工程结构可靠性设计方法用可靠度或可靠指标描述工程结构的安全性、适用性和耐久性，用可靠指标或基于可靠指标的分项系数设计表达式对结构进行设计。目前工程结构可靠性已形成一套完整的理论并在世界各国的土木工程结构设计规范中得到应用。本书主要从概率的角度论述结构的设计原理，目的是使读者了解工程结构设计中的不确定性问题，以及近年来用概率方法解决这些问题取得的成果和在设计规范中的应用。本书主要内容包括绪论、结构可靠性的基本概念和原理、结构可靠度的计算、结构上的作用和作用效应、结构抗力和岩土性能、结构可靠度分析和校准、结构概率极限状态设计、结构整体稳固性与抗连续倒塌设计及既有结构可靠性评估。针对国内外工程结构设计理论的发展，本书介绍了国际标准《结构可靠性总原则》（ISO 2394），欧洲规范《结构设计基础》（EN 1990），美国标准《建筑及其他结构*小设计荷载》（ASCE 7）、《建筑规范对结构混凝土的要求》（ACI 318）等国际和国外标准，以及我国《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153）和新修订的建筑、港口、水利水电、公路、铁路工程设计统一标准的内容。本书编写了较多的例题，以便读者理解和掌握相关知识。附录A给出了有关结构可靠性的一些中英文名词对照，附录B简要描述了概率论与数理统计的基本概念。
本书可作为高等学校土木、水利、交通、海洋等工程专业研究生相关课程的教材或教学参考书，也可供从事工程结构可靠性研究、工程结构设计和施工的科技人员学习参考。

辩证唯物主义告诉我们，世界是物质的，物质是变化的，变化是有规律的。自古以来，人类不断地对世界进行探索和研究，就是为了寻找和认识客观世界发展、变化的规律，利用这些规律来改造世界，改善人类生存的条件，提高人们的生活水平，为人类造福。随着研究范围的不断扩大，将掌握的规律归类并转化为知识，就形成了今天的学科、领域和行业门类。在对客观世界进行研究和探索的过程中，人们也观察和意识到，规律是确定的，但相同条件下得到的结果未必是确定的，这是因为事物发展的初始条件并不完全充分，事物发展过程中也会存在多种不能明确和控制的因素，这些因素的干扰使得终结果呈现不确定性。因此，规律是由客观世界或事物的内在发展机制决定的，而处在复杂环境中的事物的外在表现是多种多样的，也就是说，在一定的阶段和条件下，规律是确定性的，而结果应从统计上来认识。
具体到我们人类建造的各种土木工程设施也是如此。工程设施主要承受其自重及使用中的各种作用，力学是各种工程设施设计和建造的基石，而对其中各种不确定性的把握和应用概率、统计理论进行分析是其安全性的保证。从土木工程的发展历史来看，力学理论的应用要比概率、统计理论的应用发展得早、发展得快，这是因为土木工程设计问题就是求解力学问题的过程，一些力学理论和方法也是因土木工程设计的客观需求而很早就发展了起来的；而概率和统计理论的建立要晚于力学的发展，除了简单用来分析材料的性能外，概率和统计理论并不能像力学那样直接用于描述和分析土木工程设施的安全性，需要将概率和统计理论作为基本工具，结合力学方法对工程设施的安全问题进行专门研究。所以，历史上土木工程设施设计方法的发展是沿着力学方法和概率方法应用两条路径发展的，大致对应关系为：容许应力法定值设计法（按经验确定的），破损阶段设计法（一个极限状态）部分概率设计法（材料强度取值采用了概率法，荷载取值和安全系数仍是按经验确定的），极限状态设计法（多个极限状态）部分概率法，极限状态设计法近似概率法或概率极限状态设计法（材料强度和荷载取值均采用概率方法，可靠度采用可靠指标描述）。我国目前采用的结构设计方法是概率极限状态设计法，对于这种设计方法，虽然并不直接采用可靠指标进行计算，但分项系数是以可靠指标为基础确定的。概率极限状态设计法也称为以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法。
