官员协会的1994 桥梁荷载与抗力系数设计规范等。在美国,公路管理联合会( )重视支持长远技术项目的研究,其中之一是贯彻荷载

与抗力系数设计方法。美国州公路与运输官员协会制定了一个过渡时间表,2007年10月1日之后,所有新桥的设计必须使用荷载与抗力系数设计规范。

在亚太地区(美国除外) ,中国应该是可靠度应用研究和在设计规范中应用最早的国家之一。除中国外,还有日本、澳大利亚等。近年来,伴随协定的生效,1998 年日本成立了一个由建筑和土木工程各领域专家组成的委员会和秘书委员会,编写包括各领域和结构类型的综合性规范《建筑及公共设施结构设计基础》。目的是通过这一规范的基本原则将各领域规范纳入同一个框架中。在日本的《结构设计基础》中,极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和可恢复极限状态,这是因为日本是多地震国家,震后受损结构的修复是重要的。为适应国际经济发展一体化的要求,在亚太地区,国与国在结构设计标准方面的协作也日益加强。中国、日本和韩国就港口工程技术标准的协调和发展问题进行过联合研究,其中的一个重要方面是研究和理解国际标准和欧洲标

准及基于可靠度的分项系数设计法。

7 结构可靠度理论研究发展趋势

1)结构系统的可靠度分析。对于结构系统可靠度分析是非常复杂的研究课题,许多学者对此从不同角度进行了研究,提出了一些概念和方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷为组合情况下的计算方法问题;利用系统系数,针对结构各种破坏水平所对应的极限状态不同,计算系统可靠度并进行结构设计的方法;利用蒙特卡洛()法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等,同时,一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之,系统可靠度分析研究内容丰富,难度较大。

2)对结构极限状态分析的改进,除考虑强度极限状态外,还应考虑结构的正常使用极限状态、破坏安全极限状态,以及地震和其他特殊情况下考虑能量耗损极限状态等。

3)目标可靠度的量化问题。虽然校准法已经部分解决了这个问题,但与实际情况相比,这方面的问题还远远没有解决。

4)人为差错的分析。许多结构的失效并非由荷载、强度的不确定性造成,而往往是由于设计、施工、使用等环节中人为差错造成的,这方面的事例很多,已成为目前研究的热点之一。

5)模糊随机可靠度的研究。模糊随机可靠度理论研究是工程结构可靠度理论研究的重要内容,随着模糊数学理论与方法的完善,模糊随机可靠度理论也必将进一步地完善和发展。

8 结语

回顾20世纪初至今，现代结构可靠性分析理论的研究取得了非常大的成就，但同时还有许多值得研究的课题。工程问题的解决是理论与工程经验的结合,

掌握的知识越多,主观经验越少,结构的设计也就越合理,这也正是工程技术研究追求的目标。结构可靠度理论研究是内容极其丰富且复杂的重大研究课题,不仅仅在理论上有许多重大问题需要解决,而且将其应用到结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。

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工程结构荷载与可靠度设计原理_复习资料

荷载与结构设计原理总复习题 一、判断题 1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。（N） 2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。（Y） 3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。（Y） 4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。（N） 5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。（Y） 6.土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。（N） 7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。（N） 9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。（N） 10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的 关系，但是两者不一定同时出现。（Y） 11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷 载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。 （N） 12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。（Y） 13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。（N） 14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要 对均布活荷载的取值进行折减。（Y） 15.土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外 荷载作用对墙背产生的土压力。（Y） 16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。（Y） 17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。（Y） 18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。（N） 20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。（Y） 21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。（Y） 22.朗肯土压力理论中假设挡土墙的墙背竖直、光滑、填土面水平无超载。（Y） 23.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间既无摩擦力也无剪力存在。（Y） 24.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间虽然无摩擦力，但仍有剪力存在。（N） 25.土的自重应力为土自身有效重力在土体中引起的应力。（Y） 26.不但风的作用会引起结构物的共振，水的作用也会引起结构物的共振。（Y） 27.平均风速越大，脉动风的幅值越大，频率越高。（N） 28.风压是指风以一定的速度向前运动受到阻塞时对阻塞物产生的压力。（Y） 29.地震作用中的体波可以分为横波和纵波，两者均可在液体和固体中传播。（N） 30.如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波 长以内，这种破碎波就称为近区破碎波。（Y）31.远区破碎波与近区破碎波的分界线为波浪破 碎时发生在一个波长的范围内。（N） 32.在实际工程设计时，当出现可变荷载，应采用 其荷载组合值。（N） 33.对于静定结构，结构体系的可靠度总大于或等 于构件的可靠度。（N） 34.对于超静定结构，当结构的失效形态不唯一 时，结构体系的可靠度总小于或等于结构每一失效形态对应的可靠度。（Y） 35.结构设计的目标是确保结构的承载能力足以 抵抗内力，而变形控制在结构能正常使用的范围内。（Y） 36.对实际工程问题来说，由于抗力常用多个影响 大小相近的随机变量相乘而得，则其概率分布一般来说是正态的。（N） 37.结构可靠度是指结构可靠性的概率度量，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。

