工程結構可靠性設計原理（第2版）

第1章緒論1
1.1土木工程是人類文明的起源1
1.2近代土木工程的發展2
1.3土木工程與力學的發展5
1.4土木工程結構設計方法的發展7
1.4.1幾何學設計法7
1.4.2容許應力設計法8
1.4.3破損階段設計法9
1.4.4極限狀態設計法11
1.4.5概率極限狀態設計法13
1.5工程標準與規範22
1.5.1工程標準和規範的定義22
1.5.2工程標準和規範的作用23
1.5.3工程標準和規範的發展歷史24
1.6國外一些標準機構及標準、規範介紹25
1.6.1 標準化組織與 標準ISO 239425
1.6.2 結構安全度聯合委員會與《概率模式規範》26
1.6.3 電工委員會與風電設計標準27
1.6.4歐洲標準化委員會與歐洲規範27
1.6.5美國《建築及其他結構 小設計荷載》（ASCE 7）30
1.6.6美國《建築規範對結構混凝土的要求》（ACI 318）31
1.6.7美國《荷載與抗力係數橋樑設計規範》（AASHTO LRFD）32
1.7基於性能的設計方法32
1.7.1歐洲的情況34
1.7.2美國的情況35
1.7.3日本的情況35
1.8土木工程結構的特點38
1.9本書主要內容39

第2章結構可靠性的基本概念和原理41
2.1結構分析中的不確定性41
2.1.1隨機性41
2.1.2模糊性43
2.1.3認知不確定性44
2.2結構設計中的變數45
2.3結構的功能要求47
2.4結構極限狀態和設計狀況53
2.4.1極限狀態的概念53
2.4.2承載能力極限狀態53
2.4.3正常使用極限狀態63
2.4.4條件極限狀態66
2.4.5設計狀況67
2.5結構極限狀態方程69
2.6結構可靠性和可靠度75
2.6.1結構可靠性75
2.6.2結構可靠度76
2.6.3結構可靠指標80
2.7結構安全等級82
2.8結構可靠性設計中的時間概念84
2.9結構可靠性管理85
2.9.1結構失效事件的調查和原因分析85
2.9.2可靠性管理88

第3章結構可靠度的計算92
3.1中心點法92
3.2驗算點法96
3.2.1隨機變數服從正態分佈的情形97
3.2.2隨機變數不服從正態分佈的情形107
3.2.3已知可靠指標求抗力平均值118
3.3隨機變數相關時可靠指標的計算120
3.3.1隨機變數服從正態分佈、功能函數為線性函數的情況120
3.3.2一般情況122
3.4蒙特卡洛模擬方法124
3.4.1一般抽樣方法125
3.4.2重要抽樣方法128

第4章結構上的作用和作用效應133
4.1作用的概念和分類133
4.1.1作用的概念133
4.1.2作用的分類134
4.2作用的概率模型及統計分析138
4.2.1 作用138
4.2.2可變作用140
4.2.3偶然作用163
4.2.4地震作用167
4.3作用代表值170
4.3.1 作用170
4.3.2可變作用171
4.3.3偶然作用183
4.3.4地震作用186
4.4作用效應187
4.4.1作用效應的概念187
4.4.2結構分析187
4.4.3作用效應的統計分析192
4.5作用組合與作用效應組合194
4.5.1作用組合與作用效應組合的概念和基本原理194
4.5.2FBC組合規則196
4.5.3Turkstra組合規則197
4.5.4作用效應組合的實用運算式199
4.5.5荷載工況和內力組合200

第5章結構抗力和岩土性能202
5.1抗力的概念202
5.1.1承載能力極限狀態202
5.1.2正常使用極限狀態203
5.2結構構件抗力的統計分析方法204
5.2.1解析分析方法204
5.2.2蒙特卡洛模擬方法206
5.3影響結構構件抗力的不確定性因素207
5.3.1材料性能的不確定性208
5.3.2幾何參數的不確定性213
5.3.3計算模式的不確定性215
5.4結構構件抗力的統計參數和概率分佈217
5.4.1單一材料組成的結構構件217
5.4.2複合材料組成的結構構件218
5.4.3結構構件抗力的概率分佈221
5.5鋼構件、細節或連接件和鋼筋的疲勞性能222
5.6岩土性能和抗力223
5.6.1岩土工程的特點224
5.6.2岩土性能的不確定性224
5.6.3一些岩土性能指標的統計特性和標準值227
5.6.4打入樁單樁豎向承載力的統計特性230

