引論：我們?yōu)槟砹?3篇可靠度理論論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
地下結(jié)構(gòu)和其它巖土工程一樣，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在大量的不確定性。傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)時(shí)用一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)來(lái)考慮眾多不確定性的影響。對(duì)各參數(shù)、變量都假定未定值。這就是常規(guī)的定值設(shè)計(jì)法。雖然以后對(duì)某些參數(shù)（如材料的強(qiáng)度）取值時(shí)也用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法找出其平均值或某個(gè)分位值，但未能考慮各參數(shù)的離散性對(duì)安全度的影響。所以安全系數(shù)法不能真正反映結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。
60年代末期，數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用，鼓勵(lì)和啟發(fā)了隧道工作者尋求用概率方法研究地下工程中各種不確定性并估計(jì)他們的影響。進(jìn)入70年代，可靠度分析方法擴(kuò)大到更多的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但是，這種方法仍然受到一些巖土工作者的反對(duì)和質(zhì)疑。原因在于巖土工程本身的機(jī)理比較復(fù)雜，有些問(wèn)題還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)；巖土工程概率方法還處在發(fā)展階段，不少概念還不很明確，計(jì)算方法也不夠簡(jiǎn)便；一些人對(duì)概率論和方法不很熟悉。這些困難也促使一些巖土工作者潛心鉆研，他們吸收地面結(jié)構(gòu)概率分析成果，針對(duì)巖土和地下工程的特點(diǎn)開(kāi)展專題攻關(guān)，雖未完全解決技術(shù)上的關(guān)鍵，也取得了可喜的成果。研究表明，概率和可靠度分析方法在不確定性越嚴(yán)重的問(wèn)題中越能顯示出活力來(lái)。
1992年，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，作為其它各類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共同遵循的準(zhǔn)則。鐵路、公路、水利、港口等行業(yè)先后開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。作為上述各類工程的重要組成部分的隧道及地下工程，采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也提到日程上來(lái)。一些技術(shù)難題有待繼續(xù)攻克，實(shí)用化問(wèn)題也要同時(shí)解決。目前，可靠度分析在地下工程中的應(yīng)用正在經(jīng)歷由粗糙到精細(xì)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜再回到簡(jiǎn)單并進(jìn)入實(shí)用這一過(guò)程。
2.巖土參數(shù)概率特征的研究
確定圍巖的物理力學(xué)參數(shù)和原始應(yīng)力狀態(tài)時(shí)分析地下結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的先決條件。對(duì)于重要的大型結(jié)構(gòu)（如水電站地下廠房等）通常要在周圍地層鉆孔取樣并進(jìn)行一系列試驗(yàn)以取得有關(guān)參數(shù)。交通用途隧道縱向長(zhǎng)度比橫向長(zhǎng)度大得多，經(jīng)過(guò)的圍巖也化，通常按各類圍巖的綜合力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。引入可靠度后，必須考慮這些物性參數(shù)的概率特征。這方面的研究成果對(duì)地下結(jié)構(gòu)可靠度分析至關(guān)重要。
2.1圍巖分級(jí)判據(jù)的可靠性研究
一般隧道設(shè)計(jì)時(shí)都要現(xiàn)場(chǎng)確定該隧道所處的圍巖類別。各種圍巖分類法都有各自的一套標(biāo)準(zhǔn)。但由于標(biāo)準(zhǔn)本身常存在模糊性或不確定性，或者不同人對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和處理不盡相同，不同人對(duì)同一圍巖的評(píng)價(jià)結(jié)果總體會(huì)趨于一致，具體還不會(huì)完全同一。圍巖分類的隨機(jī)性值得我們進(jìn)一步研究。
我國(guó)在圍巖分類和分級(jí)方面已有不少成果，可惜各部門還不統(tǒng)一。東北大學(xué)林韻梅教授等提出圍巖穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分級(jí)法，李強(qiáng)提出模糊聚類分析法。在動(dòng)態(tài)分析法中對(duì)分級(jí)判據(jù)的分布進(jìn)行初步分析，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)分級(jí)判據(jù)進(jìn)行研究。在定義分級(jí)判據(jù)可靠性的函數(shù)上，用柯?tīng)柲宸蚍▽?duì)其分布規(guī)律進(jìn)行檢驗(yàn)。還提出了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)方法的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
