建筑物在遭受重大荷载或经多年使用导致材料劣化出现破损或破损隐患时,就需要正确的诊断评估他们的损伤状况和安全状况,以预测下一个目标使用年限内结构的可靠度,进而制定最优加固方案和维修策略。为此,本文提出了结构失效包络图的概念,并基于此从几何角度进行结构安全评估。该方法概念新颖、表达直观,具有针对结构安全状态可视化的优点。本文相关的研究工作主要包括以下方面:(1)在纯弯失效评估理论基础上提出了轴力、弯矩共同作用下各层次的失效包络图概念和整体安全性指标的概念,即:杆件截面失效包络图、失效准则,杆元失效包络图、失效准则及结构的失效包络图、失效接近度和安全余度;探讨杆元划分密度问题;并以三跨六层框架为例进行计算说明。(2)从能量角度计算各杆件的重要性系数。这部分是为计算结构整体失效接近度而进行的一项专题研究。通过拆除单个杆件引起的结构外力势能变化率的大小来确定杆件重要性的大小;探讨比例加载与非比例加载作用下杆件重要性系数有何差别;并计算一个三跨六层框架在不同荷载、梁柱不同线刚度比的几种组合情况下的杆件重要性系数值。(3)利用本文理论计算几种基本结构(梁、桁架及组合结构)在常用荷载下的失效包络图及整体失效接近度和安全余度。其中关于梁,分析对比静定、超静定及超静定次数增多时结构的安全状态;桁架对比三角屋架、梯形屋架不同结构形式在同等荷载下的安全状态;组合结构对比静定和超静定状态下的不同情况。(4)结构倒塌破坏顺序的研究。计算分析一个四跨三层框架结构在比例加载和非比例加载下的倒塌顺序。其计算分析方法是:给定荷载比例,增加加载幅度使结构出现第一个失效杆件,计算整体失效接近度;然后去除该杆件,继续增加加载幅度直至第二个或更多个杆件失效,再计算整体失效接近度值。如此重复直至整体失效接近度值等于1,结构完全倒塌破坏;记录这一过程中杆件依次失效的顺序,作为对结构倒塌破性状的一种描述。