試論結(jié)構(gòu)可靠度在土木工程中的應(yīng)用

袁丕果

（邵陽學院　422000）

試論結(jié)構(gòu)可靠度在土木工程中的應(yīng)用

袁丕果

（邵陽學院422000）

由于社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展日新月異、突飛猛進，人們對土木工程項目的要求已不僅僅局限于安全性，工程結(jié)構(gòu)也隨之日益繁雜。那么設(shè)計人員要面臨的挑戰(zhàn)便是如何應(yīng)對復雜的結(jié)構(gòu)并能保證其安全性和可靠性。在土木工程設(shè)計和施工中最基本的是要確保結(jié)構(gòu)的安全可靠，并能夠?qū)ν话l(fā)情況進行推測和預防。作者首先闡明了我國在工程可靠度方面的理論發(fā)展狀況，并由此引出了兩種理念來闡釋可靠度理論：①一次二階矩中心點法；②Monte-Carlo法。期望能夠?qū)崿F(xiàn)在結(jié)構(gòu)中各種可變性對結(jié)構(gòu)的不良作用，并有利于社會經(jīng)濟的發(fā)展。

工程結(jié)構(gòu)；可靠度；土木工程

基于作者對目前工程建筑過程中對可靠性的理解和研究，總結(jié)出其主要有以下幾個特征∶①結(jié)構(gòu)可靠即安全；③適應(yīng)性及應(yīng)用性良好；③工程結(jié)構(gòu)的耐久性十分出眾。這三個特征相互依存，聯(lián)系密切，缺一不可，共同構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的可靠度，并為工程建設(shè)各自貢獻力量，為理論基礎(chǔ)鋪平道路。本文將聚焦工程項目中可靠度的應(yīng)用情況及方法。

1　工程結(jié)構(gòu)可靠性的不確定性因素分析

不確定性因素并不罕見，時刻在工程的各個階段影響著結(jié)構(gòu)可靠度，由此可能對工程質(zhì)量和安全產(chǎn)生深遠影響，例如應(yīng)用性、安全性和耐久性。在以下篇幅中，作者將深刻剖析工程結(jié)構(gòu)的可靠度，主要從事物的缺陷、模糊和隨機來逐一分析。

1.1事物的缺陷性

宇宙中繽紛多彩的要素建構(gòu)了多種多樣的事物，這些要素相互依賴、相互依存，共同形成了和諧共生、欣欣向榮的統(tǒng)一體。在工程實施過程中，設(shè)計人員需要提前對各種事物了如指掌，事無巨細，并通過分類事物來進行管理，將事物劃分成三類，分別是灰色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)、白色系統(tǒng)。其中，灰色系統(tǒng)常用來分析可靠度。

1.2事物的模糊性

設(shè)計人員在工作過程中，可能會經(jīng)常遇到對某一事物的屬性以及涵義不能完全確定，這種情況主要是由于事物的模糊性造成的。針對這一特性，設(shè)計人員需要運用模糊數(shù)學來應(yīng)對和處理。

1.3事物的隨機性

事物的發(fā)生和發(fā)展都是有條件的，如果某些條件不夠充分，便會造成原因和結(jié)果的關(guān)系無法聯(lián)接。因此，事物的發(fā)展過程中會出現(xiàn)顯而易見的可變性，即隨機性。

2　土木工程結(jié)構(gòu)可靠度求解所運用的基本理論與方法

2.1一次二階矩中心點法

一次二階矩中心點法是設(shè)計人員求解可靠度問題行之有效的方法和途徑。在利用該方法求解可靠度時，由于基本變量的概率尚無法清楚得知，設(shè)計人員采用均值（一階原點矩）和標準差（二階中心矩）的數(shù)學模型去分析可靠度。由于功能函數(shù)Z=g（X1，X2，…，Xn）不是線性函數(shù)，在這種情況下很難求解平均值和標準差，設(shè)計人員需要將其線性化，然后求解，這便是可靠度求解的過程。這種方法的優(yōu)點是精確度和計算效率較高，可以清晰明了地展示出可靠度β和其他參數(shù)之間的關(guān)系。此外，隨著β值減小，得出的Pf值無法精準地對功能函數(shù)所得的概率分布類型進行定位。

2.2 Monte-Carlo法

Monte-Carlo法，即隨機抽樣技術(shù)，顧名思義，是一種通過隨機抽樣的方式來求解某隨即事件發(fā)生概率的數(shù)值方法。在實際操作中應(yīng)用蒙特卡羅方法主要進行兩種工作∶在模仿某一過程時，利用該方法得出隨機變量來分析各種概率分布；統(tǒng)計方法發(fā)揮效力，將函數(shù)模型的數(shù)字特征估算出來，從而得到可靠度的數(shù)值。因此，設(shè)計人員用這種方法來求解可靠度是十分有效的。從概率論的角度來理解，某事件A的發(fā)生概率是通過某種“實驗”的方法，得出其頻率，當頻率出現(xiàn)的次數(shù)夠多時，便認為該頻率為此事件A的發(fā)生概率。同類分析，在分析可靠度時，要先進行抽樣研究，然后利用Monte-Carlo法進行估值，求解得出可靠度。其主要的計算步驟為∶

（1）設(shè)計人員首先要確定該工程項目中的隨機變量、概率密度函數(shù)以及功能函數(shù)。

（2）通過計算得出各隨機變量對應(yīng)的分位值，可以采用隨機抽樣方法。

（3）設(shè)計人員將各數(shù)值帶入到功能函數(shù)并以此計算出結(jié)果。

（4）設(shè)計人員需要計算出分位值以及與其所對應(yīng)的功能函數(shù)值。

由此得知，當隨即抽樣數(shù)值趨于無窮時，根據(jù)隨機變量服從大數(shù)定律及正態(tài)隨機變量的特性，設(shè)計人員可以得出失效概率和可靠度。至此我們可以得出其與判別函數(shù)及變量類型沒有關(guān)系，不論是何種情況（包括狀態(tài)函數(shù)線性與否、隨機變量正態(tài)與否），可靠度指標僅在于模擬的次數(shù)是否做夠多。

3　結(jié)語

在土木工程設(shè)計和施工中結(jié)構(gòu)的可靠度至關(guān)重要，尤其是對于解決設(shè)計和施工過程中不確定因素引起的問題極為關(guān)鍵。于此同時，對其研究將是一項長期復雜而又任務(wù)艱巨的工作，設(shè)計人員要不間斷地積累，上下探索。設(shè)計人員只有將理論與實際相結(jié)合，將知識應(yīng)用于實際操作中，不斷更新知識體系，才能創(chuàng)造出更多科學合理、可靠度高的工程結(jié)構(gòu)。

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[2]彭立鋒，蘇國韶.基于高斯過程分類與蒙特卡洛模擬的巖土工程結(jié)構(gòu)可靠度分析方法[J].科學技術(shù)與工程，2013（07）.

[3]劉玉凱.分析當代土木工程的特點以及未來的發(fā)展趨勢[J].江西建材，2015（01）.

TU311.2

A

1673-0038（2015）11-0068-02

∶2015-2-25

∶袁丕果（1992-），男，漢族，湖南岳陽人，本科。