第月 中国海洋大学学报 PERioDICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA 462g 不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解 蒋济同，吴颖欣，杜德润 (中国海洋大学士木工程系，山东背岛26100) 摘要：基于可靠度分析理论以及荷载标准值等数据的调整，分别运用JCSS法与Monte Carlo法计算出运用于结枸领域 的新的目标可靠指标并依据不同可变荷载的穩常统计模型计算出对应于不同设计使用年限的词整系数及数理统计参数 以最小二乘法为准则，借助Matlab里的数学算子，分别采用穷举优化搜索法和极值理论求解法计算出实用设计表达式中 荷载分项系数及结构重要性系数，并计算出标准值等数帮调整前后的单构件的相对误差增量。从工程实际应用出发，在荷 载，抗力分项系数均按现行规范采用的情况下，计算出能同时体现不同安全等级与设计使用年限的结构重要性系数，并分 析了现行规范中采用的结构重要性系数取值对应的包络范围，对今后结构设计提供参考借整。 关触词：可靠度，安全等级，设计使用年限：分项系数：结构重要性系数 中图法分举号，T1318 文献标志码：A 文章编号：1672-5174(2016)03-121-05 D0l:10.16441/h.cmki.hdxh.2014o192 引用格式：蒋济同，吴颗欣，杜德润。不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解[J门。中国海洋大学学报（自然科 学版)，2016.46(3)，121-125. JIANG Ji-Tong.WU Ying-Xin.DU De-Run.Solution on the coefficients of design formulation for the pragmatie usage un der different design working lives[]].Periodical of Ocean University of China.2016.46(3):121-125. 《建筑结构设计统 一标准经调查、实测并经数 员习惯于采用基本变量的标准值和分项系数进行结构 理统计处理后，得到了全国范围内水久荷截、可变荷载 设计，使设计表达式所设计出的结构所具有的可靠指 的概率分布函数和统计参数，是中国目前可靠度分析 标尺可能地接所稀定的目标可可堂指标。目前均果用】 的基础。现行的《工程结构可靠性设计统一标准)采 最小二乘法为准则，讲行实用表达式中的分项系数求 用“校准法”确定了今后设计时采用的可靠指标 在校 解，使用分项系数设计 结构时无需进行概率方面的运 准可靠指标B时，考虑了具有代表性的14种构件、不同 算，并已积紫了大量的工程实践经验 的荷载效应比。以及三种简单荷载组合，根据编制标沿 《工程结构可靠性设计原理》)和《土木工程结构 时各随机变量的标准值计算其统计参数，新版《建筑 可靠度理论与设计》)等文献中给出了确定分项系数 结构荷载规范回对中国的结构构件安全度做了调整 的原则和方法。但众多文献推荐的步骤中，是在假定 整体设置水平有所提高，因此可靠指标也应随之改 结构重要性系数 ,已知的前 下运用穷举法进行求 变，提高后的可靠指标与荷兰、丹麦等国家的标准相接 解。这一前提只体现安全等级，无法与《民用建筑 近。 则》幻中321条规定以及《建筑结构可靠性设计较 从简单到复杂或精确程序的不同，国内外先后采 标准)第7.0.3条规 用了一次二阶矩法 阶矩法、蒙特卡洛(Mont 定对应，《结构的设计使用年限与结构重要性系 Caro)等方法进行可靠指标求解。日前行业内广泛牙 数)四，《通用设计表达式中荷载与抗力分项系数的研 用一次二阶矩法中的验算点法和蒙特卡洛法中的重要 究》)等文献中也提到了关于此方面的问题与看法 抽样法进行可靠指标求解。验算点法将非线性功能函 以荷载和抗力的数理模型为基础，系袋求解不同 数作一次叁勒级数展开，并使用当量正态化后的随机 设计使用年限所对应的数理统计参数与实用设计表达 变量平均值和方差进行求解，蒙特卡洛法运用计算 式中相应系数，弥补了目前可靠度研究文献中的不足】 构的失效概率来求解可靠度，对于结构可靠度不高即 针对目前众多文献中采用的穷举求解法的不足，运用 失效概奉较大的情况，有较高的效奉。 Matlab中fminsearch函数，在不改变抗力分项系数y 对于一般的结构构件，若根据规定的B值直接进行 和不提前设定。具体值的前提下，求解出与设计使用 裁面设计或截面复核，计算工作量大且不实用，设计人 年限相匹配的荷载分项系数，a以及结构重要性系 .con 1994-2018 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne 第４６卷 第３期 ２０１６年３月 中 国 海 洋 大 学 学 报 ＰＥＲＩＯＤＩＣＡＬＯＦＯＣＥＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ ４６（３）：１２１～１２５ Ｍａｒ．，２０１６ 不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解 蒋济同，吴颖欣，杜德润 （中国海洋大学土木工程系，山东 青岛 ２６６１００） 摘 要： 基于可靠度分析理论以及荷载标准值等数据的调整，分别运用ＪＣＳＳ法与 ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法计算出运用于结构领域 的新的目标可靠指标并依据不同可变荷载的概率统计模型计算出对应于不同设计使用年限的调整系数及数理统计参数。 