基于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設(shè)計(jì)院(有限公司)，山西 太原 030027)

基于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設(shè)計(jì)院(有限公司)，山西 太原 030027)

建筑結(jié)構(gòu)隨著使用的年限越來(lái)越長(zhǎng)，自身不再完全滿足結(jié)構(gòu)的要求，性能逐漸弱化，可靠性降低，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)役建筑的房齡大部分維持在20年～30年左右(正常設(shè)計(jì)年限為50年)，因此對(duì)于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)可靠性鑒定是必要的，從現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的影響因素出發(fā)，從而進(jìn)行可靠性鑒定。

現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)，性能，可靠性，鑒定，影響因素

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)的原材料是現(xiàn)代混凝土、鋼、木以及磚石等材料通過(guò)一定的比例加上人類的智慧造就的成品?？煽啃詮慕ㄖY(jié)構(gòu)的角度出發(fā)就是在設(shè)計(jì)年限內(nèi)滿足建筑使用性能的要求，可以完成設(shè)計(jì)規(guī)定的功能的能力。一般來(lái)說(shuō)，可靠性分為安全性、適用性以及耐久性。

1 國(guó)外建筑結(jié)構(gòu)可靠性研究

第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)的原因?qū)е潞芏鄸|西發(fā)生了致命性的破壞，因此可靠性這個(gè)概念開(kāi)始引入。其中建筑結(jié)構(gòu)可靠性是可靠性研究中的一個(gè)分支，20世紀(jì)40年代的時(shí)候，《結(jié)構(gòu)安全度》[1](作者是A.M.Freudenthal)的論文發(fā)表了。之后可靠性指標(biāo)β作為一種數(shù)量指標(biāo)被提出，同時(shí)建立了一次二階矩陣模式[2]。但是前面的研究有相當(dāng)大的局限性，只有隨機(jī)變量在正態(tài)分布圖下才具有真實(shí)意義。與此同時(shí)，各國(guó)也在對(duì)課題進(jìn)行深入研究[3]，制定各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化的鑒定以及驗(yàn)收，而且隨著科研的繼續(xù)，不僅僅局限于本國(guó)的研究，還成立了國(guó)際化組織——國(guó)際建筑研究和信息委員會(huì)和建筑物維修改造委員會(huì)從事課題的研究。日本[4]作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展好的國(guó)家，更是對(duì)此課題進(jìn)行定時(shí)的匯報(bào)以及總結(jié)，然后提供大量的資金用于委托編制規(guī)程以及標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)學(xué)者從事此項(xiàng)研究。截止目前為止，國(guó)際上鑒定建筑結(jié)構(gòu)的可靠性基本分為三個(gè)階段：

1)從40年代到50年代，研究探索主要圍繞建筑結(jié)構(gòu)的缺陷原因分析以及維修方法。

2)60年代到80年代初，研究探索主要圍繞檢測(cè)技術(shù)以及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行，而且很多現(xiàn)代化的檢測(cè)技術(shù)出現(xiàn)在這個(gè)階段，譬如：物理檢測(cè)、非破損檢測(cè)以及破損檢測(cè)。

3)從80年代至今，研究探索主要圍繞規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)的制定工作進(jìn)行以及檢測(cè)技術(shù)的不斷更新和完善，逐漸趨于完善的理論。

2 國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)可靠性鑒定技術(shù)研究

建國(guó)初期，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究相對(duì)較少，直至文革期間，研究的重點(diǎn)還沒(méi)有開(kāi)始，之后建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究有了明顯的發(fā)展，特別是經(jīng)歷過(guò)了唐山大地震[5]之后，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)，如何提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，不僅僅是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)本身的問(wèn)題，更是人類安全的問(wèn)題，同時(shí)如何加固建筑結(jié)構(gòu)也是很重要的，關(guān)于國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究從以下幾個(gè)方面開(kāi)始：

1)基本理論。

變量之間的相連性，廣義隨機(jī)空間的出現(xiàn)使得可靠度分析的范圍逐漸擴(kuò)大，還有基于Laplace[6]逼近理論，提高了計(jì)算的精確度。

