GB 50199-2013 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)-標準 （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)計的基本原則和設(shè)計標準，使水工結(jié)構(gòu)設(shè)計符合安全適用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的要求，制定本標準。
1.0.2 本標準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，也適用于施工階段和使用階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計及既有結(jié)構(gòu)的可靠性評定。
1.0.3 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計宜采用以概率理論為基礎(chǔ)、以分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)計方法。當缺乏統(tǒng)計資料時，結(jié)構(gòu)設(shè)計可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗或必要的試驗研究進行，也可采用容許應(yīng)力法或單一安全系數(shù)法等方法進行。
1.0.4 各類水工結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范應(yīng)共同遵守本標準規(guī)定的基本準則，并對計算分析、細部構(gòu)造設(shè)計、材料性能、施工質(zhì)量、運行條件及維護等提出相應(yīng)的規(guī)定。
1.0.5 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計，除應(yīng)執(zhí)行本標準外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。
2 術(shù)語和符號
3 基本規(guī)定
4 極限狀態(tài)設(shè)計原則
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)分析和試驗輔助設(shè)計
8 分項系數(shù)概率極限狀態(tài)設(shè)計方法
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)進行必要的設(shè)計計算外，還應(yīng)對結(jié)構(gòu)的材料性能、施工質(zhì)量、使用和維護等提出相應(yīng)的技術(shù)要求。
9.0.2 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)由具有相應(yīng)資格的單位和技術(shù)人員進行。
9.0.3 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)符合有關(guān)荷載、抗震、地基基礎(chǔ)等國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。
9.0.4 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)對結(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措施。
9.0.5 水工結(jié)構(gòu)應(yīng)按設(shè)計規(guī)定的用途使用，并應(yīng)定期檢查結(jié)構(gòu)狀況，進行必要的維護和維修；當需變更使用用途時，應(yīng)進行設(shè)計復(fù)核和采取必要的安全措施。
9.0.6 水工結(jié)構(gòu)在達到設(shè)計使用年限后，應(yīng)按本標準附錄G進行既有結(jié)構(gòu)的可靠性評定。
附錄A 隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布
附錄B 結(jié)構(gòu)可靠指標的計算方法和目標可靠指標的確定
附錄C 作用的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布
C.0.1 水工結(jié)構(gòu)上若干作用隨時間的變化可按表C.0.1進行分類。
C.0.2 作用的標準值可按下列公式計算：
1 當作用為正態(tài)分布時，作用的標準值可按下列公式計算：
式中：Fk——作用的標準值；
μf——作用的平均值；
δf——作用的變異系數(shù)；
Kf2——作用標準值在標準正態(tài)分布概率pf2的反函數(shù)。
2 當作用為極值Ⅰ型分布時，作用的標準值可按下式計算：
C.0.3 在設(shè)計基準期內(nèi)最大值的概率分布，對于風、雪壓力以及天然河道、湖泊的靜水壓力等無人為控制的可變作用，當用極值統(tǒng)計法確定時，可變作用可按下列步驟進行計算：
1 應(yīng)將設(shè)計基準期分為n個時段，時段τ的選擇宜使每時段的作用最大值相互獨立。每個時段長度可用下式計算：
式中：τ——每個時段的長度；
T——設(shè)計基準期；
n——時段數(shù)。
2 對時段τ內(nèi)的作用最大值進行調(diào)查統(tǒng)計，每個時段選一個作用最大值Qi，可取得Qi的數(shù)據(jù)樣本。
表C.0.1 水工結(jié)構(gòu)作用隨時間變化的分類
注：G、Q、A分別代表永久作用、可變作用和偶然作用。
3 可對Qi的樣本進行統(tǒng)計分析，計算統(tǒng)計參數(shù)估計值，作出樣本的頻數(shù)直方圖，估計概率分布，并經(jīng)概率分布擬合優(yōu)度檢驗，選定時段τ內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)Fτ(Qi)。
4 根據(jù)時段內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)Fτ(Qi)，可按下式計算設(shè)計基準期內(nèi)作用最大值QT的概率分布函數(shù)：
式中：FT(QT)——設(shè)計基準期內(nèi)作用最大值QT的概率分布函數(shù)；
Fτ(Qi)——時段τ內(nèi)的作用最大值概率分布函數(shù)。
5 由時段概率分布函數(shù)Fτ(Qi)的統(tǒng)計參數(shù)μQi、σQi推求設(shè)計基準期內(nèi)作用最大值QT的統(tǒng)計參數(shù)μQT、σQT。
當Fτ(Qi)符合極值Ⅰ型分布時，F(xiàn)T(QT)也符合極值Ⅰ型分布，其統(tǒng)計參數(shù)應(yīng)按下列公式計算：
式中：μQT——設(shè)計基準期內(nèi)作用最大值QT的均值；
μQi——時段τ內(nèi)的作用最大值Qi的均值；
σQi——時段τ內(nèi)的作用最大值Qi的標準差；
σQT——設(shè)計基準期內(nèi)作用最大值QT的標準差。
C.0.4 可變作用的標準值也可由可變作用在設(shè)計基準期T內(nèi)最大值概率分布中指定概率p的分位值。此時，對標準值Qk在設(shè)計基準期內(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TR來表達可變作用的標準值Qk。重現(xiàn)期是指連續(xù)兩次超過作用值Qk的平均間隔時間，Qk的概率分布函數(shù)可按下式計算：
式中：F(Qk)——可變作用標準值Qk的概率分布函數(shù)；
TR——重現(xiàn)期。