2.2地質(zhì)資料的概率處理
對(duì)于大型地下工程和重點(diǎn)長(zhǎng)大隧道都要進(jìn)行比較細(xì)致的地質(zhì)勘探。但要從有限的勘探資料中獲得隧道全長(zhǎng)或大型地下工程周邊圍巖的地質(zhì)狀況和有關(guān)參數(shù)，必然存在不確定性和偶然性。用概率法可減少誤判的機(jī)率。例如長(zhǎng)江科學(xué)院包承綱研究員等以概率方法處理水壩地基鉆孔之間的地層分界線，取得更為合理的結(jié)果。
地層中常有一些異常地質(zhì)點(diǎn)存在，如軟弱夾層、空洞等。他們對(duì)地下工程施工和運(yùn)營(yíng)有很大影響。為此，首先要弄清楚它們出現(xiàn)的可能性、大概的位置及其性質(zhì)，然后通過(guò)可靠度分析法去分析它們的影響。Bercher(1979)及Tang(1987)等都對(duì)某地區(qū)在給定鉆孔布置與地質(zhì)歷史推斷情況下，對(duì)異常地質(zhì)出現(xiàn)的概率和統(tǒng)計(jì)特征做過(guò)估計(jì)，先給予一個(gè)不出現(xiàn)異常的先驗(yàn)概率，然后根據(jù)一系列鉆孔資料按Bayesion公式推得修正的不出現(xiàn)概率和聯(lián)合分布。
2.3土性參數(shù)的隨機(jī)場(chǎng)研究
據(jù)研究，土性參數(shù)變異系數(shù)可達(dá)0.29，比計(jì)算模型的不定性影響大得多。土性參數(shù)概率特征經(jīng)歷了兩個(gè)階段。早期研究建立在隨機(jī)變量基礎(chǔ)上。后期研究集中在隨機(jī)場(chǎng)理論的應(yīng)用上。
不難理解，巖土工程的性狀是由某一空間范圍內(nèi)巖土的平均特征所控制。根據(jù)一個(gè)個(gè)試樣求得的統(tǒng)計(jì)特征稱為點(diǎn)特征。點(diǎn)特征與空間特性之間由一定的關(guān)系。空間平均特征的方差應(yīng)小于點(diǎn)特征的方差。控制巖土工程可靠度的是土性參數(shù)的空間平均值方差而不是點(diǎn)方差。因此，土性參數(shù)的概率分析是一個(gè)隨機(jī)場(chǎng)問(wèn)題。對(duì)于空間分布的地層，由于沉積和埋藏等條件的聯(lián)系，不同點(diǎn)之間雖有差別又有一定的相關(guān)性。這種相關(guān)性將隨二點(diǎn)距離的增大而減弱。相關(guān)距離是巖土可靠度隨機(jī)場(chǎng)研究中的一個(gè)重要參數(shù)。有關(guān)學(xué)者提出了相關(guān)距離的物理意義、集合意義及實(shí)際計(jì)算方法，提出了不同地層相關(guān)距離的年經(jīng)驗(yàn)值。研究了不同統(tǒng)計(jì)方法的參數(shù)對(duì)可靠度分析的影響。
2.4巖體特性統(tǒng)計(jì)特征的研究有待加強(qiáng)
近幾年由于土坡穩(wěn)定、樁基承載力及地基承載力等方面可靠度分析實(shí)用化的需要，推動(dòng)了土體概率特征的研究。而土性概率特征的研究成果又促進(jìn)了上述幾種典型工程實(shí)用可靠度分析。由于巖體的本構(gòu)關(guān)系更為復(fù)雜，節(jié)理、裂隙、層狀等對(duì)巖體特性影響更多，巖石地下工程計(jì)算模型不定性更為突出。對(duì)于眾多不定性相互作用的巖石工程，更需要可靠度分析。國(guó)內(nèi)勘察設(shè)計(jì)部門也積累過(guò)大量巖石資料，但用概率方法加以整理的參加橫過(guò)較少。日本在這方面做過(guò)的工作值得重視。他們對(duì)各類圍巖（如花崗巖、閃綠巖、礫巖、砂巖、泥巖等）的主要指標(biāo)（如單軸抗壓強(qiáng)度、壓縮變形系數(shù)、抗剪強(qiáng)度、干密度等）的分布特征，均值及變異性以及相互關(guān)系等都做過(guò)分析整理，這些資料可供參考。
3.作用效應(yīng)隨機(jī)分析方法的成果
作用效應(yīng)是可靠度分析中重要的綜合隨機(jī)變量，它占用很大的計(jì)算工作量。地下結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的定值分析方法不論是“荷載—結(jié)構(gòu)”模式或“地層—結(jié)構(gòu)”模式，目前大多采用有限元分析，考慮空間作用時(shí)還用三維有限元。對(duì)裂縫、節(jié)理發(fā)育的巖石地層主要有兩種方法：
a.仍然利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，但要尋求反映不連續(xù)巖體特點(diǎn)的本構(gòu)關(guān)系或把節(jié)理裂隙的力學(xué)性質(zhì)作為附加條件加以考慮，然后求解；
b.應(yīng)用塊體理論，尋求關(guān)鍵塊。利用量測(cè)到的位移信息反求地層的力學(xué)指標(biāo)也是常用的方法。引入可靠度以后如何在上述各方法基礎(chǔ)上進(jìn)行隨機(jī)分析時(shí)必須解決的問(wèn)題。
3.1隨機(jī)有限元的進(jìn)展
