结构可靠性复习题及解答

9. 已知:结构抗力R的概率分布函数和概率密度函数分别为的概率分布函数和概率密度函数分别为

FR(r)和fR(r);

荷载效应SFS(s)和fS(s);结构极限状态方程为

Z?R?S?0。试列出用概率干涉法求结构失效概率Pf的两个计算公式。

f(s),试写出

10.设极限状态方程Z=R-S=0,R和S统计独立,概率密度函数为fR(r)和S可靠度和失效概率的两种计算表达式。 11. 试绘图说明结构可靠指标?的几何意义。

12.基于可靠度的结构设计(概率极限状态设计)与传统的安全系数设计有何区别?对于功能函数(以两个变量为例),当变量为正态分布时,可靠度指标有何含义,试作图表示; 13简述中心点法和设计验算点法的基本思路,并分析其优缺点。

14.什么叫结构可靠度近似计算的一次二阶矩法?它的基本思路是什么? 15.试说明Hasofer-Lind法的适用条件。

16.试写出Hasofer-Lind法的计算步骤。 17.试写出JC法的计算步骤。

18. 试绘图说明非正态随机变量当量正态化的两个基本条件,并列出当量正态化随机变量的均值和标准差的计算公式。

19.试由JC法的当量正态化条件确定出等价正态随机变量的均值?和标准差??。 20.试写出JC法的当量正态化条件。

21. 简述相关随机变量可靠度的计算方法。

22. 非正态随机变量当量化为正态 的基本假定是什么? 23. 何谓结构体系可靠度?简述结构系统的基本模型。 24.简述Monte Carlo方法求解问题的基本思路。

25.作用与荷载的区别与联系,在本书中是如何对其分析的? 26. 荷载代表值有哪些类型?简要说明每种代表值的确定方法。 27.简述平稳二项随机过程的基本假定。

28. 某民用建筑结构设计时考虑的荷载有:恒荷载G、持久性活荷载

?L1(t)、临时性活荷载

L2(t)、风荷载WY(t)、雪荷载WS(t)。已知设计基准期T?50年,恒荷载、活荷载、风荷

载和雪荷载的分时段长度?分别取为50年、10年、1年、1年。试按照JCSS组合规则,列出上述荷载的组合表达式。

29. 影响结构构件抗力的随机性有哪几类因素?简要说明每一类因素主要包括哪些内容。 30.材料强度的取值是可靠性设计的一个重要方面,材料强度的标准值可以取其平均值吗?为什么?如何取值?

31.如何确定结构的目标可靠指标;

32.目标可靠指标的确定主要与哪些因素有关? 33.何为校准法?

34. 荷载分项系数、抗力分项系数与设计点和可靠指标有什么联系?列出相应的公式。 35. 中心安全系数、特征安全系数、荷载与抗力的分项系数与可靠指标有什么联系?列出相

应的公式。

36.为何对于不同的荷载在进行荷载效应组合时,取一定的分项系数?

37. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容,并列出具体表达式。

38. 简述我国现行《建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001》中结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容,简要说明荷载分项系数、抗力分项系数、荷载组合系数的确定方法。

39为什么不能采用中国的荷载标准值按照美国的规范设计表达式进行结构设计?

四、计算题

1.已知某悬臂钢梁受均布荷载q作用(如图所示),其均值和变异系数分别为

?q?2.5KN/mVq?0.20,

材料屈服强度

?63;钢梁截面的塑性抵抗矩W为确定性量,W?1000?10m;

fy的均值

?f?262MPay,变异系数为

Vfy?0.10。

(1)列出梁固端B处弯曲破坏的功能函数;

(2)根据该功能函数求B端截面的可靠指标。 q

A B

10m

2.某拉杆的荷载效应S和抗力R均为正态分布,其均值、标准差分别为:

?S?226MPa,?S?26MPa;?R?338MPa,?R?38MPa,

若目标可靠指标?T?3.2,

试判断该杆是否满足可靠度的要求。

3.已知简支梁承受集中荷载P的作用(如图所示),其均值和方差分别为

?P?10KN,

2?P?4kN2;梁截面塑性抵抗矩W的均值和方差分别为?W?100?10?6m3,

322?W?400?10?12m6;材料屈服强度fy的均值和方差分别为?fy?660?10kN/m,

922?2f?10?10(kN/m)y。已知梁跨中B处弯曲破坏的功能函数为:

g(W,fy,P)?fy?PL4W

L是简支梁的跨度;试用中心点法确定其可靠指标。

P

A

B

4m

C 4m

4.已知简支梁承受集中荷载P的作用(如图所示),其均值和方差分别为

?P?10KN,

2?P?4kN2;梁截面塑性抵抗矩W的均值和方差分别为?W?100?10?6m3,

322?W?400?10?12m6;材料屈服强度fy的均值和方差分别为?fy?660?10kN/m,

922?2f?10?10(kN/m)y。已知梁跨中B处弯曲破坏的功能函数为:

g(W,fy,P)?fyW?PL4

L是简支梁的跨度;试用中心点法确定其可靠指标。

P

A

B

4m

C 4m

5.假定钢梁承受确定性的弯矩M?140kN?m,钢梁的截面塑性抵抗矩为W,屈服强度为

f,故功能函数Z?fW?M?fW?140;已知随机变量W服从正态分布,

?w?850.0?10?6m3,?W?0.05;随机变量f也服从正态分布,?f?270MPa,?f?0.10;试用Hasofer-Lind方法计算钢梁的可靠指标?。

6.已知某钢拉杆,其抗力和荷载的统计参数为μN=237kN, σN =19.8kN,δN =0.07,ΚR=1.12,且轴向拉力N和截面承载力R都服从正态分布。当目标可靠指标为β=3.7时,不考虑截面尺寸变异的影响,求结构抗力的标准值。

7.锰钢制成的拉杆,截面积为A,设知承受拉力Q,材料屈服极限为R,对应的统计参数各自为 Q:

(?Q,?Q)?(12000,3000)N,正态分布

2N/mm,正态分布 R:(?R,?R)?(443,27.5)试求在可靠指标??4.9下的A值。 8.一偏心受压钢构件的极限状态方程正态分布),已知R、

R?SG?SW?0,其中R为结构的抗力(服从对数

SG为恒荷载效应(服从正态分布)S,W为风荷载效应(服从极值I型分布)。

SG和SW的偏差系数和变异系数分别为:?R?1.22,VR?0.16;?SG?1.04,

VSG?0.06?S?0.998W,

VSW?0.192。荷载效应比

??SWk/SGk?2,安全系数

K?1.41。采用JC法校准我国TJ9-74规范中偏心受压钢构件的可靠指标(给出二轮迭代

过程)。

9.已知某钢筋混凝土悬臂梁,计算跨度l?2m,梁上的均布恒荷载标准值为15.0kN/m,均布活荷载标准值为6.0kN/m。求:(1)按承载能力极限状态计算时梁悬臂端截面的弯矩组合设计值;(2)按正常使用极限状态验算梁的变形和裂缝宽度时,梁悬臂端截面荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合的弯矩值。已知:安全等级为二级,活荷载组合值系数

?C?0.7,频遇值系数?f?0.6,准永久值系数?q?0.5。

10.某钢筋混凝土简支悬挑梁,简支跨计算长度l=6m,两边各悬挑3m,按安全等级为二级设计。梁上的恒荷载标准值为

gk?10kN/m,活荷载标准值为qk?10kN/m。试求按承载能

力极限状态计算时梁跨中截面的最大弯矩设计值和最小弯矩设计值。

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