關于水工結構可靠度設計策略探究

馮起超

(吉林省水利水電勘測設計研究院,130000,吉林長春)

近年來我國在經濟領域取得了長足發展，與此同時水利工程對于區域性的產業發展具有不可或缺的作用，尤其對于地區農業發展以及水利設施建設都至關重要。隨著當前技術的快速發展，水工建筑結構朝著規模化、多樣化方向不斷邁進。我國幅員遼闊，不同地區存在著不同的地質環境，因此需要結合區域性特點進行水工設計，同時要站在更加宏觀角度注重大中型灌區配套改造，以水利為重點推進農村地區技術設施建設。相關設計人員應擺脫傳統的安全系數概率計算方法，加強可靠度理論數據統計及運用，以此提高水工工程結構質量、提升水利工程穩定性。

1 可靠度設計在水工結構中的功能特點

1.1 可靠度設計的重要性

水利工程中水工結構的投資比例較大，因此如果設計環節出現問題，很可能造成工程延期或返工，不僅增加建設成本，還會威脅到相關工作人員的安全及影響項目的日后使用，造成區域自然環境遭到二次擾動，對整體項目的規劃具有深遠影響。可靠度設計對于水工結構的安全性、穩定性具有決定性作用，需要相關工作人員秉承科學謹慎的態度，對水工結構整體效果進行理論推演，包括地基承載力、防水材料選用以及地形建造合理性等，有效提高水利項目的安全性，同時也能讓后期的施工更加有序，根據水地邊界條件計算模型，讓設計更趨于合理，減少各類可能的風險因素[1]。

1.2 可靠度設計的價值

結構安全性是結構設計最主要的追求目標之一，水利工程的安全性歷來是工程領域具有爭議的因素。我國自從改革開放以來在基建領域取得了重要成就，隨著社會經濟總量的提升以及建設規模的增大，水利正處于大規模基礎建設的重要階段，因此結構的安全性和穩定性是我國邁向現代化的重要基礎，可靠度設計方法已經成為了理論與實踐結合的重要學科，利用安全系數法或概率統計方法，可以將水工結構自身的安全性和不良影響進行數據化展現，對于設計人員進行設計規避以及消除不穩定因素具有重要價值。設計人員在早期的水工結構設計時，往往缺乏安全度認知，因此會采用數值上的折中方式，但是實踐過程表明其效果并不理想，而結構可靠度設計可以克服這種缺陷，為安全性能提供重要決策依據。

1.3 可靠度數據的現狀

水工結構由于長期位于水下環境，結構及材料會受到多方面因素影響，需根據施工場地進行合理分析，制定可行性計劃，因此可靠度數據要符合國家相關標準，同時也要結合地區性的特點進行系統化分析。從目前的可靠度數據應用來看，我國整體的水工結構工程數量與采集數據及利用率不成正比，尤其是區域性的可靠度設計數據沒能進行大范圍分享和推廣。水工結構屬于水利工程的重要組成部分，因此在設計時應注重宏觀角度，目前的水工結構可靠度設計仍處于單個構件或關鍵部位階段，沒能形成整體性的可靠度設計模式[2]。

2 水工結構可靠度設計應用的發展瓶頸

2.1 變量不確定

眾所周知，水利工程并非可以完全采用統一化模式進行建設的，而是需要進行可靠度、抗力、結構應用效應以及極限狀態等分析的，尤其是抵抗力分析和結構應用效應分析當中的不確定因素較多，同時具有隨機性、未知性等特點，因此造成了變量不確定的情況。另外，可靠度計算結果還會受到使用材料及外界不可控因素等影響，缺乏相應的基礎數據使得所有數據分析都無法完全肯定，這也造成了可靠度設計應用障礙[3]。

2.2 結構安全的局限性

縱觀水工結構的設計發展，可靠度理論較為先進，但是在應用過程中也具有結構安全的局限性，其主要原因是理論中的部分問題尚未得到完美解決，例如以往對結構可靠度約束、抵抗力應用效應、隨機變量等問題的認知可能存在偏差，隨著當前技術的發展也發現了傳統設計中的約束條件會受到更多因素影響。另外，在結構安全評價過程中使用可靠度理論一般包括作用效應和抗力因素，而非隨機的不確定因素中還包括認知性指標和模糊性指標，這些指標無法通過計算取得，往往需要通過以往經驗進行分析。

3 水工結構可靠度設計在水工結構設計標準中的應用探索

3.1 制定水工結構標準化等級

制定結構標準化等級可以提高水利工程的安全性，同時將等級標準作為參考，不能單單憑數據進行分析，還要結合區域性的水利工程地質實際情況，針對建設規模、建設環境以及建設質量等進行動態調整，避免漏洞出現，以合理的設計劃分作為標準化的參考。我國正處于社會改革的深化階段，基礎建設是我國長期發展的重要工作，水利工程對于改善自然資源條件、促進農業發展具有重要意義，因此制定結構標準化等級是行業可持續發展的必然要求，同時也能通過科學的標準化等級控制水工結構成本，對于后期可能存在的問題進行數據收集，為整體數據模塊的構建奠定基礎。

3.2 構建水工結構極限狀態表達式

水工結構的安全性受到外界影響的因素較多，雖然部分影響因素無法確定具體數值，但是可以將不同類動因子列成多項式，根據所設計的水工結構特點，區分不同因子的影響范圍和數值，這樣可以從整體設計角度提高水工結構的極限狀態。值得注意的是構建水工結構極限狀態表達式時，應交錯異型結構分項系數，并考慮地基承載力及防水材料合理性，通過多項數據的協同考察，能夠對不穩定因素進行更加明確的判斷[4]。

4 結語

我國雖然是基建大國，但是在部分領域的結構設計仍處于探索階段，水工結構設計具有復雜性和特殊性，尤其在特殊地段需要考慮的因素較多；因此相關工作人員要注重可靠度設計理論的運用，深入了解其在水工結構中的功能特點，并結合發展瓶頸進行分析，不斷探索更加優化的計算方式，提高水利工程的整體設計水平。