中华人民共和国国家标准
水利水电工程结构可靠性设计统一标准
Unified standard for reliability design of hydraulic engineering structures
GB 50199-2013
主编部门：中国电力企业联合会
批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期：2014年5月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第136号
住房城乡建设部关于发布国家标准《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》的公告
现批准《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》为国家标准，编号为GB 50199-2013，自2014年5月1日起实施。其中，第3.2.1、3.3.1条为强制性条文，必须严格执行。原《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》GB 50199-94同时废止。
本标准由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2013年9月6日
前言
本标准是根据住房城乡建设部《2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)》(建标[2008]第105号)要求，由水电水利规划设计总院会同有关单位共同修订而成。
本标准编制过程中，编制组进行了深入调查研究，认真总结了实践经验，并广泛征求了有关方面的意见，最后经审查定稿。
本标准共分9章和7个附录，主要内容包括总则、术语和符号、基本规定、极限状态设计原则、结构上的作用和环境影响、材料和岩土性能及几何参数、结构分析和试验辅助设计、分项系数概率极限状态设计方法、可靠性管理等。
本标准修订的主要内容包括：
(1)对结构设计方法，在原标准规定的以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法基础上，增加了在缺乏统计资料时，结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可以采用容许应力法或单一安全系数法等进行设计的规定。
(2)增加了设计使用年限和耐久性的规定。
(3)增加了水工结构设计时应考虑环境影响的规定。
(4)增加了水工结构构件承载能力极限状态持久设计状况目标可靠指标βt限值的规定。
(5)在可变作用标准值的确定原则中，增加了由重现期来表达的方法。
(6)增加了结构分析中试验辅助设计的规定。
(7)增加了既有结构可靠性评定的规定。
(8)增加了术语一节。
(9)增加了基于可靠指标的设计的规定。
(10)取消了原标准正常使用极限状态作用效应短期组合和长期组合验算的规定，将正常使用极限状态作用组合修订为按作用的标准组合或标准组合并考虑长期作用的影响。
(11)删除了地震作用作为可变作用的分类，将地震作用仅按偶然作用考虑。
(12)删除了在作用效应基本组合中，对概率极限状态设计，一个主要可变作用可采用设计基准期的概率分布模型及其参数，其他可变作用应采用年(或时段)的概率分布模型及其参数的规定。
(13)删除了原标准中的“质量控制”一章。
(14)删除了原标准中的“附录A 水工建筑物级别”。
本标准中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
本标准由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国电力企业联合会负责日常管理，由水电水利规划设计总院负责具体技术内容的解释。本标准在执行过程中如有修改和补充之处，请将有关意见和建议反馈给水电水利规划设计总院(地址：北京市德外六铺炕北小街2号，邮政编码：100120)，以供今后修订时参考。
本标准主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：
主编单位：水电水利规划设计总院
参编单位：中国水电顾问集团中南勘测设计研究院
主要起草人：党林才 冯树荣 李佛炎 李光顺 肖峰 周跃飞
主要审查人：王柏乐 艾永平 陈厚群 许松林 汪毅 严军 楚跃先 周厚贵 史志华 金峰 侯建国 李德玉 吕明治 徐建强 魏坚政 饶宏玲
1 总 则
1.0.1 为统一水利水电工程结构可靠性设计的基本原则和设计标准，使水工结构设计符合安全适用、经济合理、技术先进的要求，制定本标准。
1.0.2 本标准适用于各类水工建筑物整体结构、结构构件以及地基基础的设计，也适用于施工阶段和使用阶段的结构设计及既有结构的可靠性评定。
1.0.3 水工结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法。当缺乏统计资料时，结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力法或单一安全系数法等方法进行。
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1.0.4 各类水工结构设计规范应共同遵守本标准规定的基本准则，并对计算分析、细部构造设计、材料性能、施工质量、运行条件及维护等提出相应的规定。
