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GB 50199-2013 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)-標(biāo)準(zhǔn) （完整版）

1 總 則

1.0.1 為統(tǒng)一水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求，制定本標(biāo)準(zhǔn)。

1.0.2 本標(biāo)準(zhǔn)適用于各類水工建筑物整體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，也適用于施工階段和使用階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及既有結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定。
1.0.3 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜采用以概率理論為基礎(chǔ)、以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。當(dāng)缺乏統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗(yàn)或必要的試驗(yàn)研究進(jìn)行，也可采用容許應(yīng)力法或單一安全系數(shù)法等方法進(jìn)行。
1.0.4 各類水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)共同遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本準(zhǔn)則，并對(duì)計(jì)算分析、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料性能、施工質(zhì)量、運(yùn)行條件及維護(hù)等提出相應(yīng)的規(guī)定。

1.0.5 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)，除應(yīng)執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2 術(shù)語(yǔ)和符號(hào)

3 基本規(guī)定

4 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則

5 結(jié)構(gòu)上的作用和環(huán)境影響

6 材料和巖土性能及幾何參數(shù)

7 結(jié)構(gòu)分析和試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)

8 分項(xiàng)系數(shù)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法

9 可靠性管理

9.0.1 為保證結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠性，除應(yīng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的材料性能、施工質(zhì)量、使用和維護(hù)等提出相應(yīng)的技術(shù)要求。

9.0.2 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)由具有相應(yīng)資格的單位和技術(shù)人員進(jìn)行。
9.0.3 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合有關(guān)荷載、抗震、地基基礎(chǔ)等國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
9.0.4 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)可能受到的偶然作用、環(huán)境影響等采取必要的防護(hù)措施。
9.0.5 水工結(jié)構(gòu)應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定的用途使用，并應(yīng)定期檢查結(jié)構(gòu)狀況，進(jìn)行必要的維護(hù)和維修；當(dāng)需變更使用用途時(shí)，應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核和采取必要的安全措施。

9.0.6 水工結(jié)構(gòu)在達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限后，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)附錄G進(jìn)行既有結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定。

附錄A 隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布

附錄B 結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的計(jì)算方法和目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定

附錄C 作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布

C.0.1 水工結(jié)構(gòu)上若干作用隨時(shí)間的變化可按表C.0.1進(jìn)行分類。

C.0.2 作用的標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式計(jì)算：
1 當(dāng)作用為正態(tài)分布時(shí)，作用的標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式計(jì)算：

式中：F_k——作用的標(biāo)準(zhǔn)值；
μ_f——作用的平均值；
δ_f——作用的變異系數(shù)；
K_f2——作用標(biāo)準(zhǔn)值在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率p_f2的反函數(shù)。
2 當(dāng)作用為極值Ⅰ型分布時(shí)，作用的標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：

C.0.3 在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值的概率分布，對(duì)于風(fēng)、雪壓力以及天然河道、湖泊的靜水壓力等無(wú)人為控制的可變作用，當(dāng)用極值統(tǒng)計(jì)法確定時(shí)，可變作用可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：
1 應(yīng)將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期分為n個(gè)時(shí)段，時(shí)段τ的選擇宜使每時(shí)段的作用最大值相互獨(dú)立。每個(gè)時(shí)段長(zhǎng)度可用下式計(jì)算：

式中：τ——每個(gè)時(shí)段的長(zhǎng)度；
T——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；
n——時(shí)段數(shù)。
2 對(duì)時(shí)段τ內(nèi)的作用最大值進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，每個(gè)時(shí)段選一個(gè)作用最大值Q_i，可取得Q_i的數(shù)據(jù)樣本。

表C.0.1 水工結(jié)構(gòu)作用隨時(shí)間變化的分類

注：G、Q、A分別代表永久作用、可變作用和偶然作用。
3 可對(duì)Q_i的樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)值，作出樣本的頻數(shù)直方圖，估計(jì)概率分布，并經(jīng)概率分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，選定時(shí)段τ內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)F_τ(Q_i)。
4 根據(jù)時(shí)段內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)F_τ(Q_i)，可按下式計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用最大值Q_T的概率分布函數(shù)：

