工程結(jié)構(gòu)可靠度淺識

楊朝霞　張秀金

摘 要：隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，國內(nèi)各類工程建設(shè)事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展時期，無論是房屋、大廈還是橋梁、大壩，其結(jié)構(gòu)的安全性是工程設(shè)計也是建筑本身以及使用者關(guān)注的最重大的問題。結(jié)構(gòu)工程的建造耗資巨大，一旦失效不僅會造成結(jié)構(gòu)本身和人民生命財產(chǎn)的巨大損失，還往往會產(chǎn)生難以估量的次生災(zāi)害和附加損失。那么，對于工程結(jié)構(gòu)可靠度的了解、分析以及應(yīng)用顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：工程建設(shè)；結(jié)構(gòu)；可靠度；分析；應(yīng)用

1 引言

近幾年來，隨著結(jié)構(gòu)可靠性的基本概念的提出，隨著人們對工程中各種不確定性認(rèn)識的發(fā)展建立和逐步完善，結(jié)構(gòu)可靠性理論已經(jīng)有了長足的發(fā)展。工程實踐表明，目前工程結(jié)構(gòu)可靠性理論比較合理的考慮了工程結(jié)構(gòu)中存在的隨機性，并且將其表達成廣大工程技術(shù)人員易于接受的分項系數(shù)的形式，因而在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有越來越重要的地位。因此，結(jié)構(gòu)可靠性的分析方法及其在實際工程中的應(yīng)用對保證工程結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟性具有重要意義。

2 工程結(jié)構(gòu)安全性的應(yīng)用

工程結(jié)構(gòu)的安全性破壞給人類造成危害的案例屈指可數(shù)。眾所周知1959年法國Malpasset拱壩失事以及1963年意大利Vajont水庫巖坡的大規(guī)?；略斐傻膰?yán)重后果，讓我們至今都心有余悸。美國紐約大劇院施工過程中，當(dāng)正澆筑首層樓板混凝土?xí)r發(fā)生了倒塌事故，以及我國彩虹橋垮塌事件，其場面之危險讓人觸目驚心。

這些結(jié)構(gòu)破壞事件有發(fā)生在工程的施工期，也有發(fā)生在建筑的使用期和老化期。換句話說也就是工程的可靠性的研究貫穿于一個結(jié)構(gòu)工程的全部生命周期（施工期、試用期、老化期）之中。 然而，這三個時期之間不僅相互聯(lián)系，同時又各有特點?？偟膩碚f，施工建造期和老化期是結(jié)構(gòu)生命過程中相對風(fēng)險率較高的兩個階段，而在使用階段的主要風(fēng)險來自使用者的活動以及自然災(zāi)害的強烈作用等。結(jié)構(gòu)可靠性分析需要全面考慮各個階段，而不能只顧及某一個方面或某兩個方面。

3 結(jié)構(gòu)可靠度

3.1 定義

結(jié)構(gòu)可靠度是指，在規(guī)定的時間和條件下，工程結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率，是工程可靠性的概率度量。

3.2 衡量標(biāo)準(zhǔn)

工程結(jié)構(gòu)的可靠性，是指在規(guī)定的時間和條件下，工程結(jié)構(gòu)具有的滿足預(yù)期的安全性、實用性和耐久性等功能的能力。由于影響可靠性的各種因素存在著不定性，例如荷載、材料性能等的變異，計算模型的不完善，制作質(zhì)量的差異等，而且這些影響因素都是隨機的因而工程結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力只能用概率來度量。結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能的概率，稱為可靠概率；而結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，稱為失效概率。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的，就是力求最佳的經(jīng)濟效益，同時將失效概率限制在人們實踐所能接受的適當(dāng)程度上。失效概率越小，可靠度越大。顯然，失效概率與有效概率的和為1，而把可靠指標(biāo)作為度量結(jié)構(gòu)可靠性的一個指標(biāo)。

4 結(jié)構(gòu)可靠性研究方法簡述

結(jié)構(gòu)可靠度分析方法不僅僅是一個純粹的理論問題，更重要的是將其應(yīng)用于解決實際問題，將其切實可行的反應(yīng)在工程結(jié)構(gòu)的全部生命周期過程中，盡量避免或減小工程失事的發(fā)生。

結(jié)構(gòu)可靠度分析及其方法無疑是結(jié)構(gòu)可靠性理論的重點和難點。它是基于事物具有不確定性這樣一個基本觀點的，與不確定性處理有關(guān)的概率、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程和模糊數(shù)學(xué)等就成了構(gòu)成結(jié)構(gòu)可靠性理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

然而，在實踐中，由于各類實際問題的隨機性，僅用數(shù)學(xué)模式往往不能直接計算出可靠度指標(biāo)來解決實際問題。這就需要研究可靠度指標(biāo)的一些近似方法。目前常用已知功能函數(shù)的方法有二階矩法、四階矩法、漸進積分法和響應(yīng)面方法等多，以及針對隱式功能函數(shù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。具體方法的求解過程這里不再一一列舉分析。

5 結(jié)語

總之，國內(nèi)外已經(jīng)在結(jié)構(gòu)可靠度理論和應(yīng)用方面進行了大量研究，其成果在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中也得到了應(yīng)用。由于各種作用效應(yīng)的隨機組合問題和相互依存影響問題，可靠度的理論和方法均有待進一步研究。這就需要國內(nèi)外工程結(jié)構(gòu)的廣大設(shè)計者、施工者、維護人員和技術(shù)專家來共同研究并作出權(quán)威的工程決策。

參考文獻

[1]李清富，高健磊，樂金朝，李宗坤.工程結(jié)構(gòu)可靠性原理.黃河水利出版社.1990-02.

[2]趙國藩，貢金鑫，趙尚傳.工程結(jié)構(gòu)生命全過程可靠度.中國鐵道出版社.2004.

[3]張明.結(jié)構(gòu)可靠度分析---方法與程序.科學(xué)出版社.2009-01.

作者簡介

楊朝霞（1990-） ，女，漢族，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 水利水電工程專業(yè)。

張秀金（1992-） 女，漢族 ，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 環(huán)境工程專業(yè)。