船舶结构可靠性分析

大连海洋大学 船舶结构可靠性分析Analysis of the reliability of the ship structure 船舶结构可靠性分析研究综述 研究领域：船舶与海洋工程（专硕） 姓名：邓英杰 学号： 2015085223012

船舶结构可靠性分析研究综述 摘要：结构可靠性理论是60年代后才发展起来的一门新兴学科，作为结构强度理论与计算结构力学的一个新分支，具有工程实践和船舶安全评价的重大意义。本文就船舶结构可靠性分析近代的发展做了总结性的综述，从载荷、承载能力、可靠性分析方法三个角度出发，并对其今后的研究方向提出了建议。 关键词：船舶结构；可靠性；船舶安全评价；分析方法 1 前言 传统的船舶结构强度计算方法采用的是确定性方法，将船体载荷和材料力学特性等诸多因素都看做是确定性的单值量，这与实际不符，传统的确定性设计已不能满足现代船舶发展的需求，而采用概率统计的方法相比之下更为合理，进而诞生了船舶结构可靠性分析这一学科。 1969年，挪威学者Nordenstrom【1】发表船舶结构分析里程碑的一篇文章，率先将波浪载荷和船舶总纵强度的承载能力看做是随机分布的变量，进而分析船体的失效概率。1972年，美国学者对船体总纵强度的概率模型进行了系统的专题研究，船舶结构可靠性分析理论得到了进一步的发展。 上个世纪80年代中期，船舶可靠性分析方法已经建立了起来。目前，世界各大船级社都在制定以可靠性分析为基础的船舶结构设计规则。

2 载荷 对于船舶结构，静水载荷和波浪载荷是两种主要的载荷形式。 波浪载荷的理论计算是基于上个世纪50年代末的切片理论建立起来的。80年代后期，人们对波浪载荷的研究增加了许多新的内容。S.G.Stiansen【2】提出了波浪载荷的概率模型，研究了低频相应和高频效应的概率组合问题；美国学者 C.G.Soares 从当时的技术水平出发，提出了一个船舶波浪载荷效应的可靠性分析标准模式。该方法的创新性在于，在线性切片理论计算船体波浪弯矩的基础之上，将高频载荷以经验性影响因子的形式与低频波浪弯矩组合。 在早期, 波浪载荷计算中应用的大多是线性理论。随着研究的深入和实践经验的增加, 波浪载荷的非线性性质引起了人们的关注。大量的实船测量和船模试验表明, 行驶在汹涛中的高速舰船, 由于船体的非直舷, 以及底部砰击、外张砰击和甲板上浪等因素的影响, 导致舰船的运动, 特别是波浪载荷呈明显的非线性。这时, 在规则波中的运动不再具有简谐性质, 中垂波浪弯矩幅值明显大于中拱时的幅值。加突出的是, 由于底部砰击和外张砰击, 使船体剖面内出现高频振动弯矩。这种弹性振动是一种瞬态响应, 在高海况下, 两者迭加而成的中垂合成弯矩幅值将远大于线性理论的计算结果。 为了计算砰击振动弯矩，一种被称为“两步走”的方法被广泛使用，即先在刚体假设下计算船体运动和作用在其上的水动力，

建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001

建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 Unified standard for reliability design of building structures GB 50068-2001 主编部门：中华人民共和国建设部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期：2002年3月1日 关于发布国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的通知 建标[2001]230 号 根据我部“关于印发《一九九七年工程建设标准制订、修订计划的通知》”（建标[1997]108号）的要求，由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》，经有关部门会审，批准为国家标准，编号为GB 50068-2001 ，自2002年3月1日起施行。其中1.0.5，1.0.8为强制性条文，必须严格执行，原《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84 于2002年12月31日废止。 本标准由建设部负责管理，中国建筑科学研究院负责具体解释工作。建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2001年11月13日 前言 本标准是根据建设部建标[1997]108 号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位对原《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)共同修订而成的。 本次修订的内容有：

1.标准的适用范围:鉴于《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》在结构可靠度设计方法上有一定特殊性，从原标准要求的"应遵守"本标准，改为"宜遵守"本标准； 2.根据《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50153-92)的规定，增加了有关设计工作状况的规定，并明确了设计状况与极限状态的关系； 3.借鉴最新版国际标准ISO 2394:1998 《结构可靠度总原则》，给出了不同类型建筑结构的设计使用年限； 4.在承载能力极限状态的设计表达式中，对于荷载效应的基本组合，增加了永久荷载效应为主时起控制作用的组合式； 5.对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数等作了调整； 6.首次对结构构件正常使用的可靠度做出了规定，这将促进房屋使用性能的改善和可靠度设计方法的发展； 7.取消了原标准的附件。 本标准黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本标准将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设标准化》杂志上。 为了提高标准质量，请各单位在执行本标准的过程中，注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议寄给中国建筑科学研究院，以供今后修订时参考。 本标准主编单位：中国建筑科学研究院 本标准参编单位：中国建筑东北设计研究院，重庆大学，中南建筑设计院，四川省建筑科学研究院，福建师范大学。 本标准主要起草人：李明顺胡德炘史志华陶学康陈基发白生翔苑振芳戴国欣陈雪庭王永维钟亮戴国莹林忠民 1 总则 1.0.1 为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进，经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 1.0.2 本标准适用于建筑结构，组成结构的构件及地基基础的设计。