1.0.5 水利水电工程结构可靠性设计，除应执行本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
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2.1 术 语
2.1.1 水工结构 hydro-structure
为防治水患、开发水利，实现水利、水电、港口、航道等工程目标而修建的直接或间接承受水作用的各种水工建筑物(hydraulic structure)以及组成这些建筑物的具有一定强度和刚度并有机组合在一起的各连续部件，统称为水工结构，或简称结构。
2.1.2 结构体系 structural system
结构中的所有承载构件及其共同工作的方式。
2.1.3 结构构件 structural member
结构在物理上可以区分出的部件。
2.1.4 结构模型 structural model
用于结构分析、设计等的理想化的结构体系。
2.1.5 设计使用年限 design working life
设计规定的结构能发挥预定功能或仅需局部修复即可按预定功能使用的年限。
2.1.6 设计状况 design situations
代表一定时段内结构体系、承受的作用、材料性能等实际情况的一组设计条件，在该条件下结构不超越有关的极限状态。
2.1.7 持久设计状况 persistent design situation
在结构使用过程中一定出现，且持续期很长的设计状况，其持续期一般与设计使用年限属同一数量级。
2.1.8 短暂设计状况 transient design situation
在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，其持续期很短的设计状况。
2.1.9 偶然设计状况 accidental design situation
在结构使用过程中出现概率很小，且持续时间很短的设计状况。
2.1.10 极限状态 limit states
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。
2.1.11 承载能力极限状态 ultimate limit states
对应于结构达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态。
2.1.12 正常使用极限状态 serviceability limit states
对应于结构达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
2.1.13 抗力 resistance
结构承受作用效应的能力。
2.1.14 可靠性 reliability
结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。
2.1.15 可靠度 degree of reliability
结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
2.1.16 失效概率 probability of failure
结构不能完成预定功能的概率。
2.1.17 可靠指标 reliability index
度量结构可靠度的数值指标。
2.1.18 基本变量 basic variable
代表物理量的一组规定的变量，用于表示作用和环境影响、材料和岩土的性能以及几何参数的特征。
2.1.19 功能函数 performance function
关于基本变量的函数，该函数表征一种结构功能。
2.1.20 概率分布 probability distribution
随机变量取值的统计规律，一般采用概率密度函数或概率分布函数表示。
2.1.21 统计参数 statistical parameter
在概率分布中用来表示随机变量取值的平均水平和离散程度等的数字特征。
2.1.22 分位值 fractile
与随机变量概率分布函数的某一概率相应的值。
2.1.23 名义值 nominal value
用非统计方法确定的值。
2.1.24 极限状态法 limit state method
不使结构超越某种规定的极限状态的设计方法。
2.1.25 概率极限状态法 probability-based limit state method
结构设计时，直接以影响结构可靠度的基本变量作为随机变量，根据结构的极限状态方程计算结构的失效概率或可靠指标的方法；或者以允许失效概率或目标可靠指标为基础，建立结构可靠度与极限状态方程之间的数学关系，将结构的极限状态方程转化为基本变量标准值(或代表值)和相应的分项系数形式表达的极限状态设计表达式进行设计的方法。
2.1.26 容许应力法 permissible(allowable)stress method
使结构或地基在作用标准值下产生的应力不超过规定的容许应力(材料或岩土强度标准值除以某一安全系数)的设计方法。
2.1.27 单一安全系数法 single safety factor method
使结构或地基的抗力标准值与作用标准值的效应之比不低于某一规定安全系数的设计方法。
2.1.28 作用 action