从20世纪70年代起，结构可靠性理论在结构设计规范中得到应用，目前概率极限状态设计方法已经成为国际上大部分国家结构设计的主流方法。具有科学性、先进性和引领性的国际标准《结构可靠性总原则》（ISO 2394）自1973年版到现在已经颁布了4版，2002年颁布的欧洲规范《结构设计基础》（EN 1990）规定了系列欧洲规范设计的基本原则和概率基础，我国《工程结构可靠性设计统一标准》自1992年颁布以来于2008年完成了次修订，《建筑结构可靠性设计统一标准》自1984年颁布以来已分别于2001年和2018年进行了两次修订，港口工程、水利水电工程、铁路工程和公路工程结构的可靠性设计统一标准也在版颁布后分别进行了一次修订。另外、我国核电、风电、电网等行业也基于可靠性理论编制和修订了其行业工程结构的设计标准和规范。
结构可靠性设计理论和方法在世界范围内得到认可并被广泛采用，是因其合理性、先进性，是科学技术发展的必然结果，体现了行业技术进步，这主要反映在如下几个方面。
1）结构可靠性理论在一定程度上反映了结构建造、使用过程中存在的随机不确定性。不确定性是自然界和社会中存在的客观现象，结构设计方法的发展，一条路径就是按照概率和统计理论的应用进行的。容许应力法、安全系数法中的安全系数尽管是用来考虑结构建造、使用过程中存在的各种不确定性的，但由于科技发展的局限性，当时尚不能通过概率和统计理论来分析，而是完全凭经验确定的；结构可靠性设计理论则不同，次近似用概率度量结构的可靠度，用可靠指标体现结构的可靠度水平，建立了分项系数与可靠指标的关系，实现了结构设计由确定性方法向不确定性方法的重大跨越。尽管目前的结构可靠性理论仍不是很完善，但是结构设计方法前进的一大步，按照赵国藩院士的说法，可靠度方法如同一杆秤，虽然还不是很精确，但总是要比没有这样一杆秤好。
2）结构可靠性理论为结构设计提供了合理的分项系数设计表达式。容许应力设计法和单一安全系数设计法直接将同时出现的各种荷载的效应叠加在一起进行设计，不区分各荷载随机变异性的大小，这将导致所设计的结构在不需要使用很多材料之处使用了很多的材料，而在需要较多材料之处材料用量又不足，结构各构件或部件的可靠度非常不一致。概率极限状态设计方法首先按照结构作用组合原理确定了符合结构荷载组合规则的分项系数设计表达式，表达式中的各分项系数与作用、材料的概率特性和设计采用的目标可靠指标相联系，不仅概念明确，而且合理。
3）以结构可靠性理论为基础构建了结构设计理论的完整体系。结构可靠性理论解决的主要问题是设计中如何考虑结构建造和使用中的各种

前言
第1章绪论1
1.1土木工程是人类文明的起源1
1.2近代土木工程的发展2
1.3土木工程与力学的发展5
1.4土木工程结构设计方法的发展7
1.4.1几何学设计法7
1.4.2容许应力设计法8
1.4.3破损阶段设计法9
1.4.4极限状态设计法11
1.4.5概率极限状态设计法13
1.5工程标准与规范22
1.5.1工程标准和规范的定义22
1.5.2工程标准和规范的作用23
1.5.3工程标准和规范的发展历史24
1.6国外一些标准机构及标准、规范介绍25
1.6.1国际标准化组织与国际标准ISO 239425
1.6.2国际结构安全度联合委员会与《概率模式规范》26
1.6.3国际电工委员会与风电设计标准27
1.6.4欧洲标准化委员会与欧洲规范27
1.6.5美国《建筑及其他结构小设计荷载》（ASCE 7）30
1.6.6美国《建筑规范对结构混凝土的要求》（ACI 318）31
1.6.7美国《荷载与抗力系数桥梁设计规范》（AASHTO LRFD）32
1.7基于性能的设计方法32
1.7.1欧洲的情况34
1.7.2美国的情况35
1.7.3日本的情况35
1.8土木工程结构的特点38
1.9本书主要内容39
第2章结构可靠性的基本概念和原理41
2.1结构分析中的不确定性41
2.1.1随机性41
2.1.2模糊性43
2.1.3认知不确定性44
2.2结构设计中的变量45
2.3结构的功能要求47
2.4结构极限状态和设计状况53
2.4.1极限状态的概念53
2.4.2承载能力极限状态53
2.4.3正常使用极限状态63
2.4.4条件极限状态66
2.4.5设计状况67
2.5结构极限状态方程69
2.6结构可靠性和可靠度75
2.6.1结构可靠性75
2.6.2结构可靠度76
2.6.3结构可靠指标80
2.7结构安全等级82
2.8结构可靠性设计中的时间概念84
2.9结构可靠性管理85
2.9.1结构失效事件的调查和原因分析85
