工程結構可靠度淺識

楊朝霞　張秀金

摘 要：隨著我國經濟持續高速發展，國內各類工程建設事業正處于蓬勃發展時期，無論是房屋、大廈還是橋梁、大壩，其結構的安全性是工程設計也是建筑本身以及使用者關注的最重大的問題。結構工程的建造耗資巨大，一旦失效不僅會造成結構本身和人民生命財產的巨大損失，還往往會產生難以估量的次生災害和附加損失。那么，對于工程結構可靠度的了解、分析以及應用顯得尤為重要。

關鍵詞：工程建設；結構；可靠度；分析；應用

1 引言

近幾年來，隨著結構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識的發展建立和逐步完善，結構可靠性理論已經有了長足的發展。工程實踐表明，目前工程結構可靠性理論比較合理的考慮了工程結構中存在的隨機性，并且將其表達成廣大工程技術人員易于接受的分項系數的形式，因而在工程結構設計中具有越來越重要的地位。因此，結構可靠性的分析方法及其在實際工程中的應用對保證工程結構安全性與經濟性具有重要意義。

2 工程結構安全性的應用

工程結構的安全性破壞給人類造成危害的案例屈指可數。眾所周知1959年法國Malpasset拱壩失事以及1963年意大利Vajont水庫巖坡的大規模滑坡造成的嚴重后果，讓我們至今都心有余悸。美國紐約大劇院施工過程中，當正澆筑首層樓板混凝土時發生了倒塌事故，以及我國彩虹橋垮塌事件，其場面之危險讓人觸目驚心。

這些結構破壞事件有發生在工程的施工期，也有發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構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系，同時又各有特點。總的來說，施工建造期和老化期是結構生命過程中相對風險率較高的兩個階段，而在使用階段的主要風險來自使用者的活動以及自然災害的強烈作用等。結構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 結構可靠度

3.1 定義

結構可靠度是指，在規定的時間和條件下，工程結構完成預定功能的概率，是工程可靠性的概率度量。

3.2 衡量標準

工程結構的可靠性，是指在規定的時間和條件下，工程結構具有的滿足預期的安全性、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，制作質量的差異等，而且這些影響因素都是隨機的因而工程結構完成預定功能的能力只能用概率來度量。結構能夠完成預定功能的概率，稱為可靠概率；而結構不能完成預定功能的概率，稱為失效概率。工程結構設計的目的，就是力求最佳的經濟效益，同時將失效概率限制在人們實踐所能接受的適當程度上。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，而把可靠指標作為度量結構可靠性的一個指標。

4 結構可靠性研究方法簡述

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

結構可靠度分析及其方法無疑是結構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的概率、數理統計、隨機過程和模糊數學等就成了構成結構可靠性理論的數學基礎。

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

5 結語

總之，國內外已經在結構可靠度理論和應用方面進行了大量研究，其成果在工程結構設計中也得到了應用。由于各種作用效應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。這就需要國內外工程結構的廣大設計者、施工者、維護人員和技術專家來共同研究并作出權威的工程決策。

參考文獻

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

[2]趙國藩，貢金鑫，趙尚傳.工程結構生命全過程可靠度.中國鐵道出版社.2004.

[3]張明.結構可靠度分析---方法與程序.科學出版社.2009-01.

作者簡介

楊朝霞（1990-） ，女，漢族，鄭州大學水利與環境學院 水利水電工程專業。

張秀金（1992-） 女，漢族 ，鄭州大學水利與環境學院 環境工程專業。