结构可靠度、理论、方法及应用

　　本书系统介绍了结构可靠度分析的理论、方法和工程应用；着重阐述了结构可靠度分析的*有限元法，导出了计算列式；给出了平面问题*有限元计算程序、使用说明和算例，源程序可在出版社网站上下载（abookcn)。本书工程实例丰富，土建、水利特色鲜明。
　　全书分为十章，内容包括：随变量、*过程及*场的基本知识，结构可靠度概念及可靠指标的涵义，结构可靠度计算方法，结构体系可靠度计算，*有限元的理论、方法及工程应用，*有限元程序设计，*有限元程序及使用说明，结构可靠度分析专题等。
　　本书即可作为高等院校工科有关专业研究生和高年级本科生的教学用书，也可作为有关工程技术人员的参考书。

第1章 绪论
　1.1 结构的随机力学模型
　1.2 结构可靠性研究历史简介
　1.3 随机有限元法的发展概况
　1.4 结构可靠性分析的方法、步骤
　参考文献
第2章 随机变量及其统计特征
　2.1 概率的基本概念
　2.2 随机变量及其分布
　2.3 随机变量的数字特征
　2.4 结构可靠度分析中常用的概率分布
　2.5 n维随机向量及其数字特征
　习题
　参考文献
第3章 随机过程和随机场
　3.1 随机过程及其分布函数
　3.2 随机过程的数字特征
　3.3 随机场的概念
　3.4 随机场的数字特征
　3.5 随机场的局部平均理论
　3.6 随机场的离散
　参考文献
第4章 结构可靠度与可靠指标
　4.1 结构可靠度与失效概率
　4.2 结构可靠度与可靠指标
　4.3 可靠指标的几何含义
　4.4 计算可靠指标β的两个常用公式
　4.5 可靠指标与安全系数的关系
　4.6 可靠指标与分项系数的关系
　习题
　参考文献
第5章 结构可靠度计算方法
　5.1 -次二阶矩法
　5.2 梯度优化法
　5.3 非正态分布变量和统计相关变量条件下可靠指标的计算
　5.4 蒙特卡罗法
　5.5 响应面法
　5.6 结构的可靠度设计
　习题
　参考文献
第6章 结构体系可靠度计算
　6.1 结构体系可靠度的概念
　6.2 静定与超静定结构体系的可靠度
　6.3 结构体系中功能函数的相关性
　6.4 结构体系可靠度的常用计算方法
　6.5 杆件及杆系结构可靠度计算实例
　6.6 重力坝、挡土墙可靠度计算实例
　习题
　参考文献
第7章 随机有限元法
　7.1 概述
　7.2 摄动随机有限元法
　7.3 纽曼随机有限元法
　7.4 验算点展开随机有限元法
　7.5 蒙特卡罗随机有限元法
　参考文献
第8章 平面问题的随机有限元法及程序设计
　8.1 平面问题随机有限元的计算列式
　8.2 偏导数劲度矩阵和偏导数荷载向量
　8.3 随机有限元法计算结构可靠度的程序设计
　8.4 源程序及其使用说明
　8.5 程序算例
　参考文献
第9章 空间问题的随机有限元法及程序设计
　9.1 强度准则及功能函数
　9.2 功能函数的偏导数
　9.3 空间问题随机有限元的计算列式
　9.4 程序设计框图
　9.5 计算实例
　参考文献
第10章 结构可靠度分析专题
　专题一：拱坝结构的动力可靠度
　专题二：拱坝坝肩的整体稳定可靠度
　专题三：隧洞结构的截面与体系可靠度
　参考文献
附录 常用数表
　附表1 标准正态概率分布函数表
　附表2 标准正态概率密度函数表
　附表3 T函数表
　附表4 x2分布表
　附表5 t分布的双侧分位数（tα）表
　附表6 K-S检验临界值Dnα表（参数已知）
　附表7 K-S检验临界值Dnα表（参数未知）
部分习题参考答案

