结构可靠性研究综述

可靠性

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第**卷第!!期

年’"")9月

山西建筑

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文章编号：（）!""#$%&’(’"")!!$"")%$"’

结构可靠性研究综述

黄学明

摘

李国芬

要：介绍了结构可靠性的研究历史，阐述了国内外结构可靠性理论研究的现状，并对世界上一些国家可靠性理论的

研究和应用情况进行了论述，最后指出了结构可靠度理论研究的发展趋势。关键词：结构可靠性，理论研究，发展趋势，结构系统中图分类号：+,*!!-’

对于结构可靠性这一学科，从其诞生到现在已经有了长足的发展。从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性以及近年来提出的非概率可靠性，使得这一理论日臻丰富和完善，并深入渗透到各门学科和领域。

文献标识码：.

期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如!#!!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；!#’%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。前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概!#’%年"!#’#年，率设计的方法，但当时方法不够严格，因此，未付诸实施。!#*(年斯特列律茨基、!#9)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。!#9)年他发

［］9一文，表了“结构安全度”奠定了结构可靠性的理论基础。

从9是结构可靠性理论发展的主"年代初期到%"年代末期，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。

!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。《适航!#*#年英国航空委员会出版的

/(次性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过!"

［］!，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标；二战*0

后期，德国的火箭专家1 234456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7$!型火箭诱导装置的可靠度为)(8’；!#9’年美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可

可靠性的靠性进行深入的调查研究工作。’"世纪%"年代以来，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’"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域，在设计时应考虑刚域效应。

）由于目前精确计算地震作用尚有一定难度，异形柱体系又9

具有独特的力学特性，在进行结构布置时应注重概念设计。

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墙主要研究肢长及肢宽对结构受力的影响。两种体系，向大开间发展是主流方向。设计中应加强概念设计，充分发挥主观能动性，使结构设计更趋合理。参考文献：

［］，混凝土异形柱结构技术规程［<］!:;:!9#$’""%-［］赵西安-现代高层建筑结构设计［=］北京：科学出版社，’-’""*-［］余旌-异形柱与短肢剪力墙的结构设计［］中外建筑，*:-’""9（）：’!9#-［］冯勇-高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析［］山9:-西建筑，，（）：’""%*’!#*$#9-

"结语

异形柱和短肢剪力墙是框架柱和普通剪力墙之间的过渡形式，目前设计市场上，异形柱框架结构体系与短肢剪力墙体系的结构设计并不一致，各地对于异形柱和短肢剪力墙的抗震性能及设计方法还有不同的看法。其力学性能、破坏形态、动力特性、抗震性能等还在进一步研究中。目前，对异形柱的研究方向主要有：不同截面异形柱受力性能；钢骨异形柱；柱梁结点；地震荷载下的力学行为；异形柱与板、梁墙组合结构体系的研究等。短肢

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收稿日期：’""%$!!$’"作者简介：黄学明（，男，助教，南京林业大学土木工程学院，江苏南京’!#&"$）!""*)

李国芬（，女，副教授，南京林业大学土木工程学院，江苏南京’!#%($）!""*)万方数据

可靠性

第MM卷第@@期

年E""!>月

黄学明等：结构可靠性研究综述

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!国内外结构可靠性理论研究现状

是结构可靠性理论完善并被各国规范、标!"年代!#"年代，

准相继采用时期，自从康奈尔（$ ）提出了一次二阶矩法%$&’()**之后，林德（+ ）根据康奈尔（$ ）的可靠指标，推$,-(.%$&’()**证出一整套荷载和抗力安全系数，这次研究使可靠度分析与实际可接受的设计方法联系起来。随后，德国的拉克维茨（/ /0123

）和菲斯勒（7 ）对基本变量为非正态分布情况提出了4-568-)99*)’一种等价正态变量求法，这种方法经过系统的改进之后，作为结构安全度联合委员会（）的文件附录推荐给土模工程界。该:$;;方法也被许多国家规范所采纳，我国的<7:=#3#>建筑结构设计

［］=统一标准也是以该方法作为可靠性校准的基础。

）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利用系统系8)’’&’)9$0950(K)50组合情况下的计算方法问题；J7C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（L）法采用&(5)3$0’*&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。

）对结构极限状态分析的改进，除考虑强度极限状态外，还E

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。

）目标可靠度的量化问题。虽然校准法已经部分解决了这M个问题，但与实际情况相比，这方面的问题还远远没有解决。）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。）模糊随机可靠度的研究。模糊随机可靠度理论研究是工D

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。

"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/8?）端。@A!#年在美国建筑技术中心结构分部工作的B**-(4&&.教C

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@“美国国家标准%A#"年出版的+7;特别报告D!!D#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。+7;特别报告D!!的概率荷载准则首次在@A#E年版的美国国家标准%D#中得到应用，@A#D年开始由美国土木工程师学会（%）出版，自@;$BA#E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%%;FGH,/8?@AA>桥梁荷载与抗力系数设计规范等。在美国，公路管理联合会（8重视支持FI%）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，E""!年

所有新桥的设计必须使用荷载与抗力系数设计规@"月@日之后，

［］!范。

$结语

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。参考文献：［］王超，王@

社，@AAEN

金N机械可靠性工程［L］北京：冶金工业出版N

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IG／HG7G协定的生效，@AA#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。

