基于現役建筑結構的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設計院(有限公司)，山西 太原 030027)

基于現役建筑結構的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設計院(有限公司)，山西 太原 030027)

建筑結構隨著使用的年限越來越長，自身不再完全滿足結構的要求，性能逐漸弱化，可靠性降低，目前國內現役建筑的房齡大部分維持在20年～30年左右(正常設計年限為50年)，因此對于現役建筑結構可靠性鑒定是必要的，從現役建筑結構的影響因素出發，從而進行可靠性鑒定。

現役建筑結構，性能，可靠性，鑒定，影響因素

0 引言

建筑結構的原材料是現代混凝土、鋼、木以及磚石等材料通過一定的比例加上人類的智慧造就的成品。可靠性從建筑結構的角度出發就是在設計年限內滿足建筑使用性能的要求，可以完成設計規定的功能的能力。一般來說，可靠性分為安全性、適用性以及耐久性。

1 國外建筑結構可靠性研究

第二次世界大戰期間，戰爭的原因導致很多東西發生了致命性的破壞，因此可靠性這個概念開始引入。其中建筑結構可靠性是可靠性研究中的一個分支，20世紀40年代的時候，《結構安全度》[1](作者是A.M.Freudenthal)的論文發表了。之后可靠性指標β作為一種數量指標被提出，同時建立了一次二階矩陣模式[2]。但是前面的研究有相當大的局限性，只有隨機變量在正態分布圖下才具有真實意義。與此同時，各國也在對課題進行深入研究[3]，制定各種技術標準，標準化的鑒定以及驗收，而且隨著科研的繼續，不僅僅局限于本國的研究，還成立了國際化組織——國際建筑研究和信息委員會和建筑物維修改造委員會從事課題的研究。日本[4]作為經濟發展好的國家，更是對此課題進行定時的匯報以及總結，然后提供大量的資金用于委托編制規程以及標準，鼓勵學者從事此項研究。截止目前為止，國際上鑒定建筑結構的可靠性基本分為三個階段：

1)從40年代到50年代，研究探索主要圍繞建筑結構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技術以及評價方法進行，而且很多現代化的檢測技術出現在這個階段，譬如：物理檢測、非破損檢測以及破損檢測。

3)從80年代至今，研究探索主要圍繞規范以及標準的制定工作進行以及檢測技術的不斷更新和完善，逐漸趨于完善的理論。

2 國內建筑結構可靠性鑒定技術研究

建國初期，關于建筑結構可靠性的研究相對較少，直至文革期間，研究的重點還沒有開始，之后建筑結構可靠性的研究有了明顯的發展，特別是經歷過了唐山大地震[5]之后，建筑結構的可靠性成為了人們關注的重點，如何提高建筑結構的可靠性，不僅僅是關于建筑結構本身的問題，更是人類安全的問題，同時如何加固建筑結構也是很重要的，關于國內建筑結構可靠性的研究從以下幾個方面開始：

1)基本理論。

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

2)線性可靠度理論。

關于這個課題的研究，主要是側重于用數學方法解決可靠度，建立極限狀態方程，通過求解狀態方程求解理想狀態下的未知數。

3)蒙特卡洛[7]方法。

該方法主要解決結構失效狀態下發生的概率問題，基于抽樣方法，此方法適用于計算量不大，同時效率可以提高。

4)隨機有限元[8]。

該方法大大的減少了隨機變量的數量，通過迭代求解的方式進行求解，將結構動力學較復雜的問題簡化為靜力學問題，一方面將復雜結構簡單化，一方面便于求解，得出準確數值，用失效模式串聯的結構體系進行可靠度計算。