工程结构的分析和设计方法始终与科学技术的发展联系在一起。传统的结构分析和设计是采用确定性方法，也就是说，在结构分析和设计中涉及的参量均取为确定值，得到的计算结果也是确定值。事实上，在结构分析和设计中涉及的参量几乎都是随机变量，采用确定性方法进行结构分析和设计显然不尽合理，而应该采用概率与统计的方法，对结构进行可靠性分析和可靠度设计。正是由于上述原因，结构可靠性理论在最近几十年得到迅速发展并成为一门新兴的学科。目前，结构可靠性研究的范围已经涉及结构分析和设计的各个领域，研究的深度和广度正在不断发展。
我国自20世纪70年代中期有计划地开展结构可靠性方面的研究工作以来，已取得了显著的成绩。除了在房屋建筑、铁路、公路、港口和水利水电工程等行业普遍施行可靠度设计以外，还通过国家科技攻关项目和国家自然科学基金项目开展一些专门研究，以提高这一领域的研究水平。为了便于学习和应用结构可靠性方面的知识，国内外已出版了一些专著，但无论对于初学者还是对于工程技术人员来说，仍然感到供学习和参考的书籍不足。基于此，作者在总结自己30余年教学和科研工作的基础上成就了本书。本书作为本科生、研究生教材和工程技术人员的参考书，在编写中遵循了以下原则：
1.加深、拓宽基础
工程结构可靠度分析是一门年轻的学科，它是由多学科交叉形成的新兴学科。它不仅涉及固体力学、流体力学、断裂力学、结构力学、弹性力学、岩石力学、土力学、概率与统计、随机过程、随机场、计算数学、优化方法、非线性理论等大量数学、力学知识，还涉及工程地质、工程结构、建筑材料、工程荷载、系统论、控制论等大量工程设计与控制方面的知识。为了推动工程结构可靠度分析这一学科的深入发展，迫切需要加深和拓宽这一学科基础理论方面的学习和研究，为此，本书在第2章、第3章增加（或加深）了关于随机向量、随机过程和随机场的论述，揭示了它们的区别和联系，并结合实际介绍了它们的工程应用。
2.通用性、实用性兼顾
由于结构可靠性分析是几个工程领域的基础学科，在撰写时加强了基本概念、基本理论和基本方法的阐述，以增加本书的通用性。同时，结构可靠性分析又是一门应用性很强的工程学科，它具有明确的应用领域，即工程结构的可靠度分析。为了突出本书的实用性，增加或加强了以下两方面的内容：一是在介绍基本方法的基础上，给出了大量的工程算例，其中包括梁、柱、刚架、桁架、挡土墙、重力坝和拱坝等；二是在阐述平面和空间随机有限元法的基础上，详细介绍了随机有限元的程序设计，并给出了完整的源程序和使用说明，供读者学习和使用。
3.充实内容、理顺体系
本书第2章至第5章为结构可靠性分析的基本内容，按照先阐述基本概念、基本理论和基本方法，然后介绍工程应用的次序编写；在此基础上，第6章依次介绍结构体系可靠度的概念和计算模型，静定与超静定结构体系可靠度计算方法，杆件与杆系结构体系可靠度分析实例等；第7章至第9章介绍结构可靠度分析的随机有限元法，在内容编排上，先介绍几种常用的随机有限元方法，然后由浅入深地介绍平面和空间问题的程序设计，给出了平面随机有限元可靠度分析程序及使用说明，并附有若干工程实例的计算和分析；为了突出结构可靠度分析理论和随机有限元法的工程应用，第10章介绍了结构可靠度分析领域的若干研究专题，供读者学习、研究时参考。
4.融入现代、趋向前沿
随着现代科学技术的发展，各工程应用领域不断提出新问题、新要求，促使结构可靠度分析以及相关学科的研究不断发展。因此，本书特别注重将现代科学知识融入到结构可靠性分析的前沿研究中，并通过“结构可靠度分析专题”介绍学术前沿的研究领域，给读者以启迪和思考。
本书的部分内容反映了在承担国家自然科学基金重大项目和国家“八五”、“九五”科技攻关课题研究中获得的新成果。本书的出版得到国家重点学科“河海大学工程力学学科”建设基金的大力支持，作者在此致以深切的谢意。
限于作者水平，书中难免有疏漏与不妥之处，敬请读者批评指正。

武清玺
2013年12月于南京