淺議土木工程結(jié)構可靠性的研究進展

作者簡介：張麗蘭（1978.08-），女，吉林省松原市人，研究生學歷，講師，高級工程師，結(jié)構工程專業(yè)。

摘要：近些年來我國土木工程結(jié)構可靠性的研究取得了極大的進展，為我國土木工程的進一步發(fā)展做出了突出貢獻。但是土木工程結(jié)構可靠性水平仍然不高。本文系統(tǒng)的闡述了影響我國土木工程可靠性的諸多因素，并提出了切實的解決辦法，旨在進一步提高土木工程結(jié)構的可靠性，為我國土木工程的進一步發(fā)展提供一定的理論基礎。

關鍵詞：土木工程結(jié)構；可靠性；結(jié)構性

1.影響工程結(jié)構可靠性的因素

所謂的工程結(jié)構主要由相關材料構成的各種建筑物和構筑物。自從我國在建設結(jié)構設計的規(guī)范體系過程中將結(jié)構可靠性理論融入了進來之后，我國國內(nèi)開始先后展開了有關于結(jié)構可靠性的研究，并取得了極大的進展，促進了我國結(jié)構工程的進一步發(fā)展。在土木工程的施工過程中，影響其結(jié)構可靠性的因素有很多，具體來說，主要包括以下幾個方面：

首先，在工程施工的全過程中事故的發(fā)生具有隨機性的特點。眾所周知，并不是所有的事故都有與之相對應的原因存在，也就是說，事故的發(fā)生以及原因有的時候未必存在必然的因果關系，這就在一定程度上加大了工程施工事件發(fā)生的不確定性，在工程的設計施工過程當中，我們很難充分預料到事件的發(fā)生，如果從數(shù)學理論上來看事物發(fā)展的不確定性，我們可以將其視為隨機性，想要研究是事物的隨機性我們可以通過一定的數(shù)學方法來解決，通用的數(shù)學方法有概率論、隨機過程和數(shù)理統(tǒng)計。[1]

其次，工程結(jié)構的模糊性也是影響工程結(jié)構可靠性的因素之一。對于客觀事物人們總是很難進行客觀的、準確的認識，造成這種現(xiàn)象的原因主要包括兩個方面，一方面是客觀事物因果關系隨機性，另一方面是客觀事物摸棱兩可的模糊因素。隨著相關研究的不斷深入，模糊集合論創(chuàng)立，以往我們也是按照隨機性來對待事物的不定性習慣，將模糊性引進來后，以概率度量的結(jié)構可靠性將改為模糊概率來度量。

最后，影響土木工程結(jié)構可靠性的因素還包括工程結(jié)構理論的不完善性。工程結(jié)構理論并不是一個單一理論，它是有諸多理論相互聯(lián)系、相互作用而逐步產(chǎn)生的具有特定功能的有機整體。[2]在描述掌握事物知識完善程度的過程中，人們通常用顏色來進行，一般情況下，會將其分為三類，這三類分別是白色系統(tǒng)，黑色系統(tǒng)以及灰色系統(tǒng)，現(xiàn)階段我們還沒有形成成熟的數(shù)學方法來處理知識的不完善性。在工程施工建設過程中，僅僅通過那些具有豐富經(jīng)驗的工程專家通過引入經(jīng)驗參數(shù)的形式對工程結(jié)構的不確定性進行評估。

2.工程結(jié)構的設計標準研究

國際上的結(jié)構可靠性基本理論研究起始于20世紀20年代，隨著研究水平的提高，逐步擴展到了結(jié)構分析和設計的諸多方面，我國也不例外，我國將大量的研究成果應用在的結(jié)構設計規(guī)范當中，取得了很好的效果。不僅如此，我國還進一步加大了對工程可靠性的研究，并作了大量的資料搜集以及數(shù)據(jù)實測工作，在做上述工作的過程中，我國積累了大量的實踐經(jīng)驗，并逐步產(chǎn)生了基于隨機可靠性理論的我國土木建筑工程結(jié)構設計規(guī)范改革的標準，在這一標準的指導下，相關研究者還對土木工程的工程技術人員所使用的結(jié)構設計規(guī)范進行了大規(guī)模的修訂，從而極大地提高了我國結(jié)構設計規(guī)范的水平。

3.工程結(jié)構可靠性的一般理論研究

近些年來，我國進一步加大了對工程結(jié)構可靠性的研究力度，具體來說研究主要可以分為四個方面，四個方面分別是結(jié)構體系可靠性研究、結(jié)構抗震可靠性研究、巖石工程的可靠性研究以及結(jié)構疲勞可靠性研究。