2)線性可靠度理論。

關(guān)于這個(gè)課題的研究，主要是側(cè)重于用數(shù)學(xué)方法解決可靠度，建立極限狀態(tài)方程，通過(guò)求解狀態(tài)方程求解理想狀態(tài)下的未知數(shù)。

3)蒙特卡洛[7]方法。

該方法主要解決結(jié)構(gòu)失效狀態(tài)下發(fā)生的概率問(wèn)題，基于抽樣方法，此方法適用于計(jì)算量不大，同時(shí)效率可以提高。

4)隨機(jī)有限元[8]。

該方法大大的減少了隨機(jī)變量的數(shù)量，通過(guò)迭代求解的方式進(jìn)行求解，將結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)較復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜力學(xué)問(wèn)題，一方面將復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，一方面便于求解，得出準(zhǔn)確數(shù)值，用失效模式串聯(lián)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行可靠度計(jì)算。

5)結(jié)構(gòu)抗震可靠度。

此研究比較貼合于實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室假定現(xiàn)實(shí)一模一樣的情況，然后通過(guò)模擬進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震的可靠性研究。

6)施工期的可靠度。

主要是建筑材料的抗力變化進(jìn)行研究，比如鋼筋、混凝土在施工過(guò)程中是否就出現(xiàn)了不能負(fù)載的情況，或者是負(fù)載損失，然后提出相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施，提高可靠度。

7)其他。

還有很多是研究結(jié)構(gòu)老化以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等可靠度的研究，甚至有專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[9]，主要針對(duì)的是現(xiàn)役結(jié)構(gòu)的可靠度研究。

3 影響現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素

隨著社會(huì)的發(fā)展以及人類生活水平的提高，建筑功能不斷的被完善滿足新的需求，然而這與現(xiàn)實(shí)是存在悖逆的，原有建筑結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移，性能開(kāi)始減化，在人類需求不斷增加的情況下，要對(duì)現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性研究具有十分重要的意義。

現(xiàn)役結(jié)構(gòu)相比于新建結(jié)構(gòu)，更加的復(fù)雜，究其緣由，在于其先天的缺陷問(wèn)題不可避免，其次所處環(huán)境的影響。根據(jù)對(duì)現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的影響來(lái)說(shuō)，可靠性的影響因素包括三類：分別是隨機(jī)性影響因素，模糊性影響因素以及信息不完備影響因素。隨機(jī)性影響因素，是指時(shí)間發(fā)生的偶然性以及結(jié)果的不確定性，這種影響因素的數(shù)學(xué)方法主要通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方式進(jìn)行，包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程以及概率論方法。模糊性影響因素主要是客觀事物差異的中間過(guò)度中的不確定性，對(duì)于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的不確定性，一部分可以理解為裂縫的寬度和允許變形的界限，哪些界限范圍是安全的，哪些又是不安全的，而現(xiàn)在對(duì)于這些的定義只是局限于人類的接受程度而已，并沒(méi)有完全基于理論的解釋，信息不完備影響因素主要指的是掌握資料的不完備性，事物的三類狀態(tài)，白色系統(tǒng)，黑色系統(tǒng)以及灰色系統(tǒng)，其中灰色系統(tǒng)指的就是不完備性，如高速公路建設(shè)可承受的荷載和實(shí)際車輛通過(guò)所帶來(lái)的荷載不是完全一致的，存在信息的不完整性。

目前關(guān)于現(xiàn)役結(jié)構(gòu)的可靠性的影響因素還處于探索和發(fā)現(xiàn)階段，需要進(jìn)一步的理論和數(shù)據(jù)值支撐。