浅谈软件可靠性工程的应用(一)

浅谈软件可靠性工程的应用(一) 摘要：本文就武器装备软件开发的现状和中存在的问题，介绍了软件可靠性工程的发展及其研究的内容，对软件可靠性工程如何在软件开发中应用进行了重点说明，并提供了成功应用软件可靠性工程的典型案例，指出软件可靠性工程研究的必要性。 关键词:软件可靠性工程随着科学技术的不断进步，计算机技术被越来越多地应用到武器系统中。计算机软件的复杂程度随着功能的增强，因而系统的可靠性也越来越与软件直接相关。例如AFTI/F-16飞机首航因软件问题推迟一年，事先设计的先进程序无法使用；海湾战争中F/A–18飞机飞行控制系统计算机500次故障中，软件故障次数超过硬件。软件可靠性成为我们关注的一个问题，本文仅就软件可靠性工程在软件开发过程中的应用谈谈自己的认识。 1、软件可靠性工程的基本概念及发展 1.1什么是软件可靠性工程 软件可靠性工程简单地说就是对基于软件产品的可靠性进行预测、建模、估计、度量及管理，软件可靠性工程贯穿于软件开发的整个过程。 1.2软件可靠性工程的发展历程 软件可靠性问题获得重视是二十世纪60年代末期，那时软件危机被广泛讨论，软件不可靠是造成软件危机的重要原因之一。1972年正式提出Jelinski—Moranda模型，标志着软件可靠性系统研究的开始。在70年代．软件可靠性的理论研究获得很大发展，一方面提出了数十种软件可靠性模型，另一方面是软件容错的研究。在80年代，软件可靠性从研究阶段逐渐迈向工程化。进入90年代后,软件可靠性逐渐成为软件开发考虑的主要因素之一，软件可靠性工程在软件工程领域逐渐取得相对独立的地位，成为一个生机勃勃的分支。 1.3软件可靠性工程研究的基本问题 软件可靠性工程的主要目标是保证和提高软件可靠性。为达到这一目标，首先要弄清软件为什么会出现故障或失效。只有这样，才有可能在软件开发过程中减少导致软件故障或失效的隐患，且一旦出现软件故障或失效，有可能采取有效措施加以清除。但是软件是开发出来的，满足可靠性要求的软件也是开发出来的，因此，软件可靠性工程的核心问题是如何开发可靠的软件。而有了软件，又该如何检验其是否满足可靠性要求?这是软件可靠性工程的又一个问题。 2、软件可靠性工程在软件开发中的应用 2.1项目开发计划及需求分析阶段 在项目开发计划阶段需根据产品具体要求作出软件项目开发计划，明确项目的目的、条件、运行环境、软件产品要求、人员分工和职责及进度，并估计产品的可靠性。需求分析阶段要根据项目开发计划阶段确定软件开发的主要任务、次要任务和其它任务，并设计软件程序的基本流程、软件结构、模块的定义和输入输出数据、接口和数据结构等同时应对项目开发计划阶段作出的可靠性预计进一步细化形成可靠性需求，建立具体的可靠性指标。这个阶段的可靠性工作一般应如下安排： ⑴确定功能概图 所谓功能概图就是产品的各种功能及其在不同环境条件下使用的概率。为确立功能概图必须定义产品的功能，功能定义不但包括要完成的任务，还包括影响处理的环境因素。 ⑵对失效进行定义和分类 这里应从用户的角度来定义产品失效，将软件和硬件失效及操作程序上的失效区分开，并将其按严重程度进行分类。 ⑶确定用户的可靠性要求 在这个阶段应由系统设计师、软件设计师、可靠性师、测试人员及用户方代表可靠性评估小组共同根据用户提出的系统可靠性来确定软件的可靠性。

《可靠性工程》教学大纲

《可靠性工程》教学大纲 课程代码：080642020 课程英文名称：Reliability Engineering 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：安全工程 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，致使对产品质量的要求逐渐从与时间无关的性能参数发展到与时间有关的可靠性指标，即要求产品在规定的条件下和规定的时间内，具有完成规定功能的能力。人们愈来愈认识到可靠性是保证产品质量的关键。尤其是我国加入WTO以后,机电产品将面临严峻的挑战，推行可靠性技术迫在眉睫。 通过该课程的学习，使学生掌握如下内容： (1)可靠性的基本概念、原理和计算方法等知识； (2)结合工程实际，使学生体会和掌握可靠性基本理论和分析解决工程实际问题的基本方法； (3)可靠性管理的基本知识，为可靠性工程理论的进一步研究和实际应用打下基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：了解可靠性概念等基本知识。 2.基本理论和方法：掌握维修系统与不可维修系统等基本原理，熟悉计算维修系统与不可维修系统可靠度等基本方法。 3.基本技能: 可靠性试验的类型、试验方案设计等基本技能。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂教学过程中，重点讲授基本原理、基本概念和基本方法的讲解，并通过以下三种方法进行教学： 第一层次：原理性教学方法。 解决教学规律、教学思想、新教学理论观念与学校教学实践直接的联系问题，是教学意识在教学实践中方法化的结果。如：启发式、发现式、注入式方法等。 第二层次：技术性教学方法。 向上可以接受原理性教学方法的指导，向下可以与不同学科的教学内容相结合构成操作性教学方法，在教学方法体系中发挥着中介性作用。例如：讨论法、读书指导法等。 通过以上的教学，使学生思考问题、分析问题和解决问题的能力大大提高，进而培养学生自主学习的能力，为以后走入社会奠定坚实的基础。 2．教学手段：本课程属于专业课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 无。 （五）对习题课的要求 对习题课的要求（2学时）：掌握可靠性基本概念、可维修系统与不可维修系统等基本知识。 （六）课程考核方式