式中：F_T(Q_T)——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用最大值Q_T的概率分布函數(shù)；
F_τ(Q_i)——時(shí)段τ內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)。
5 由時(shí)段概率分布函數(shù)F_τ(Q_i)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)μ_Qi、σ_Qi推求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用最大值Q_T的統(tǒng)計(jì)參數(shù)μ_QT、σ_QT。
當(dāng)F_τ(Q_i)符合極值Ⅰ型分布時(shí)，F(xiàn)_T(Q_T)也符合極值Ⅰ型分布，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算：

式中：μ_QT——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用最大值Q_T的均值；
μ_Qi——時(shí)段τ內(nèi)的作用最大值Q_i的均值；
σ_Qi——時(shí)段τ內(nèi)的作用最大值Q_i的標(biāo)準(zhǔn)差；
σ_QT——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)作用最大值Q_T的標(biāo)準(zhǔn)差。

C.0.4 可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值也可由可變作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)最大值概率分布中指定概率p的分位值。此時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值Q_k在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值分布上的超越概率應(yīng)為1—P。

C.0.5 一般情況下，可采用重現(xiàn)期T_R來(lái)表達(dá)可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值Q_k。重現(xiàn)期是指連續(xù)兩次超過(guò)作用值Q_k的平均間隔時(shí)間，Q_k的概率分布函數(shù)可按下式計(jì)算：

式中：F(Q_k)——可變作用標(biāo)準(zhǔn)值Q_k的概率分布函數(shù)；
T_R——重現(xiàn)期。
重現(xiàn)期T_R、概率p和確定標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T可按下式計(jì)算：

在重現(xiàn)期較長(zhǎng)的情況下，還可用下式進(jìn)行近似計(jì)算：

附錄D 結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布

D.0.1 影響結(jié)構(gòu)抗力不定性的因素應(yīng)包括結(jié)構(gòu)材料、巖、土、地基等的性能以及幾何參數(shù)和計(jì)算模式的不定性等。

D.0.2 結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基的性能應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能的不定性應(yīng)符合下列規(guī)定：
1)結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能的不定性K M應(yīng)按下列公式計(jì)算：

式中：K_M——反映結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性的參數(shù)；
K₀——反映結(jié)構(gòu)中材料、巖、土和地基試件性能與材料、巖、土和地基試件性能差異的系數(shù)；
K_f——反映材料、巖、土地和地基試件的性能值與性能標(biāo)準(zhǔn)值差異的系數(shù)；
f_c——結(jié)構(gòu)中材料、巖、土和地基試件的性能值；
f_s——材料、巖、土和地基試件的性能值；
f_k——材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值；
w₀——考慮材料缺陷、施工質(zhì)量、尺寸效應(yīng)、加荷速度、試驗(yàn)方法、時(shí)間效應(yīng)等因素影響的系數(shù)。
2)結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性K_M的平均值μ_KM和變異系數(shù)δ_KM可按下列公式計(jì)算：

式中：μ_KM——結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性K_M的平均值；
δ_KM——結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性K_M的變異系數(shù)；
μ_K0——K₀的平均值；
μ_m——材料性能的平均值；
δ_K0——K₀的變異系數(shù)；
δ_m——材料性能的變異系數(shù)。
2 試件材料、巖、土和地基強(qiáng)度性能標(biāo)準(zhǔn)值宜符合下列規(guī)定：
1)當(dāng)概率分布為正態(tài)分布時(shí)，可按下式計(jì)算：

式中：K_m2——見(jiàn)式(8.4.4-3)。
2)當(dāng)概率分布為對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，可按下式計(jì)算：

D.0.3 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的不定性反映結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸與其標(biāo)準(zhǔn)值的差異。幾何參數(shù)的不定性用K_a表示，應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：K_a——反映結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)不定性的參數(shù)；
a、a_k——結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)實(shí)際值和標(biāo)準(zhǔn)值。
2 幾何參數(shù)不定性K_a的平均值和變異系數(shù)可按下列公式計(jì)算：

式中：μ_Ka——幾何參數(shù)不定性K_a的平均值；
μ_a——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)實(shí)際值的平均值；
δ_Ka——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)不定性的變異系數(shù)；
δ_a——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)實(shí)際值的變異系數(shù)。
3 當(dāng)結(jié)構(gòu)截面最小尺寸大于3m時(shí)，其制作尺寸偏差與截面尺寸相比可忽略不計(jì)，幾何參數(shù)可視為常量。