4 可靠性鑒定的因素

可靠性鑒定的因素主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力；建筑結(jié)構(gòu)主要由構(gòu)件構(gòu)成，只要通過(guò)部分的研究，最后才能確定結(jié)構(gòu)整體的情況，在建筑結(jié)構(gòu)中1+1=2的概念不完全適用，但是單獨(dú)對(duì)構(gòu)件的研究還是有現(xiàn)實(shí)意義的。對(duì)構(gòu)件的研究可以分為幾個(gè)等級(jí)，其中最高的等級(jí)就是實(shí)物完好，其次是達(dá)到可靠度水平，即質(zhì)量的下限，然后是不符合工程質(zhì)量的要求，但是還未達(dá)到破壞的程度，最后是構(gòu)件嚴(yán)重不符合規(guī)范，這種構(gòu)件不適合承重，或者是實(shí)物可能處于瀕臨危險(xiǎn)的階段，這種類型的構(gòu)件是不允許應(yīng)用于建筑中。

2)混凝土的保護(hù)層厚度：混凝土的保護(hù)層的厚度越厚，對(duì)于材料越好，主要是有利于鋼筋的承重，保護(hù)混凝土內(nèi)部的鋼筋不受到空氣的腐蝕，保證鋼筋的耐久性能，至于鋼筋是否被銹蝕，可以通過(guò)自然電位法、局部鑿開(kāi)法以及直觀檢查法進(jìn)行鑒定。

3)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限和歷史情況要定期進(jìn)行盤查，人為以及自然的現(xiàn)象都會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞力，定期的檢查可以做出適時(shí)的修補(bǔ)，提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

4)裂縫開(kāi)展情況：建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以存在一定程度的裂縫寬度，但是裂縫寬度發(fā)展到一定的階段將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能承重，失去其功能性，因此要定期檢查裂縫的情況以及發(fā)展趨勢(shì)，切不可亡羊補(bǔ)牢。

5)構(gòu)造和連接同樣影響建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，因此也作為建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定的一個(gè)項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究，一定在影響因素上下功夫，只要有果必有因，掌握了發(fā)生破壞的各種可能性，就有機(jī)會(huì)從源頭杜絕破壞發(fā)生的可能性。

[1] Freudenthal,A.M.The safety of structures.Transation,ASCE,V112,1947:11-21.

[2] 趙國(guó)藩，曹居易，張寬權(quán).工程結(jié)構(gòu)可靠度[M].北京：水利電力出版社，1984:8-15.

[3] lfredo,H.S.Ang,Wilson H.Tang,Probability concepts in engineering planning and design,John Wiley and Sons,VolumnⅠ,1975,VolumnⅡ,1984:23-32.

[4] 中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)可靠度委員會(huì).結(jié)構(gòu)可靠性的十年[A].工程結(jié)構(gòu)可靠性全國(guó)第三屆學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集[C].1995:1-20.

[5] 趙國(guó)藩，王恒棟.廣義隨機(jī)空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠度實(shí)用分析法[J].土木工程學(xué)報(bào)，1996，29(4)：47-51.

[6] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Asymptotic analysis methods for structural reliability[J].China Ocean Eng,1995,9(3):303-310.

[7] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Forth moment for structural reliability analysis based on maximum entropy theory.[A].The Sixth Workshop on Concrete Model Code for Asia[C].1996：155-160.

[8] 佟曉利，趙國(guó)藩.改進(jìn)的Rosenblueth方法及其在結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，37(3)：316-321.

[9] 貢金鑫，趙國(guó)藩.原始隨機(jī)空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠度分析[J].水利學(xué)報(bào)，1999(5)：30-34.

Reliabilityidentificationofexistingbuildingstructure

HaoXiaowei

(ShanxiConstructionIndustryDesignInstituteCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Building structure with the use of life more and more, it is no longer meeting the structural requirements, performance gradually weaken, reduced the reliability. Currently existing building age stayed mostly in 20 to 30 years (normal designing for 50 years), so it is necessary for the existing building structure to run for reliability appraisal. This paper starts from the influence factors of the existing building structure, and then carries on the reliability appraisal.

existing building structure, performance, reliability, identification, influencing factors

2017-10-01

郝驍瑋(1969- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0043-02

TU311

A