［］刘惟信N机械可靠性设计（第一版）［L］北京：清华大学出版EN社，@AADN［］拓耀飞，李少宏N论结构可靠性的发展［］榆林学院学报，M:N

，（）：E""=@=>ME3MDN［，，，>］%NLN8’)O.)(5K0*;0P)5P95’O15O’)9G’0(9N%;$B@@EJ&（）@A>!N［］刘玉彬N工程结构可靠度理论研究综述［］吉林建筑工程学D:N院学报，，（）：E""E@AE>@3>MN［］，建筑结构设计统一标准［;］=<7:=#3#>N［］!Q0(LN8’-).*0(.0(.B.0’RN;S0**N8).)’0*K-K400.S-(-93CCJ5’05-&(T’-.)’)9)0’1K0(.5)1K(&*&)U)*&S)(5-(-5-05-U)9NCCJ.V［］贡金鑫，赵国藩N国外结构可靠性理论的应用与发展［］土木#:N

工程学报，，（）：E""DM#E@3!N

#结构可靠度理论研究发展趋势

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可靠性

结构可靠性研究综述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

黄学明， 李国芬， HUANG Xue-ming， LI Guo-fen南京林业大学土木工程学院,江苏,南京,210037山西建筑

SHANXI ARCHITECTURE2007，33(11)1次

参考文献(8条)

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相似文献(9条)

1.学位论文 陈琳 复杂机械结构可靠性理论研究及应用 1993

2.会议论文 潘永胜.郭连春.李瑞雪 桥梁结构可靠性理论之浅探 2007

20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。

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4.期刊论文 黄君山.黄良娟 结构可靠性在桥梁设计中的应用 -科技资讯2008(24)

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5.期刊论文 李国芬.黄学明.Li Guofen.Huang Xueming 桥梁结构可靠性研究综述 -中国水运(学术版)2006,6(12)

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6.期刊论文 杨成鑫 桥梁工程结构可靠性探讨 -科海故事博览·科教创新2009(4)

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7.学位论文 王蕾蕾 沥青路面结构可靠性研究 2007

在20世纪60年代中期，人们就已经注意到了道路工程中存在的不确定性及其对路面结构使用性能的影响，并将可靠性理论用于路面的研究。并逐步扩展到结构分析和设计的各个方面。包括我国在内，研究成果己应用于结构设计规范，促进了结构设计基本理论的发展。本文在系统总结国内外工程结构可靠性理论研究现状的基础上，考虑公路工程的不确定性、随机性和经济性，对影响公路工程可靠度的主要影响参数进行统计分析，提出了沥青混凝土路面极限状态研究模型，并对哈尔滨工程大学文庙街新建道路工程项目进行可靠度分析计算及相关讨论。 论文首先介绍了可靠度的基本理论，国内外的研究现状，以及可靠度的衡量方式，可靠度概率和可靠度指标的引出，分析了沥青道路结构可靠性的特点及特性，阐述了沥青道路结构可靠度指标的具体要求，以《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中的新建沥青道路设计方法为依据，确立了以弯沉及弯拉应力为控制指标的极限状态方程。研究和讨论了国内外常用的工程结构可靠度分析方法，通过对比分析路面结构可靠度近似计算方法的优缺点，发现用最大熵法来分析沥青道路的可靠性是一种比较好的选择，采用最大熵法拟合功能函数的概率密度函数，从而计算结构失效概率和可靠性指标。内容具体包含以下几个方面： 1、采用蒙特卡罗模拟技术和最大熵法相结合的方法，提供了沥青道路可靠度分析的有效的简便途径，从而为获得结构在随机激励下的随机响应提供了一种十分有效的数值分析方法。 2、给出了由最大熵法拟合的概率密度函数，从而使最大熵法更趋于完善。 3、编制了计算沥青道路可靠性问题的程序，对沥青道路结构特性分析，并进行可靠性分析和可靠性评估。 总之，本文构建了沥青道路结构可靠性计算的模型，在计算方法上取得了一点进展，为进一步理论研究和实际应用打下了基础。

8.学位论文 钟金全 预应力混凝土连续梁桥结构可靠性初步分析 2002

进行结构可靠性理论研究的最终目的是为了得到结构或构件的失效概率,而失效概率计算最困难度的地方就是在失效域内对影响结构效应随机变量的联合概率密度函数进行积分.当这些随机变量的全概率分布无法精确得到时,失效概率积分的计算是很困难的.为了得到结构或构件的失效概率,人们寻求了许多近似求解失效概率积分值的有效方法,其中比较常用的是在标准正态空间中将功能函数的极限状态失效面在设计验算点处线性展开的一次二阶矩法.该文研究的内容就是在一次二阶矩理论的框架内,建立分析桥梁结构构件可靠性的计算模式,研究桥梁结构构件的可靠度和灵敏度.

9.学位论文 赵典锋 现役结构可靠性诊断专家系统的研究与开发 2001

该文回顾了现役结构的可靠性的理论研究、诊断方法和发展现状,并在此基础上引入结合人工智能的评价手段,研究开发了现役结构可靠性诊断专家系统

（Expert System for Civil Buildings）.文章着重论述了用Visual Prolog语言开发现役结构可靠性诊断专家系统的理论和方法.该文首先对《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）中的内容进行了逻辑归纳,按照Prolog语言要求进行模块伦,并使其具有完备性;然后建立了诊断知识库,构造了推理机制、实现了解释系统以及用户界面;最后通过一个工程实例验证了该系统的可行性和正确性.该文研究开发的诊断专家系统是一个开放性的整体框架,拥有完备的知识库结构,便于维护、修改和升级.该系统不仅可以准确地推理确定性信息,也可以推理非确定性信息,并能解释诊断的过程和结果.

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引证文献(1条)

1.曹屹东.熊德清.洪承煜 基于MCS与NN的结构可靠性分析[期刊论文]-山西建筑 2008(30)

本文链接：/Periodical_shanxjz200711045.aspx

下载时间：2009年9月10日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/txkj.html