工程结构可靠度设计统一标准

工程结构可靠度设计统一标准 第一章总则 第二章极限状态设计原则 第三章结构上的作用 第四章材料和岩土的性能及几何参数 第五章结构分析 第六章分项系数设计方法 第七章质量控制要求 附录一结构可靠指标计算的一次二阶矩法 附录二永久作用、可变作用和偶然作用举例 附录三永久作用标准值的确定原则 附录四可变作用标准值的确定原则 附录五可变作用准永久值和频遇值的确定原则附录六本标准用词说明 附加说明 第一章总则 第1.0.1 条为统一工程结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 第1.0.2 条本标准是制定房屋建筑、铁路、公路、港口、水利水电工程结构可靠度设计统一标准应遵守的准则。在各类工程结构的统一标准中尚应制定相应的具体规定。 第1.0.3 条本标准适用于整个结构、组成整个结构的构件以及地基基础，适用于结构的施工阶段和使用阶段。 第1.0.4 条工程结构必须满足下列功能要求： 一、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用； 二、在正常使用时，具有良好的工作性能； 三、在正常维护下，具有足够的耐久性能； 四、在设计规定的偶然事件发生时和发生后，能保持必需的整体稳定性。 第1.0.5 条结构在规定的时间内，在规定的条件下，对完成其预定功能应具有足够的可靠度，可靠度一般可用概率度量。 确定结构可靠度及其有关设计参数时，应结合结构使用期选定适当的设计基准期作为结构可靠度设计所依据的时间参数。 第1.0.6条工程结构设计宜采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。

第1.0.7条工程结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命，造成经济损失，产生社会影响等）的严重性，采用表1.0.7规定的安全等级。 工程结构的安全等级表1.0.7 注：对特殊结构，其安全等级可按具体情况确定。 第1.0.8条工程结构中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件 的安全等级可适当提高或降低，但不得低于三级。 第1.0.9条对不同安全等级的结构构件，应规定相应的可靠度。 第1.0.10条工程结构应按其破坏前有无明显变形或其它预兆区别为延性破坏和脆性破坏两种破坏类型。对脆性破坏的结构，其规定的可靠度应比延性破坏的结构适当提高。 第1.0.11条当有条件时，工程结构宜按结构体系进行可靠度设计。结构体系可靠度设计，应根据结构 破坏特点选定主要破坏模式，并通过结构选型或调正构件可靠度，提高整个结构可靠度设计的合理性。 第1.0.12条为了保证工程结构具有规定的可靠度，应对结构设计所依据的主要条件进行相应的控制。 应根据结构的安全等级划分相应的控制等级。对控制的具体要求，由有关的勘察、设计、施工及使用等标准专门规定。 第二章极限状态设计原则 第2.0.1条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，此特定状态应为该功能的极限状态。 对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志及限值。 第2.0.2条极限状态可分为下列两类： 、承载能力极限状态。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于继续承载的 变形 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应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、滑移等）；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），或因过度变形而不适于继续承

可靠性工程B卷-试题及答案

东北农业大学成人教育学院考试题签 可靠性工程（B ） 1. 一种设备的寿命服从参数为λ的指数分布,假如其平均寿命为3700小时,试求其连续工作300小时的可靠度 和要达到R *=0.9的可靠寿命是多少? 2. 如果要求系统的可靠度为99%,设每个单元的可靠度为60%.需要多少单元并联工作才能满足要求? 3. 某型号电视机有1000个焊点,工作1000小时后,检查100台电视机发现2点脱焊,试问焊点的失效率多少? 4. 一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系 统的MTBF 及5小时的可靠性? 5. 比较二个相同部件组成的系统在任务时间24小时的可靠性，已知部件的/.010=λ小时 ①并联系统. ②串联系统. ③ 理想开关条件下的储备系统：1=SW λ，储备部件失效率/.*010==λλ小时.