施加在结构上的集中力或分布力(直接作用，也称为荷载)和引起结构外加变形或约束变形的原因(间接作用)。
2.1.29 作用效应 effect of action
由作用引起的结构的反应，包括内力、变形和应力等。
2.1.30 单个作用 single action
可认为与结构上的任何其他作用之间在时间和空间上为统计独立的作用。
2.1.31 永久作用 permanent action
在设计所考虑的时期内始终存在且其量值变化与平均值相比可以忽略不计的作用，或其变化是单调的并趋于某个限值的作用。
2.1.32 可变作用 variable action
在设计使用年限内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的作用。
2.1.33 偶然作用 accidental action
在设计使用年限内不一定出现，而一旦出现其量值很大，且持续时间很短的作用。
2.1.34 地震作用 seismic action
地震对结构所产生的作用。
2.1.35 土工作用 geotechnical action
由岩土、填方或地下水传递到结构上的作用。
2.1.36 固定作用 fixed action
在结构上具有固定空间分布的作用，但其数值可能是随机的。当固定作用在结构某一点上的大小和方向确定后，该作用在整个结构上的作用即得以确定。
2.1.37 自由作用 free action
在结构上给定的范围内具有任意空间分布的作用。
2.1.38 静态作用 static action
使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。
2.1.39 动态作用 dynamic action
使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。
2.1.40 有界作用 bounded action
具有不能被超越的且可确切或近似掌握其界限值的作用。
2.1.41 无界作用 unbounded action
没有明确界限值的作用。
2.1.42 设计基准期 design reference period
为确定可变作用等的取值而选用的时间参数。
2.1.43 作用的标准值 characteristic value of an action
作用的主要代表值，可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。
2.1.44 作用的设计值 design value of an action
作用标准值与作用分项系数的乘积。
2.1.45 作用(荷载)组合 combination of actions(loads)
在不同作用的同时影响下，为验证某一极限状态的结构可靠度而采用的一组作用的组合。
2.1.46 基本组合 fundamental combination
按承载能力极限状态设计时，持久设计状况或短暂设计状况下，永久作用与可变作用的组合。当作用与作用效应之间按线性关系考虑时，作用基本组合的效应设计值即为各作用设计值效应的组合。
2.1.47 偶然组合 accidental combination
按承载能力极限状态设计时，永久作用、可变作用与一种偶然作用的组合。当作用与作用效应之间按线性关系考虑时，作用偶然组合的效应设计值即为各作用设计值效应的组合。
2.1.48 标准组合 characteristic combination
按正常使用极限状态设计时，对永久作用、可变作用均采用标准值为作用代表值的组合。
2.1.49 环境影响 environmental influence
环境对结构产生的各种力学的、物理的、化学的或生物的不利影响。环境影响会引起结构材料性能的劣化，降低结构的安全性或适用性，影响结构的耐久性。
2.1.50 材料性能的标准值 characteristic value of a material property
符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值或材料性能的名义值。
2.1.51 材料性能的设计值 design value of a material prop-erty
材料性能的标准值除以材料性能分项系数所得的值。
2.1.52 几何参数的标准值 characteristic value of a geomet-rical parameter
设计规定的几何参数公称值或几何参数概率分布的某一分位值。
2.1.53 结构分析 structural analysis
确定结构上作用效应的过程。
2.1.54 线弹性分析 linear-elastic analysis
基于线性应力-应变或弯矩-曲率关系，采用弹性理论分析方法对结构几何形体进行的结构分析。
2.1.55 非线性分析 non-linear analysis
基于材料非线性变形特性对结构的几何形体进行的结构分析。
2.1.56 既有结构 existing structure
已经存在的各类工程结构。
2.1.57 评估使用年限 assessed working life
可靠性评定所预估的既有结构在规定条件下的使用年限。
2.1.58 荷载检验 load testing
通过施加荷载评定结构的性能或预测其承载力的试验。
2.2 符 号
2.2.1 结构可靠度