5)結構抗震可靠度。

此研究比較貼合于實際情況，實驗室假定現實一模一樣的情況，然后通過模擬進行結構抗震的可靠性研究。

6)施工期的可靠度。

主要是建筑材料的抗力變化進行研究，比如鋼筋、混凝土在施工過程中是否就出現了不能負載的情況，或者是負載損失，然后提出相關的應對措施，提高可靠度。

7)其他。

還有很多是研究結構老化以及結構優化設計等可靠度的研究，甚至有專家經驗對網絡進行訓練，提出了人工神經網絡方法[9]，主要針對的是現役結構的可靠度研究。

3 影響現役建筑結構可靠性的影響因素

隨著社會的發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，然而這與現實是存在悖逆的，原有建筑結構隨著時間的推移，性能開始減化，在人類需求不斷增加的情況下，要對現役建筑結構進行可靠性研究具有十分重要的意義。

現役結構相比于新建結構，更加的復雜，究其緣由，在于其先天的缺陷問題不可避免，其次所處環境的影響。根據對現役建筑結構的影響來說，可靠性的影響因素包括三類：分別是隨機性影響因素，模糊性影響因素以及信息不完備影響因素。隨機性影響因素，是指時間發生的偶然性以及結果的不確定性，這種影響因素的數學方法主要通過統計學的方式進行，包括數理統計、隨機過程以及概率論方法。模糊性影響因素主要是客觀事物差異的中間過度中的不確定性，對于現役建筑結構的不確定性，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，而現在對于這些的定義只是局限于人類的接受程度而已，并沒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，白色系統，黑色系統以及灰色系統，其中灰色系統指的就是不完備性，如高速公路建設可承受的荷載和實際車輛通過所帶來的荷載不是完全一致的，存在信息的不完整性。

目前關于現役結構的可靠性的影響因素還處于探索和發現階段，需要進一步的理論和數據值支撐。

4 可靠性鑒定的因素

可靠性鑒定的因素主要從以下幾個方面進行：

1)結構構件的承載能力；建筑結構主要由構件構成，只要通過部分的研究，最后才能確定結構整體的情況，在建筑結構中1+1=2的概念不完全適用，但是單獨對構件的研究還是有現實意義的。對構件的研究可以分為幾個等級，其中最高的等級就是實物完好，其次是達到可靠度水平，即質量的下限，然后是不符合工程質量的要求，但是還未達到破壞的程度，最后是構件嚴重不符合規范，這種構件不適合承重，或者是實物可能處于瀕臨危險的階段，這種類型的構件是不允許應用于建筑中。

2)混凝土的保護層厚度：混凝土的保護層的厚度越厚，對于材料越好，主要是有利于鋼筋的承重，保護混凝土內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，可以通過自然電位法、局部鑿開法以及直觀檢查法進行鑒定。

3)建筑結構的使用年限和歷史情況要定期進行盤查，人為以及自然的現象都會對建筑結構產生一定的破壞力，定期的檢查可以做出適時的修補，提高建筑結構的可靠性。

4)裂縫開展情況：建筑結構構件可以存在一定程度的裂縫寬度，但是裂縫寬度發展到一定的階段將會導致結構不能承重，失去其功能性，因此要定期檢查裂縫的情況以及發展趨勢，切不可亡羊補牢。

5)構造和連接同樣影響建筑結構的可靠性，因此也作為建筑結構的可靠性鑒定的一個項目。

5 結語

對于建筑結構可靠性的研究，一定在影響因素上下功夫，只要有果必有因，掌握了發生破壞的各種可能性，就有機會從源頭杜絕破壞發生的可能性。

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

[2] 趙國藩，曹居易，張寬權.工程結構可靠度[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] 中國土木工程學會橋梁及結構工程學會結構可靠度委員會.結構可靠性的十年[A].工程結構可靠性全國第三屆學術交流會議論文集[C].1995:1-20.

[5] 趙國藩，王恒棟.廣義隨機空間內的結構可靠度實用分析法[J].土木工程學報，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，趙國藩.改進的Rosenblueth方法及其在結構可靠度分析中的應用[J].大連理工大學學報，1997，37(3)：316-321.

[9] 貢金鑫，趙國藩.原始隨機空間內的結構可靠度分析[J].水利學報，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