以最小二乘法为准则，借助 Ｍａｔｌａｂ里的数学算子，分别采用穷举优化搜索法和极值理论求解法计算出实用设计表达式中 荷载分项系数及结构重要性系数，并计算出标准值等数据调整前后的单构件的相对误差增量。从工程实际应用出发，在荷 载、抗力分项系数均按现行规范采用的情况下，计算出能同时体现不同安全等级与设计使用年限的结构重要性系数，并 分 析了现行规范中采用的结构重要性系数取值对应的包络范围，对今后结构设计提供参考借鉴。 关键词： 可靠度；安全等级；设计使用年限；分项系数；结构重要性系数 中图法分类号： ＴＵ３１８ 文献标志码： Ａ 文章编号： １６７２－５１７４（２０１６）０３－１２１－０５ ＤＯＩ： １０．１６４４１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｘｂ．２０１４０１９２ 引用格式： 蒋济同，吴颖欣，杜德润．不同设计使用年限下实用设计表达式系数的求解［Ｊ］．中国海洋大学学报（自然科 学版），２０１６，４６（３）：１２１－１２５． ＪＩＡＮＧＪｉ－Ｔｏｎｇ，ＷＵ Ｙｉｎｇ－Ｘｉｎ，ＤＵＤｅ－Ｒｕｎ．Ｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｐｒａｇｍａｔｉｃｕｓａｇｅｕｎ－ ｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎｗｏｒｋｉｎｇｌｉｖｅｓ［Ｊ］．ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｏｆＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１６，４６（３）：１２１－１２５． 收稿日期：２０１４－０６－１０；修订日期：２０１５－０１－１２ 作者简介：蒋济同（１９６６－），男，教授。Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｏｍｉａｏｘｉｎｚｉ＠１６３．ｃｏｍ 《建筑结 构 设 计 统 一 标 准》［１］经 调 查、实 测 并 经 数 理统计处理后，得到了全国范围内永久荷载、可变荷载 的概率分布函 数 和 统 计 参 数，是 中 国 目 前 可 靠 度 分 析 的基础。现行的《工程结构可靠性设计统一标准》［２］采 用“校准法”确定了今后设计时采用的可靠指标。在校 准可靠指标β时，考虑了具有代表性的１４种构件、不同 的荷载效应比ρ以及三种简单荷载组合，根据编制标准 时各随机变 量 的 标 准 值 计 算 其 统 计 参 数。新 版《建 筑 结构荷载规范》［３］对中国的结构构件安全度做了调整， 整体设置水平 有 所 提 高，因 此 可 靠 指 标β也 应 随 之 改 变，提高后的可靠指标与荷兰、丹麦等国家的标准相接 近。 从简单到复 杂 或 精 确 程 序 的 不 同，国 内 外 先 后 采 用了一次二 阶 矩 法、二 次 二 阶 矩 法、蒙 特 卡 洛（Ｍｏｎｔｅ－ Ｃａｒｌｏ）等方法进行可靠指标求解。目前行 业 内 广 泛 采 用一次二阶矩法中的验算点法和蒙特卡洛法中的重要 抽样法进行可靠指标求解。验算点法将非线性功能函 数作一次泰勒 级 数 展 开，并使用当量正态化后的随 机 变量平均值和 方 差 进 行 求 解，蒙 特 卡 洛 法 运 用 计 算 结 构的失效概率 来 求 解 可 靠 度，对 于 结 构 可 靠 度 不 高 即 失效概率较大的情况，有较高的效率。 对于一般的结构构件，若根据规定的β值直接进行 截面设计或截面复核，计算工作量大且不实用，设计人 员习惯于采用基本变量的标准值和分项系数进行结构 设计，使设计表 达 式 所 设 计 出 的 结 构 所 具 有 的 可 靠 指 标尽可能地接近预定的目标可靠指标。目前均采用以 最小二乘法为 准 则，进 行 实 用 表 达 式 中 的 分 项 系 数 求 解，使用分项系 数 设 计 结 构 时 无 需 进 行 概 率 方 面 的 运 算，并已积累了大量的工程实践经验。 《工程结 构 可 靠 性 设 计 原 理》［４］和《土 木 工 程 结 构 可靠度理论与 设 计》［５］等 文 献 中 给 出 了 确 定 分 项 系 数 的原则和方 法。但众多文献推荐的步骤中，是 在 假 定 结构 重 要 性 系 数γ０ 已知的前提下运用穷举法进行求 解。这一前 提 只 体 现 安 全 等 级，无 法 与 《民 用 建 筑 通 则》［６］中３．２．１条规定以及《建筑结构可靠性设计统一 标准》［７］第７．０．３条规 定对应，《结构的设计使用年限与结构重要性系 数》［８］、《通用设 计 表 达 式 中 荷 载 与 抗 力 分 项 系 数 的 研 究》［９］等文献中也提到了关于此方面的问题与看法。 以荷载和抗 力 的 数 理 模 型 为 基 础，系 统 求 解 不 同 设计使用年限所对应的数理统计参数与实用设计表达 式中相应系数，弥补了目前可靠度研究文献中的不足。 针对目前众多 文 献 中 采 用 的 穷 举 求 解 法 的 不 足，运 用 Ｍａｔｌａｂ中ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ函数，在不改变抗力分项系数γＲ 和不提前设定γ０ 具体值的前提下，求解出与设计使用 年限相匹配的荷载分项系数γＧ、γＱ 以及结构重要性系