T——结构的设计基准期；
R——结构的抗力；
S——结构的作用效应；
Z——结构的功能函数；
μR——抗力的平均值；
σR——抗力的标准差；
δR——抗力的变异系数；
μS——作用效应的平均值；
σS——作用效应的标准差；
δS——作用效应的变异系数；
ps——结构的可靠概率；
pf——结构的失效概率；
β——结构的可靠指标；
βt——目标的可靠指标；
Ωi——第i种结构的权系数；
Xi——第i个随机变量(包括基本变量和附加变量)；
μXi——随机变量Xi的平均值；
σXi——随机变量Xi的标准差；
X*i——随机变量Xi的设计验算点；
μ′Xi——随机变量Xi的当量正态分布平均值；
σ′Xi——随机变量Xi的当量正态分布标准差；
ai——随机变量Xi的敏度系数。
2.2.2 作用和作用效应
F——作用；
G——永久作用；
Gk——永久作用的标准值；
Q——可变作用；
Qk——可变作用的标准值；
A——偶然作用；
Ak——偶然作用的代表值；
P——预应力作用的有关代表值；
Fk——作用的标准值；
Fd——作用的设计值；
μf——作用的平均值；
μG——永久作用的平均值；
μQ——可变作用的平均值；
σf——作用的标准差；
δf——作用的变异系数。
2.2.3 材料性能和几何参数
fk——材料性能的标准值；
fd——材料性能的设计值；
fc——结构中材料的性能值；
fs——试件中材料的性能值；
μm——材料性能的平均值；
δm——材料性能的标准差；
a——几何参数；
ak——几何参数的标准值；
μa——几何参数的平均值；
δa——几何参数的变异系数；
w0——反映结构材料性能与试件性能差别的影响系数。
2.2.4 分项系数和功能限值
γ0——结构的重要性系数；
ψ——设计状况系数；
γf——作用的分项系数；
γm——材料性能的分项系数；
γG——永久作用的分项系数；
γQ——可变作用的分项系数；
γp——预应力作用的分项系数；
γd——结构系数；
C——正常使用极限状态下结构的功能限值。
2.2.5 数学符号
Φ(·)——标准正态分布函数；
φ(·)——标准正态分布的概率密度函数；
Φ-1(·)——标准正态分布的反函数；
F(X)——随机变量X的概率分布函数；
F-1(X)——随机变量X的概率分布函数的反函数；
f(X)——随机变量X的概率密度函数；
E(X)——随机变量X的数学期望；
D(X)——随机变量X的方差；
exp(·)——指数函数；
S(·)——作用效应函数；
R(·)——结构抗力函数；
g(·)——结构功能函数。
3 基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 水工结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以安全且经济的方式满足规定的各项功能要求。
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3.1.2 水工结构在设计使用年限内应满足下列功能要求：
1 在正常施工和正常使用时，应能承受可能出现的各种作用。
2 在正常使用时，应具有设计规定的工作性能。
3 在正常维护下，应具有设计规定的耐久性。
4 在出现预定的偶然作用时，主体结构应能保持必需的稳定性。
▼ 展开条文说明
3.1.3 水工结构设计时，应避免结构出现损坏或少出现损坏，并应根据下列要求采取适当的措施：
1 应避免、消除或减少结构可能受到的危害。
2 应采用对可能受到的危害反应不敏感的结构类型。
3 应采用当结构出现可接受的局部损坏时结构的其他部分仍能保持安全可靠的结构类型。
4 不宜采用无破坏预兆的结构体系。
5 应使结构具有整体稳固性。
3.1.4 宜采取下列措施满足结构设计的基本要求：
1 宜采用适当的材料。
2 宜采用合理的设计和构造。
3 对结构的设计、制作、施工和使用(包括定期的检查、维护和维修)等宜制定相应的控制措施。
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3.2 结构安全级别和可靠度
3.2.1 水工建筑物设计时，应根据水工建筑物级别，采用不同的结构安全级别。水工建筑物结构安全级别的划分应符合表3.2.1的规定。（自2022年1月1日起废止该条,详见新规《工程结构通用规范》GB 55001-2021）
表3.2.1 水工建筑物结构安全级别
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3.2.2 结构及结构构件的安全级别，根据其在水工建筑物中的部位、本身破坏对水工建筑物安全影响，可比水工建筑物的结构安全级别降低一级，但不应低于Ⅲ级。地基的结构安全级别应与水工建筑物的结构安全级别相同。
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3.2.3 可靠度水平的设置应根据结构构件的安全级别、失效模式和经济因素等确定。对结构的安全性和适用性可采用不同的可靠度水平。
3.2.4 当有充分的统计数据时，结构构件的可靠度宜采用可靠指标β度量。结构构件设计时采用的可靠指标，可根据对现有结构构件的可靠度分析，并结合使用经验和经济因素等确定。
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