6. 一个系统由五个单元组成,其可靠性逻辑框图如图所示.求该系统可靠度和画出故障树. 7. 某型号电视机有1000个焊点,工作1000小时后,检查100台电视机发现2点脱焊,试问焊点的失效率多少? 解:100台电视机的总焊点有 1001000105 ?= 一个焊点相当一个产品,若取 ?t =1000 小时,按定义: 8. 一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系 统的MTBF 及5小时的可靠性? 9. 比较二个相同部件组成的系统在任务时间24小时的可靠性，已知部件的/.010=λ小时 ①并联系统. ②串联系统. A C D B E 0.90.90.9 0.90.9

机械可靠性综述

机械可靠性设计综述 摘要：可靠性优化设计是在常规优化设计的基础上，结合可靠性设计理论发展起来的一种有效的优化设计方法。本文在总结现有文献的基础上对机械可靠性优化设计进行了综述，系统阐述了机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。 关键词：可靠性；优化设计；可靠性试验 Review of Optimization Design of Mechanical Reliability REN Ju-peng (School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Student ID: 1270174) Abstract：On the basis of traditional optimization design, combined with the theory of reliability design, reliability optimization design is an effective optimization design method. In this paper, the existing literatures are firstly summarized, then the theory and method of mechanical reliability, reliability design, reliability optimization design and reliability test are systematically reviewed. Key words：reliability; optimization design; reliability test 随着现代工业技术的飞速发展，机械产品日趋复杂化、大型化、高参数化，使产品发生故障的机会增多，因而，可靠性作为产品质量的主要指标，愈来愈受到工程界的重视。机械可靠性，是指机械产品在规定的使用条件、规定的时间内完成规定功能的能力。机械的可靠性是机械设计的主要目的之一，有效地增强产品质量、降低产品成本、减轻整机质量、提高可靠性和作业效率是可靠性设计的主要目标。随着工业技术的发展，机械产品性能参数日益提高，结构日趋复杂，使用场所更加广泛，产品的性能和可靠性问题也就越来越突出。机械可靠性设计的基本任务是在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提供实际计算的数学力学模型和方法及实践。 科技研究人员和工程设计人员积极投入到可靠性工程的研究与实践之中，取得了可喜的成果。张义民[1]结合现代数学力学理论，系统地阐明机械可靠性设计、机械动态可靠性设计、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计、机械可靠性稳健设计等可靠性设计理论与方法内涵与递进。陈静等[2]阐述了机械产品优化设计及可靠性的相关理论，介绍了可靠性优化设计的应用及发展现状，并介绍了机械行业相关的软件应用情况。喻天翔等[3]对当前机械可靠性的特点和争议进行介绍，从Bayesian理论、FMECA和疲劳可靠性试验三个方面总结了机械可靠性试验技术相关的重要理论问题及其发展，并阐述了可靠性增长试验、加速试验和微机械可靠性试验技术的国内外发展，总结了机械可靠性试验技术研究存在的问题及其发展趋势。 本文将在上述文献的基础上对机械可靠性优化设计进行综述，系统阐述机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。 1可靠性设计 1.1 可靠性设计 传统的机械设计方法认为零件的强度和应力都是单值，只要计算出的安全系数大于规定的安全系数，就认为零件是安全的，因而设计过程中忽略了各设计参数的随机性。可靠性设计将零件的应力和强度作为随机变量，认为应力受到各种环境因素(温度、腐蚀、粒子辐射等)的影响，具有一定的分布规律；强度受材料的性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响，也是具有一定的分布规律。可靠性设计认为所设计的任一机械存在着一定的失效可能性，设计时根据需要预先控制的失效概率或可靠度，考虑各参数的随机性及分布规律，以反映出零部件的实际工作状况。 产品的可靠性表示产品在规定使用条件和使用期限内，保持其正常技术性能完成规定功能的能力。可靠性设计的一个目标是计算可靠度，可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。其表达式为： ()0 () x g X R f X dX > =? 式中f x(X)为基本随机参数向量 T 12 (,,) n X X X X =???的联合概率密度；g(X)为状态函数，可表示零件的不同状态：g(X)>0为安全状态，

结构可靠性理论的现状与发展

结构可靠性理论的现状与发展 1.引言 工程结构设计的主要目的在于以最经济的途径来满足建筑物的功能要求，而可 靠度是满足这一目的的有效控制参数。可靠度理论是在20世纪40年代开始提出的。最早源于军事需要用来提高电子元件的可靠度。将可靠度理论引入结构工程并加以发展无疑是结构工程学科的重大进展之一，并在许多方面得到成功应用。我国对结构可靠度理论的研究工作开展得较晚。20世纪60年代土木工程界曾广泛开展过结构安全度的研究和讨论；20世纪70年代把半经验半概率的方法用于结构设计规范中，并于1980年提出《结构设计统一标准》，从此，结构可靠度理论的应用才在国内开展。 结构可靠性通常定义为：在规定的使用条件和环境下，在给定的使用寿命期间，结构有效地承受载荷和耐受环境而正常工作的能力。结构可靠性的数t指标通常用概率表示，称为结构可靠度。结构可靠性是一个广义概念，通常包含结构的安全性、适用性和耐久性三个方面。 为保证结构的可靠性，首先要研究建造结构所使用材料的各项力学性能，结构上各种作用的特性，结构的内力分析方法及结构的破坏机理，除此之外，还要做到精心设计，选取合理的结构布置方案和保证结构具有明确的传力路径；精心施工，严格按照施工规程进行操作；正常使用，按设计要求使用结构并进行正常维护。然而，即便如此，也不能保证结构绝对的安全或可靠，这是因为在结构的设计、建造和使用过程中，还存在着种种影响结构可靠性的不确定性。即随机性、模糊性和知识的不完善性，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。 自20世纪20年代起，国际上开展了结构可靠性基本理论的研究，并逐步扩展到结构分析和设计的各个方面，包括我国在内，研究成果已应用于结构设计规范，促进了结构设计基本理论的发展。本文将基于大量的研究文献，从结构可靠性分析方法、结构体系可靠度、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳与动力可靠度、钢筋混凝土结构施工期与老化期可靠度五个方面对国内外工程结构可靠度理论和应用的发展现状作概括性地介绍， 2.结构可靠性分析方法 2.1 一次二阶矩法 在实际工程中，占主流的一次二阶矩法应用相当广泛，已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理，所以该类方法是一种近似的计算方法，但具有很强的适用性，计算精度能够满足工程需求。均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、Jc法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。 (1)均值一次二阶矩法。早期结构可靠度分析中，假设线性化点x 0t 就是均值点 m ，而由此得线性化的极限状态方程，在随机变量X t (i=1，2，?，n)统计独立的条 件下，直接获得功能函数z的均值m x 及标准差σ x ，由此再由可靠指标β的定义求取 β= m x／σx。该方法对于非线性功能函数，因略去二阶及更高阶项，误差将随着线