重現(xiàn)期TR、概率p和確定標準值的設(shè)計基準期T可按下式計算：
在重現(xiàn)期較長的情況下，還可用下式進行近似計算：
附錄D 結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計參數(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)按下列公式計算：
式中：KM——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)；
Kf——反映材料、巖、土地和地基試件的性能值與性能標準值差異的系數(shù)；
fc——結(jié)構(gòu)中材料、巖、土和地基試件的性能值；
fs——材料、巖、土和地基試件的性能值；
fk——材料性能的標準值；
w0——考慮材料缺陷、施工質(zhì)量、尺寸效應(yīng)、加荷速度、試驗方法、時間效應(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KM的平均值μKM和變異系數(shù)δKM可按下列公式計算：
式中：μKM——結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性KM的平均值；
δKM——結(jié)構(gòu)材料、巖、土和地基性能不定性KM的變異系數(shù)；
μK0——K0的平均值；
μm——材料性能的平均值；
δK0——K0的變異系數(shù)；
δm——材料性能的變異系數(shù)。
2 試件材料、巖、土和地基強度性能標準值宜符合下列規(guī)定：
1)當概率分布為正態(tài)分布時，可按下式計算：
式中：Km2——見式(8.4.4-3)。
2)當概率分布為對數(shù)正態(tài)分布時，可按下式計算：
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)實際尺寸與其標準值的差異。幾何參數(shù)的不定性用Ka表示，應(yīng)按下式計算：
式中：Ka——反映結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)不定性的參數(shù)；
a、ak——結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)實際值和標準值。
2 幾何參數(shù)不定性Ka的平均值和變異系數(shù)可按下列公式計算：
式中：μKa——幾何參數(shù)不定性Ka的平均值；
μa——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)實際值的平均值；
δKa——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)不定性的變異系數(shù)；
δa——結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)實際值的變異系數(shù)。
3 當結(jié)構(gòu)截面最小尺寸大于3m時，其制作尺寸偏差與截面尺寸相比可忽略不計，幾何參數(shù)可視為常量。
D.0.4 結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計參數(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算：
式中：KR——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)件中的真實抗力；
RK——以規(guī)范規(guī)定的材料性能和幾何參數(shù)標準值及抗力計算公式求得的綜合抗力值；
Kp——結(jié)構(gòu)抗力計算不定性附加變量，可按工程經(jīng)驗判斷確定。
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KR的平均值及其變異系數(shù)可按下列公式計算：
式中：μKR——KR的平均值。
δKR——KR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算。
4 結(jié)構(gòu)綜合抗力R的概率分布可假定為對數(shù)正態(tài)。
附錄E 試驗輔助設(shè)計
附錄F 結(jié)構(gòu)系數(shù)的計算方法
F.0.1 結(jié)構(gòu)系數(shù)計算應(yīng)具備下列條件：
1 應(yīng)已知結(jié)構(gòu)的分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計表達式、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0和設(shè)計狀況系數(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)計算模式不定性的統(tǒng)計參數(shù)和作用的標準值及分項系數(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)以及抗力的計算模式不定性的統(tǒng)計參數(shù)和材料性能的標準值及分項系數(shù)。
4 應(yīng)已確定結(jié)構(gòu)目標可靠指標βt。
F.0.2 結(jié)構(gòu)系數(shù)的計算可按下列步驟進行：
1 可假設(shè)結(jié)構(gòu)系數(shù)γd的初始值γd0，利用已知的作用和材料性能的標準值、分項系數(shù)，根據(jù)分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計式計算出結(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)計參數(shù)和作用效應(yīng)與抗力的計算模式不定性統(tǒng)計參數(shù)，可計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)方程按本標準附錄B的方法計算βi。
3 算得的可靠指標與目標可靠指標可按下式進行比較：
式中：βi——第i步計算得到的可靠指標；
βt——目標可靠指標；
ε——允許誤差。
4 當本條第3款不能滿足時，重復(fù)上述1～3各步驟。γd可按下式計算：
式中：△γd——計算γd時采用的步長。
5 當本條第3款能滿足時，則假定的γd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 對于同類結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)影響結(jié)構(gòu)系數(shù)計算的各種因素對工程造價大小的影響程度，確定各種因素的加權(quán)系數(shù)。
2 已知目標可靠指標βt、相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0、材料性能分項系數(shù)γm、作用分項系數(shù)γf、設(shè)計狀況系數(shù)ψ，可按分項系數(shù)設(shè)計式計算各種設(shè)計狀況下的結(jié)構(gòu)系數(shù)γdi、。
3 可根據(jù)各種因素的加權(quán)系數(shù)對結(jié)構(gòu)系數(shù)γdi加權(quán)平均，求得γd。也可從各種設(shè)計狀況下算得的一系列γdi中，綜合分析選出一個γd。
4 利用上述得出的結(jié)構(gòu)系數(shù)γd和相應(yīng)的各種其他分項系數(shù)，可進行試設(shè)計，并可根據(jù)試設(shè)計成果和工程設(shè)計經(jīng)驗分析判斷，最終確定規(guī)范選用的γd值。
