試論結構可靠度在土木工程中的應用

袁丕果

（邵陽學院　422000）

試論結構可靠度在土木工程中的應用

袁丕果

（邵陽學院422000）

由于社會經濟和科學技術的發展日新月異、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，工程結構也隨之日益繁雜。那么設計人員要面臨的挑戰便是如何應對復雜的結構并能保證其安全性和可靠性。在土木工程設計和施工中最基本的是要確保結構的安全可靠，并能夠對突發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。期望能夠實現在結構中各種可變性對結構的不良作用，并有利于社會經濟的發展。

工程結構；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，總結出其主要有以下幾個特征∶①結構可靠即安全；③適應性及應用性良好；③工程結構的耐久性十分出眾。這三個特征相互依存，聯系密切，缺一不可，共同構成了結構的可靠度，并為工程建設各自貢獻力量，為理論基礎鋪平道路。本文將聚焦工程項目中可靠度的應用情況及方法。

1　工程結構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構可靠度，由此可能對工程質量和安全產生深遠影響，例如應用性、安全性和耐久性。在以下篇幅中，作者將深刻剖析工程結構的可靠度，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、欣欣向榮的統一體。在工程實施過程中，設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、黑色系統、白色系統。其中，灰色系統常用來分析可靠度。

1.2事物的模糊性

設計人員在工作過程中，可能會經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，設計人員需要運用模糊數學來應對和處理。

1.3事物的隨機性

事物的發生和發展都是有條件的，如果某些條件不夠充分，便會造成原因和結果的關系無法聯接。因此，事物的發展過程中會出現顯而易見的可變性，即隨機性。

2　土木工程結構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，設計人員采用均值（一階原點矩）和標準差（二階中心矩）的數學模型去分析可靠度。由于功能函數Z=g（X1，X2，…，Xn）不是線性函數，在這種情況下很難求解平均值和標準差，設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和其他參數之間的關系。此外，隨著β值減小，得出的Pf值無法精準地對功能函數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，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生概率的數值方法。在實際操作中應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；統計方法發揮效力，將函數模型的數字特征估算出來，從而得到可靠度的數值。因此，設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的發生概率是通過某種“實驗”的方法，得出其頻率，當頻率出現的次數夠多時，便認為該頻率為此事件A的發生概率。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、概率密度函數以及功能函數。

（2）通過計算得出各隨機變量對應的分位值，可以采用隨機抽樣方法。

（3）設計人員將各數值帶入到功能函數并以此計算出結果。

（4）設計人員需要計算出分位值以及與其所對應的功能函數值。

由此得知，當隨即抽樣數值趨于無窮時，根據隨機變量服從大數定律及正態隨機變量的特性，設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及變量類型沒有關系，不論是何種情況（包括狀態函數線性與否、隨機變量正態與否），可靠度指標僅在于模擬的次數是否做夠多。

3　結語

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

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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。