《工程结构荷载与可靠度设计原理》复习题

《工程结构荷载与可靠度设计原理》复习题 第一章荷载类型 1.荷载：由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。 2.作用：能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种因素总称为作用。 3.荷载与作用的区别与联系. 区别：荷载不一定能产生效应，但作用一定能产生效应。 联系：荷载属于作用的范畴。 第二章重力 1.土是由土颗粒、水和气体组成的三项非连续介质。 2.雪压：单位面积地面上积雪的自重。 3.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。 第三章侧压力 1.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。 三种土压力的受力特点： （1）静止土压力：挡土墙在土压力作用下，不产生任何方向的位移或转动而保持原有的位置，墙后土体处于弹性平衡状态。 （2）主动土压力：挡土墙在土压力的作用下，背离墙背方向移动或转动时，墙后土压力逐渐减小，当达到某一位移量值时，墙后土体开始下滑，作用在挡土墙上的土压力达到最小值，滑动楔体内应力处于主动极限平衡状态。 （3）被动土压力：挡土墙在外力作用下向墙背方向移动或转动时，墙体挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移时，墙后土体开始上隆，作用在档土墙上的土压力达到最大值，滑动楔体内应力处于被动极限平衡状态。 2.水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生静水压力和动水压力。静水压力可能导致结构物的滑动或倾覆；动水压力，会对结构物产生切应力和正应力，同时还可能引起结构物的振动，甚至使结构物产生自激振动或共振。 3.（1）冻胀力：在封闭体系中，由于土体初始含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力，这个力称为冻胀力。（2）冻土：具有负温度或零温度，其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土，称为冻土。 （3）冻胀原理：水分由下部土体向冻结锋面迁移，使在冻结面上形成了冰夹层和冰透镜体，导致冻层膨胀，底层隆起。（4）影响冻土的因素：含水量、地下水位、比表面积和温差。 第四章风荷载 1.基本风压：按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压称为基本风压。通常应符合以下五个规定：标准高度的规定（10m）、地貌的规定(空旷平坦)、公称风速的时距（10分钟）、最大风速的样本时间（1年）和基本风速重现期（30-50年）。 2.风效应可以分为顺风向结构风效应和横风向结构风效应两种。 3.速度为的风流经任意截面物体，都将产生三个力：物体单位长度上的顺风向力p D、横风向力P L以及扭力矩P M。 第五章地震作用 1.地震按其产生的原因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。 2.（1）震源：即发震点，是指岩层断裂处。 （2）震中：震源正上方的地面地点。 （3）震源深度：震中至震源的距离。 （4）震中距：地面某处到震中的距离。 （5）震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。 （6）地震能：一次地震所释放的能量。 （7）烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。 （8）地震波：传播地震能量的波 3.地震波分为在地球内部传播的体波和在地面附近传播的面波。 第七章荷载的统计分析 1.平稳二项随机过程荷载模型的假定为：

如何开展软件可靠性工程

如何开展软件可靠性工程 随着科学高速发展，武器装备系统和自动化指挥系统等军用系统对软件的依赖程度越来越高。软件在武器装备、航空航天等要求高可靠性的系统中扮演着越来越重要的角色。 我公司主要从事航空发动机研制和生产等方面工作，随着航空发动机技术的逐代更新，燃油控制系统由以往的机械液压控制结构改成了控制精度更高的数字控制系统，而数字控制系统的核心就是软件控制，软件的质量将会直接影响发动机的性能和安全。因此，军用设备软件可靠性就成为确保军事系统质量的瓶颈和关键。软件可靠性是软件质量中最为重要的一项属性，软件可靠性设计技术是确保和提高软件质量的重要手段。 软件可靠性工程是以保证和提高软件可靠性为目标,采取系统化的技术,通过工程化方法加以实施并对其过程进行工程化管理的过程技术。软件可靠性工程是软件工程研究与实践的必然结果,是可靠性工程发展的必然选择,已经成为软件业界和可靠性工程界关注的焦点,研究的热点,实践的重点。 上世纪70年代中后期,以软件工程发展为契机,软件可靠性工程得以产生和广泛研究与实践,取得了一定成效:大量可靠性模型相继推出并不断改进;可靠性设计与测试技术得以开发并逐步应用于工程实践;可靠性分析、评估技术体系与标准得以建立并在一些重点工程项目中得到应用;可靠性工程管理技术开发倍受推崇,以过程、组织、