2.9.2可靠性管理88
第3章结构可靠度的计算92
3.1中心点法92
3.2验算点法96
3.2.1随机变量服从正态分布的情形97
3.2.2随机变量不服从正态分布的情形107
3.2.3已知可靠指标求抗力平均值118
3.3随机变量相关时可靠指标的计算120
3.3.1随机变量服从正态分布、功能函数为线性函数的情况120
3.3.2一般情况122
3.4蒙特卡洛模拟方法124
3.4.1一般抽样方法125
3.4.2重要抽样方法128
第4章结构上的作用和作用效应133
4.1作用的概念和分类133
4.1.1作用的概念133
4.1.2作用的分类134
4.2作用的概率模型及统计分析138
4.2.1永久作用138
4.2.2可变作用140
4.2.3偶然作用163
4.2.4地震作用167
4.3作用代表值170
4.3.1永久作用170
4.3.2可变作用171
4.3.3偶然作用183
4.3.4地震作用186
4.4作用效应187
4.4.1作用效应的概念187
4.4.2结构分析187
4.4.3作用效应的统计分析192
4.5作用组合与作用效应组合194
4.5.1作用组合与作用效应组合的
概念和基本原理194
4.5.2FBC组合规则196
4.5.3Turkstra组合规则197
4.5.4作用效应组合的实用表达式199
4.5.5荷载工况和内力组合200
第5章结构抗力和岩土性能202
5.1抗力的概念202
5.1.1承载能力极限状态202
5.1.2正常使用极限状态203
5.2结构构件抗力的统计分析方法204
5.2.1解析分析方法204
5.2.2蒙特卡洛模拟方法206
5.3影响结构构件抗力的不确定性因素207
5.3.1材料性能的不确定性208
5.3.2几何参数的不确定性213
5.3.3计算模式的不确定性215
5.4结构构件抗力的统计参数和概率分布217
5.4.1单一材料组成的结构构件217
5.4.2复合材料组成的结构构件218
5.4.3结构构件抗力的概率分布221
5.5钢构件、细节或连接件和钢筋的疲劳性能222
5.6岩土性能和抗力223
5.6.1岩土工程的特点224
5.6.2岩土性能的不确定性224
5.6.3一些岩土性能指标的统计特性和标准值227
5.6.4打入桩单桩竖向承载力的统计特性230
第6章结构可靠度分析和校准233
6.1结构构件可靠度分析233
6.1.1结构构件功能函数233
6.1.2作用效应、抗力统计参数和概率分布234
6.1.3可靠指标计算234
6.2重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠度
分析245
6.2.1抗滑、抗倾稳定性的功能函数246
6.2.2随机变量统计参数和概率分布247
6.2.3可靠指标计算247
6.3结构构件可靠度校准250
6.3.1结构构件可靠度校准方法250
6.3.2结构设计规范可靠度校准结果252
6.3.3海上风电机组单钢管桩基础局部
稳定性可靠度校准259
6.4重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠度校准264
第7章结构概率极限状态设计267
7.1结构风险和安全水平267
7.1.1经济发展对结构安全水平的影响267
7.1.2风险及可接受的水平270
7.1.3基于风险和生命价值优化的安全准则273
7.2规范和标准中的目标可靠指标275
7.2.1我国各结构可靠性设计统一标准276
7.2.2国际标准《结构可靠性总原则》（ISO 2394：1998）277
7.2.3国际安全度联合委员会《概率模式规范》（2001）278
7.2.4欧洲规范《结构设计基础》（EN 1990:2002）279
7.2.5美国标准《建筑及其他结构小设计荷载》（ASCE 710）280
7.2.6美国标准《荷载与抗力系数桥梁设计规范》（AASHTO LRFD：2012）280
7.2.7日本《港口设施技术标准与解说》（2007）280
7.3结构可靠度设计方法281
7.4分项系数设计方法285
7.4.1分项系数设计方法的概念285
7.4.2设计表达式和变量设计值287