首先，土木工程結(jié)構體系可靠性的研究。近些年來，在我國五大工程部門中結(jié)構可靠度理論得到了廣泛的應用，眾所周知，想要進一步提高結(jié)構體系的可靠度僅僅依靠局部原件對某種失效形態(tài)進行度量是難以取得較好的效果的。因此，從實際上來說，我國現(xiàn)行的設計規(guī)范中的土木工程結(jié)構的目標指標是針對土木工程結(jié)構的失效模式來實施的。全國工程結(jié)構基礎標準技術委員會為了能夠進一步提高設計規(guī)范的質(zhì)量水平，于1986年在制定的科研項目中給予了體系可靠度高度的重視，并將土木工程的結(jié)構體系的相關內(nèi)容的可靠度以課題的形式鼓勵相關研究者進行研究，這在一定程度上促進了我國土木工程結(jié)構體系可靠度理論的進一步發(fā)展。[3]

其次，土木工程結(jié)構抗震可靠性的研究。在設計工程結(jié)構的過程中，相關研究者應當著重考慮動態(tài)的作用，例如我們常見的地震、強風、波浪力等，這些我們常見的波浪力、強風以及地震的發(fā)生不論是從時間和空間上來說都是隨機的，不僅如此，隨著時間的不斷變化，該類事件作用的強度也會隨機的發(fā)生變化。正因如此，現(xiàn)階段我國開始不斷的關注土木工程結(jié)構抗震可靠性的研究，通常情況下，對抗震可靠性的分析主要采用以下兩種方式，一是首次超越分析方法；二是低周疲勞破壞分析方法，通常沿用結(jié)構構件承載能力的允許值對首次超越的界限進行彈性分析，運用延性系數(shù)對其進行彈塑性分析。近些年來，部分學者根據(jù)界限假定具有的某種分布、某種概率提出了考慮界限模糊性的觀點。這些方法是值得我們學習的，也是具有嚴懲意義的。[4]

再次，土木工程中巖石工程的可靠性研究。80年代初，我國開始重視土木工程中巖土工程中應用概率統(tǒng)計方法所存在的問題。相關學者在國家的號召下，也開始對該問題進行了深層次的研究，通過近些年來的不斷發(fā)展，對于巖石工程的相關研究獲得了以下成果：（1）對于巖石工程的概念的研究得出了一定的結(jié)論，雖然，對此方面的研究數(shù)量還相對較少，但是研究成果還是十分寶貴的。（2）對于巖石工程中的巖土參數(shù)進行了估計，在整個巖石工程的研究當中，該研究方法是最為重要的一點，以該方面為課題的學術論文約占四分之一。（3）相關學者創(chuàng)造性的在各類巖土工程中引進了可靠性方法，例如計算分析方法等，除此之外，還包括一些隨機的方法，例如有限元、高階矩、Monte一Carlo等?，F(xiàn)階段，雖然對上述研究還沒有實際應用到實踐當中，但是，在未來的幾年內(nèi)，這些研究的實用化勢必會得到一定的發(fā)展。

最后，土木工程中結(jié)構疲勞可靠性研究。近年來隨著相關建筑物承受疲勞荷載的結(jié)構物的發(fā)展以及結(jié)構可靠性理論的應用，該問題得到了學術界的高度重視，例如：我們創(chuàng)造性的研究了以可靠性理論為基礎的不穩(wěn)定重復荷載下的混凝土受彎構件的疲勞可靠性設計問題，不僅如此，在國家相關部門的支持下，中國建筑科學研究院、冶金部建筑研究總院等等單位進一步加大了在等幅荷載下混凝土受彎構件斜截面和正截面的試驗研究，為相關研究奠定了一定的理論基礎。

結(jié)束語

總而言之，近些年來，土木工程的可靠性得到了相關研究者的廣泛關注，并給予了大量的研究，雖然，部分研究成果還沒有落實到實際應用當中，但是，我們有理由相信，隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，土木工程水平的進一步提高，相關研究成果必然會逐步應用到具體實踐當中，為土木工程的進一步發(fā)展提供理論基礎。（作者單位：吉林省經(jīng)濟管理干部學院）

參考文獻：

[1]趙國藩，貢金鑫，趙尚傳.我國土木工程結(jié)構可靠性研究的一些進展[J].大連理工大學學報，2000，03：253-258.

[2]姚明初.工程結(jié)構疲勞可靠性的研究進展[A].中國土木工程學會橋梁及結(jié)構工程學會結(jié)構可靠度委員會.工程結(jié)構可靠性——中國土木工程學會橋梁及結(jié)構工程學會第七屆學術會議論文集[C].中國土木工程學會橋梁及結(jié)構工程學會結(jié)構可靠度委員會，1987：21.

[3]劉雨函.土木工程結(jié)構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究狀況與進展[J].門窗，2014，06：445.

[4]李明，郝健，周桃玉.土木工程結(jié)構健康監(jiān)測研究進展[J].交通科技，2008，06：26-29.