管理模式改进为重点的管理方法得以产生。尽管如此,软件可靠性正日益严重地制约着软件更广泛的应用,甚至造成灾难性后果,武器系统等大型复杂系统软件越来越证明是一个薄弱环节,即使是通过测试的软件也常常受到错误的困扰。与此同时,一个前所未有日益增长的需求是:软件应具有检定合格的可靠性,即使是工业和日常生活中的一般应用软件也无不对其可靠性提出了前所未有的高要求。况且,不能保证软件的可靠性水平哪怕是在一段时间的将来是足够的。 软件可靠性模型是软件可靠性工程界倍受关注、研究最早、成果最丰富、目前仍然最活跃的领域,模型验证与应用依然是软件可靠性工程的热点。软件可靠性建模是针对具体的软件特征,根据可靠性数据以统计方法给出软件可靠性的估计值或预测值,是一个在不同结构元素中不断分解其依赖关系的迭代过程,旨在评估软件所提供的服务以及软件过程之间的依赖关系,是从本质上理解软件可靠性行为的基础。 软件可靠性模型是软件开发过程、开发技术、测试技术、验证方法、设计语言、运行环境、开发人员素质等相关因素的函数。一个优秀的软件可靠性模型,应尽可能反映这些因素。但包含所有这些因素的模型可能是一个高阶多维方程,不便于工程应用。因此,可靠性建模时应作适当假设,简化模型。模型假设必须准确、合理、具有有效的数据支持和逻辑一致性。但大多数模型假设所固有的目的性制约了模型的有效性和适用范围。此外,假设质量尤其是那些未经验证或粗略的假设对模型的精确性具有显著影响。基于拟合优度检验的模型假设

工程荷载与可靠度设计原理A卷

工程荷载与可靠度设计原理A 卷 一．单项选择题（每题1分，共15分） 1．工程结构上的作用按时间分类可分为永久作用、可变作用和偶然作用，（ C ）内属于永久作用。 A ．雪荷载 B ．人群荷载 C ．混凝土收缩 D ．温度变化 2．可变荷载在结构使用期间经常达到和超过的值称为荷载（ C ）。 A ．标准值 B ．组合值 C ．准永久值 D ．频遇值 3．桥梁上作用的车辆冲击力和制动力属于（ B ）。 A ．永久作用 B ．可变作用 C ．偶然作用 D ．自由作用 4．国际标准ISO2103在计算梁的楼面活荷载效应时，对住宅、办公楼或其房间建议按下式（ A ）对楼面均布活荷载乘以折减系数λ。 A ． A .3 30+=λ （A>18m 2） B ． A .3 50+=λ （A>36m 2） C ．n ..6 030+=λ （n ≥2） D ． n ..6 050+=λ （n ≥2） 5．桥梁结构整体计算采用采用车道荷载，车道荷载由（ D ）组成。 A ．均布荷载 B ．集中荷载 C ．车辆荷载 D ．均布荷载和集中荷载 6．位于流水中的桥墩，当桥墩迎水面为（ B ）时，受到的流水压力最小。 A ．方形 B ．圆端形 C ．矩形 D ．尖端形 7．大气以梯度风速度流动的起点高度称为梯度风高度，地面粗糙度越大，梯度风高度（ A ）。 A ．越高 B ．越低 C ．不变 D ．说不清 8．在风的作用下，单体矩形建筑物迎风面由于气流正面受阻产生 ，侧面和背风面由于漩涡作用引起 。（ C ） A ．风吸力 风吸力 B ．风压力 风压力 C ．风压力 风吸力 D ．风吸力 风压力

