1、結構可靠度在水工結構設計中的應用研究    2012-04-14     論文導讀:20世紀20年代，國際上開始研究結構可靠度理論，至今已有80多年的歷史。結構可靠度理論從無到有、從簡單到復雜，知識系統不斷擴展，并滲透到許多工程領域，使工程設計向經濟、合理的方面不斷邁進，成為當前結構設計領域的代表。結構可靠度研究的主要對象是工.    20世紀20年代，國際上開始研究結構可靠度理論，至今已有80多年的歷史。結構可靠度理論從無到有、從簡單到復雜，知識系統不斷擴展，并滲透到許多工

2、程領域，使工程設計向經濟、合理的方面不斷邁進，成為當前結構設計領域的代表。結構可靠度研究的主要對象是工程結構抗力R (X,Xz,.卻和荷載效應S (X, Xz，.X,，通過研究兩者的關系(功能函數)g (X  Xz. .X,來確定工程結構可靠指標p。當前，基于結構可靠度理論的設計方法在建筑、港口、水利等行業中發揮了重要作用。利用結構可靠度理論進行設計能夠更為真實地反映結構性,這促使現在尚未采用此方法進行設計的領域開始著手研究結構可靠性理論的應用，以便使其設計水平逐步提高。結構的極限狀態方程在結構可靠度分析中，結構的極限狀態一般由功能函數加以描述，即:目前，各國編制的工程結構可靠度設計

3、規范都是基于上述構件可靠度理論采用一次二階矩法制定。水工結構可靠度設計研究現狀為進一步提高我國水利工程結構可靠度設計水平，建設部和原國家技術監督局于1994年頒布了休利水電工程結構可靠度設計統一標黝(GB 50199-94)(以下簡稱休工統勵)m。按照國家規定，今后各類水工建筑物結構設計規范均應按照水工統柄靜的規定進行編制或修訂。水工結構可靠度設計規范目前，休工建筑物荷載設計規范( DL 5077-1997),休工建筑物抗震設計規范(SL 203-97),休工混凝土結構設計規范(DLJI' 5057-1996) ,恨凝土重力壩設計規范(DL 5018-1999)  等已按此規

4、定修編完成并發布。其他水工建筑物結構設計規范也將按照休工統勵的原則陸續進行修編和發布。這些規范的制定為水工建筑物的結構設計符。合安全可靠、經濟合理、實用耐久、技術先進的要求提供了很好的基礎。水工結構可靠度設計研究由于水工結構可靠度設計理論在分析方法、概率模型簡化等方面還不夠完善，使該理論還不能應用到水工結構設計的各個領域(如水工鋼閘門、土石壩、水電站廠房等方面的設計依然按照過去的設計方法，這些設計方法不能定量準確地評價結構的安全性，落后于采用可靠度設計水工結構的總體設計水平)，因此國內眾多學者針對不同的領域，從結構抗力R和荷載效應S2個方面，采用校核法或其他方法對不同的水工結構進行了大量的可靠

5、度設計研究，并取得了一些十分重要的結論，這為那些使用傳統設計理論的領域早日過渡到采用水工結構可靠度設計理論奠定了基礎。文獻對水工鋼閘門進行了大量研究、分析和總結，并提出了鋼閘門設計規范修訂時采用的設計可靠指標，為以后水工結構鋼閘門設計規范運用水工結構可靠度設計提供了很好的借鑒;文獻對可靠度理論在壓力鋼管設計應用作了廣泛的研究，給出了壓力鋼管在采用水工結構可靠度設計時的可靠指標，進一步完善了水工結構可靠度理論在壓力鋼管設計領域的研究;另外，文獻也對土石壩、面板堆石壩、拱壩等水工結構進行了可靠度研究。目前，暫時還不具備統計資料的水工結構設計規范，可以按結構可靠度理論修編或"套改"

6、;，這種方法雖然只是形式上與可靠度設計相似，但這為以后設計方法向以可靠度理論為基礎的極限狀態設計法轉化創造了條件，以便相關部門今后有意識地搜集和積累有關變量的統計資料。隨著統計數據的積累和研究水平的提高，即可將原來尚不具備統計資料的變量及其分項系數逐步地賦予概率含義。現在使用的檻洪道設計規褂(DVT 5166-2002)正是采用了這種修訂方法，使溢洪道設計初步具有可靠度的含義，同時也為那些現在不能立刻值時r為采用可靠度設計的規范提供了一條向可靠度設計靠近的方式。綜上所述，以結構可靠度理論為基礎的概率極限狀態設計法已成為現階段包括水利工程在內的工程結構領域的新發展方向。因此，推行以結構可靠度理論

7、為基礎的概率極限狀態設計法，能夠滿足社會對水利工程可靠、安全和經濟的需求。結論與展望結構可靠度理論從作為一門學術性的研究課題開始，到目前已發展成為具有廣泛應用價值的應用基礎學科。在水利工程中，由于各種不定性因素對水利工程設計、施工、使用和管理等各個階段的影響，使得水利工程在安全性、適用性和耐久性方面表現出不定性的特征，這些特征往往需要直接或間接地應用結構可靠度理論才能得到合理的表述。因此，通過對已有設計規范和可靠度研究文獻的分析和討論，得出以下結論:目前，國內水工領域的數據采集工作相對落后，直接影響了結構可靠度理論在水工結構領域的應用。許多研究文獻對水工結構的分析多建立在簡化的基礎上，不能代表

8、實際工作水平，所以數據收集工作急需加強，以方便將來對其相應領域的可靠度研究和規范的制定。通過校核法計算得到的可靠指標，較為全面的反映了現行規范的結構可靠度水平和存在的問題，能夠為以后確定目標可靠指標及對相應構件可靠指標進行局部調整提供依據。目前，研究人員對水工結構的可靠度研究多集中于單個構件或部位，而整體可靠度研究還比較落后。水工結構本身通常由多個構件組成的，因此對其進行整體可靠度研究意義重大，但計算過程很復雜。目前對整體可靠度的研究較少，這方面的分私汁十算方法有待發展。結構抗力隨時間的變化是一維或多維非平穩隨機過程，所以引人時變可靠度更能夠反映結構的真實可靠度，從而為水工結構的分析、研究及評估提供新方法。現在許多設計人員還習慣于運用安全系數法或容許應力法設計，對于較為先進的可靠度設計采取一種保守的態度，使可靠度設計不能真正應用到工程中。設計人員應該積極學習