D.0.4 結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 綜合抗力不定性附加變量可按下式計(jì)算：

式中：K_R——結(jié)構(gòu)抗力不定性附加變量；
R——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的真實(shí)抗力；
R_K——以規(guī)范規(guī)定的材料性能和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值及抗力計(jì)算公式求得的綜合抗力值；
K_p——結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算不定性附加變量，可按工程經(jīng)驗(yàn)判斷確定。
2 單一材料的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件綜合抗力不定性附加變量K_R的平均值及其變異系數(shù)可按下列公式計(jì)算：

式中：μ_KR——K_R的平均值。
δ_KR——K_R的變異系數(shù)。
3 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非線性函數(shù)表示的綜合抗力可用誤差傳遞方法計(jì)算。
4 結(jié)構(gòu)綜合抗力R的概率分布可假定為對(duì)數(shù)正態(tài)。

附錄E 試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)

附錄F 結(jié)構(gòu)系數(shù)的計(jì)算方法

F.0.1 結(jié)構(gòu)系數(shù)計(jì)算應(yīng)具備下列條件：
1 應(yīng)已知結(jié)構(gòu)的分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀和設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ。
2 應(yīng)已知作用的概率分布模型、平均值、變異系數(shù)以及作用效應(yīng)計(jì)算模式不定性的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和作用的標(biāo)準(zhǔn)值及分項(xiàng)系數(shù)。
3 應(yīng)已知結(jié)構(gòu)材料性能的概率分布模型、平均值、變異系數(shù)以及抗力的計(jì)算模式不定性的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值及分項(xiàng)系數(shù)。
4 應(yīng)已確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠指標(biāo)β_t。

F.0.2 結(jié)構(gòu)系數(shù)的計(jì)算可按下列步驟進(jìn)行：
1 可假設(shè)結(jié)構(gòu)系數(shù)γ_d的初始值γ_d0，利用已知的作用和材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值、分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式計(jì)算出結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。
2 利用求得的結(jié)構(gòu)幾何尺寸、作用和結(jié)構(gòu)材料性能的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和作用效應(yīng)與抗力的計(jì)算模式不定性統(tǒng)計(jì)參數(shù)，可計(jì)算出抗力和作用效應(yīng)的相應(yīng)參數(shù)，并可依據(jù)概率極限狀態(tài)方程按本標(biāo)準(zhǔn)附錄B的方法計(jì)算β_i。
3 算得的可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)可按下式進(jìn)行比較：

式中：β_i——第i步計(jì)算得到的可靠指標(biāo)；
β_t——目標(biāo)可靠指標(biāo)；
ε——允許誤差。
4 當(dāng)本條第3款不能滿足時(shí)，重復(fù)上述1～3各步驟。γ_d可按下式計(jì)算：

式中：△γ_d——計(jì)算γ_d時(shí)采用的步長(zhǎng)。
5 當(dāng)本條第3款能滿足時(shí)，則假定的γ_d即為所求。

F.0.3 選定規(guī)范采用的結(jié)構(gòu)系數(shù)的方法和步驟：
1 對(duì)于同類結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)影響結(jié)構(gòu)系數(shù)計(jì)算的各種因素對(duì)工程造價(jià)大小的影響程度，確定各種因素的加權(quán)系數(shù)。
2 已知目標(biāo)可靠指標(biāo)β_t、相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ₀、材料性能分項(xiàng)系數(shù)γ_m、作用分項(xiàng)系數(shù)γ_f、設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ，可按分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)式計(jì)算各種設(shè)計(jì)狀況下的結(jié)構(gòu)系數(shù)γ_di、。
3 可根據(jù)各種因素的加權(quán)系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)系數(shù)γ_di加權(quán)平均，求得γ_d。也可從各種設(shè)計(jì)狀況下算得的一系列γ_di中，綜合分析選出一個(gè)γ_d。
4 利用上述得出的結(jié)構(gòu)系數(shù)γ_d和相應(yīng)的各種其他分項(xiàng)系數(shù)，可進(jìn)行試設(shè)計(jì)，并可根據(jù)試設(shè)計(jì)成果和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析判斷，最終確定規(guī)范選用的γ_d值。

附錄G 既有結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定