工程结构可靠度理论的研究现状与展望

工程结构可靠度理论的研究现状与展望 刘玉彬 (大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁大连　116605) 摘　要:对结构可靠度理论及应用的国内外研究现状进行了概括性总结;简要叙述了可靠度理论在我 国工程结构设计规范的发展中所起的推动作用;提出结构可靠度理论将朝着正常使用极限状态结构的可靠度、结构的疲劳可靠度、结构的模糊可靠度、结构的动力可靠度、结构的体系可靠度等方向进行研究,以期为我国在这方面研究的进一步发展提供参考1 关键词:工程结构;可靠度;研究现状;设计标准;发展趋势中图分类号:T U3文献标识码:A 文章编号:1009-315X (2006)05-0001-03 工程结构可靠度是指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1“规定的时间”,是指分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的时间参数,即设计基准期;“规定的条件”是指结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件,即不考虑人为过失的影响;“预定功能”是指以下4种功能:(1)能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用(荷载);(2)在正常使用时,结构及其组成构件具有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在发生规定的偶然事件情况下,结构能保持必要的整体稳定性1 1　工程结构可靠度的研究现状 111　在役结构的可靠度评估和维修决策问题 对在役建筑结构的可靠度评估与维修决策已 成为建筑结构学的边缘学科1它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论,而且与施工技术、检测手段和建筑物的 维修使用情况等有着密切的关系[1] 1对已有结构可靠度的评估采用的方法属于“实用分析法”,是在传统经验方法的基础上,结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法1目前,对已有结构的可靠度分析方法,是以当时实测的结构材料强度和构件截面尺寸为依据,没有考虑腐蚀环境中 材料性能的变化1如何根据已有结构本身材料性能的实测结果,来推断该结构的抗力随时间的变化而变化的规律,进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命,是已有结构可靠度研究的一项重要内容1 随着使用年限的增长,混凝土的老化问题日益突出1对于耐久性不足或老化的结构,存在一个最佳维修决策的问题1在目前的研究中,有些内容过于理论化,与实际工程问题相差较远1另外,对处于不同环境下建筑物使用寿命的安全性评估问题,在结构设计的工作寿命期如何通过正常使用和必要的维护保证结构应有的可靠度,超过正常使用年限后如何安全地继续服役等都应是可靠度研究的重要方面1 112　腐蚀环境下结构可靠度的分析 对于钢筋混凝土结构,其常见的腐蚀失效模式为:混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏1对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析,目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化,对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀,从而使其瓦解方面的研究还不是很多1在现今的这些研究中,有的并未考虑结构设计参数对混凝土中钢筋腐蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响,有的虽做了考虑,但并没有考虑二者之间的相关性[2] 1因此,结果不尽合理1 ? 1?收稿日期:2006-06-251 作者简介:刘玉彬(1964-),男,吉林通榆人,大连民族学院土木建筑工程学院教授,博士,学校优秀学科带 头人1研究方向:工程结构广义可靠性理论、工程结构设备理论1 2006年第5期(总第34期)刘玉彬:工程结构可靠度理论的研究现状与展望 9月15日出版

《工程荷载与可靠度设计原理》课后思考题及复习详解

《工程荷载与可靠度设计原理》 ---课后思考题解答 1 荷载与作用 1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？ 结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的力效应，温度变化引起结构约束变形产生的力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构，称为间接作用。 “荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生力、变形的所有原因。 1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？ 结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。 1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？ 荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。 2 重力 2.1 成层土的自重应力如何确定？ 地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。 2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？ 根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。 2.3 试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件？比较三者数值的大小？ 当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，可用E0表示。 当挡土墙在土压力的作用下，向离开土体方向移动或转动时，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少，直至墙后土体出现滑动面。滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动，在滑动楔体开始滑动的瞬间，墙背上的土压力减少到最小值，土体应力处于主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，可用E a表示。 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大，墙后土体也会出现滑动面，滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出，在滑动楔体开始隆起的瞬间，墙背上的土压力增加到最大值，土体应力处于被动极限平衡状态。此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力，可用E p表示。

结构可靠性理论与应用的国内外研究现状

结构可靠性理论与应用的国内外研究 现状 摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处。 关键词：工程结构可靠性理论发展 结构可靠性理论是随着人们对工程中各种不确定性认识的发展建立并逐步完善起来的一门新兴学科，它对结构的分析与设计具有重要指导意义。自20世纪20年代以来，结构可靠性的理论和应用的研究取得了重大发展。本文从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处这三方面进行了简单的总结。 1 结构可靠性理论的发展历史 结构系统可靠性理论是一门新兴的边缘学科。它以概率论、数理统计方法和随机过程理论为基础，以结构分析的有限元法和网络分析技术为工具，从系统角度出发，将结构系统的设计、分析、评价、检测和维护等融为一体。作为一种科学分析方法和实用技术，狭义地讲，它研究结构系统在规定的使用条件与环境下，在给定的使用寿命期间，能有效地承受载荷和耐受环境影响而正常工作的概率。 将概率论和数理统计方法应用于结构可靠性分析的最早尝试可以追溯到20世纪初Forsell和Mayer等人的工作。尽管这些早期研究工作富有创造性，但由于当时的科技发展水平和实际需要，结构系统可靠性作为一种新的设计思想和分析方法并未引起社会的足够重视。第二次世界大战期间及随后的岁月中，有关机电设备、船舶、压力容器、飞行装置和海上石油勘探平台等，在设计使用寿命期限内，在规定的荷载条件与环境下，不能预期正常工作的事例不断增多和日趋严重。这说明了以安全系数法为代表的传统设计方法对环境条件和结构特性的决定论假设是不适当的。必须从概率论的观点出发，对有关的设计参量进行统计分析，研究它们的分布规律和相关特性，从而制订出一整套新的合理的设计规范。 因为采用全概率分析方法，研究了传统的安全系数和结构破坏概率之间的内在关系，提出了考虑多种因素，主要是有初始损伤条件下的结构系统可靠性分析的数学模型。正是由于此项工作，才促成了结构系统可靠性分析理论由经典向现代的过渡。 而后又有科学家建议根据失效面而不是失效函数定义失效模式的可靠指标β。对于同一失效面，这样定义的β不会由于选择不同的等价失效函数而发生变化。从而提出了一种有效的算法使得任何非正态随机变量都能够在设计点处转化为正态随机变量，从而使计算由非正态随机变量和非线性极限承载状态构成的失效模式的失效概率成为可能。弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947他发表了“结构安全度”一文