第6章結構可靠度分析和校準233
6.1結構構件可靠度分析233
6.1.1結構構件功能函數233
6.1.2作用效應、抗力統計參數和概率分佈234
6.1.3可靠指標計算234
6.2重力式碼頭抗滑、抗傾穩定性可靠度分析245
6.2.1抗滑、抗傾穩定性的功能函數246
6.2.2隨機變數統計參數和概率分佈247
6.2.3可靠指標計算247
6.3結構構件可靠度校準250
6.3.1結構構件可靠度校準方法250
6.3.2結構設計規範可靠度校準結果252
6.3.3海上風電機組單鋼管樁基礎局部穩定性可靠度校準259
6.4重力式碼頭抗滑、抗傾穩定性可靠度校準264

第7章結構概率極限狀態設計267
7.1結構風險和安全水準267
7.1.1經濟發展對結構安全水準的影響267
7.1.2風險及可接受的水準270
7.1.3基於風險和生命價值優化的安全準則273
7.2規範和標準中的目標可靠指標275
7.2.1各結構可靠性設計統一標準276
7.2.2 標準《結構可靠性總原則》（ISO 2394：1998）277
7.2.3 安全度聯合委員會《概率模式規範》（2001）278
7.2.4歐洲規範《結構設計基礎》（EN 1990:2002）279
7.2.5美國標準《建築及其他結構 小設計荷載》（ASCE 7—10）280
7.2.6美國標準《荷載與抗力係數橋樑設計規範》（AASHTO LRFD：2012）280
7.2.7日本《港口設施技術標準與解說》（2007）280
7.3結構可靠度設計方法281
7.4分項係數設計方法285
7.4.1分項係數設計方法的概念285
7.4.2設計運算式和變數設計值287
7.4.3確定分項係數的設計值方法289
7.4.4確定分項係數的優化方法294
7.4.5確定設計使用年限調整係數的方法301
7.4.6確定材料性能分項係數和結構係數的方法304
7.4.7《水利水電工程結構可靠性設計統一標準》確定分項係數的方法305
7.5標準、規範中的設計運算式306
7.5.1《工程結構可靠性設計統一標準》（GB 50153—2008）307
7.5.2《建築結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）和《建築結構荷載規範》（GB 50009—2012）309
7.5.3《港口工程結構可靠性設計統一標準》（GB 50158—2010）及相關規範310
7.5.4《水利水電工程結構可靠性設計統一標準》（GB 50199—2013）及相關規範315
7.5.5《公路工程結構可靠性設計統一標準》（JTG 2120—2020）和《公路橋涵設計通用規範》（JTG D60—2015）318
7.5.6《鐵路工程結構可靠性設計統一標準》（GB 50216—2019）320
7.5.7歐洲規範《結構設計基礎》（EN 1990：2002）322
7.5.8美國標準《建築及其他結構 小設計荷載》（ASCE 7—10）327
7.5.9美國標準《建築規範對結構混凝土的要求》（ACI 318—19）328
7.5.10美國《荷載與抗力係數橋樑設計規範》（AASHTO LRFD：2012）328
7.6基於試驗的設計329
7.6.1基於試驗設計的範圍和類型330
7.6.2試驗要求和過程330
7.6.3試驗報告與結果處理330

第8章結構整體穩固性與抗連續倒塌設計333
8.1偶然事件及造成的可能後果334
8.1.1偶然事件的類型334
8.1.2偶然事件造成的可能後果335
8.2結構整體穩固性概率分析和抗連續倒塌設計原則336
8.2.1競爭風險模型336
8.2.2保持結構整體穩固性的策略和抗連續倒塌設計原則338
8.3標準規範中關於結構抗連續倒塌的規定341
8.3.1《建築結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）342
8.3.2 標準《結構可靠性總原則》（ISO 2394:2015）343
8.3.3歐洲規範《結構上的作用 -7部分：一般作用-偶然作用》（EN 1997-1-7：2006）343
8.3.4美國標準《建築及其他結構 小設計荷載》（ASCE 7—10）345
8.3.5美國統一設施準則《建築抗連續倒塌設計》（UFC 4-023-03：2013）346
8.3.6鋼筋混凝土框架結構抗連續倒塌設計算例347

第9章既有結構可靠性評估354
9.1既有結構可靠性評估的原因354
9.2既有結構的抗力356
9.2.1抗力隨時間的變化356
9.2.2結構或結構構件承載力下限值357
9.3既有結構上的作用358
9.4既有結構的可靠度分析和評估359
9.4.1已知抗力隨時間的變化規律359
9.4.2已知結構或結構構件承載力下限值363
9.5標準、規範中的實用結構可靠性評估方法366
9.5.1《民用建築可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015）367
9.5.2《公路橋樑承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）374

附錄382
附錄A中英文名詞對照382
附錄B概率論與數理統計概要389
參考文獻430