有限元法在隨機(jī)介質(zhì)中的應(yīng)用始于70年代初期。當(dāng)時(shí)主要用于巖土理論與應(yīng)力分析。其基本思路是采用蒙特卡洛模擬法。該法建立在大量確定性計(jì)算基礎(chǔ)之上，費(fèi)用較為昂貴。結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算的隨機(jī)有限元法70年代中期由瑞典的K.Handa首先提出，80年代末日本的Hisada和Nagagri等對(duì)隨機(jī)有限元作了較為系統(tǒng)的研究。至此以后隨機(jī)有限元理論朝著兩個(gè)方向發(fā)展，一是基于攝動(dòng)展開(kāi)的有限元統(tǒng)計(jì)分析；另一是隨機(jī)場(chǎng)的局部平均。具體的方法有：紐曼隨機(jī)有限元法；隨機(jī)有限元最大熵法；有限元一次二階矩法；隨機(jī)有限元響應(yīng)面法；攝動(dòng)隨機(jī)有限元法等。上述各種方法各有其特點(diǎn)，有的理論上較為嚴(yán)密，但計(jì)算量大；有的較近似而計(jì)算簡(jiǎn)便。響應(yīng)面法，攝動(dòng)法及蒙特卡洛法在我國(guó)隧道可靠度分析中都已實(shí)際應(yīng)用。
作為隨機(jī)有限元的深入，有人還提出非線性隨機(jī)有限元，但該理論正處于嘗試中。采用目前流行的隨機(jī)有限元通常只能確定荷載效應(yīng)的某些數(shù)值特征，如均值、方差、相關(guān)矩等，難以確定荷載效應(yīng)的概率分布及高階矩，故還不能很好的滿足可靠度分析的要求。蒙特卡洛法可求出概率分布，但計(jì)算量較大。成都電子科技大學(xué)張新培教授提出了改進(jìn)的隨機(jī)有限元法。該法以有限元為基礎(chǔ)，利用荷載列陣與剛度矩陣各元素之間特征函數(shù)確定結(jié)構(gòu)各單元荷載效應(yīng)的特征函數(shù)，再根據(jù)特征函數(shù)與分布密度函數(shù)及數(shù)字特征的關(guān)系，求出荷載效應(yīng)分布密度函數(shù)積極數(shù)字特征。此法概念簡(jiǎn)單，容易實(shí)行，較好地滿足可靠度分析的要求。
3.2隨機(jī)塊體理論的提出和應(yīng)用
塊體理論是我國(guó)學(xué)者石根華和美國(guó)學(xué)者R.Goodman首先提出的巖體工程分析方法，為巖體洞室和邊坡穩(wěn)定分析開(kāi)辟了新的途徑，在國(guó)際上受到重視并得到日益廣泛的應(yīng)用。塊體理論中關(guān)于巖體被不連續(xù)的空間平面切割成分離塊體以及切割面上的力學(xué)參數(shù)c、Φ等都作為定值。由于實(shí)際巖體不連續(xù)面形成因素復(fù)雜，同一組不連續(xù)面的產(chǎn)狀在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，連續(xù)空間平面切割成的變形狀空間塊體具有隨機(jī)性。切割面力學(xué)參數(shù)也使隨機(jī)變量。因此更適合概率分布。河海大學(xué)王保田、吳世偉提出的隨機(jī)塊體理論，用隨機(jī)抽樣法尋找可動(dòng)塊體的概率，并用一次二階矩法求關(guān)鍵塊的概率。二者結(jié)合可較好的解決已知結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀概型和力學(xué)性態(tài)是隨機(jī)值的問(wèn)題。南京航空專科學(xué)校的張廣健等應(yīng)用隨機(jī)塊體理論編制出計(jì)算程序，用以對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行可靠度分析，求得各類圍巖的塊體穩(wěn)定可靠指標(biāo)。所得結(jié)論與設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)基本一致。若能用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果將更能反映工程實(shí)際。
3.3三維隨機(jī)邊界元法的提出
地下結(jié)構(gòu)的有限元分析特別是三維分析需要?jiǎng)澐衷S多單元，計(jì)算機(jī)工作量和對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的要求都很大。特別對(duì)無(wú)限區(qū)域的課題，在一定范圍內(nèi)離散將忽略外方廣大區(qū)域的影響而帶來(lái)誤差。因此人們的注意力又轉(zhuǎn)到一些邊界解法上，相應(yīng)的邊界單元法得到發(fā)展。隧道的邊界元分析有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，日益受到國(guó)內(nèi)外重視。針對(duì)地下結(jié)構(gòu)分析中參數(shù)都具有明顯不確定性的特點(diǎn)，隨機(jī)邊界元法的研究和應(yīng)用將對(duì)隧道可靠度分析起到新的推進(jìn)作用。
武漢水利電力學(xué)院潘國(guó)寧等提出的三維隨機(jī)邊界法是將邊界元計(jì)算過(guò)程作為函數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，再參數(shù)取值時(shí)對(duì)函數(shù)過(guò)程做泰勒展開(kāi)。通過(guò)邊界計(jì)算得到應(yīng)力和位移的均值；然后計(jì)算有關(guān)變量對(duì)參數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)在取均值時(shí)的值。最后考慮參數(shù)的變異性來(lái)分析計(jì)算結(jié)果的變異性。此法公式簡(jiǎn)潔，計(jì)算工作量小，對(duì)隧道分析有重要參考價(jià)值。
3.4圍巖參數(shù)的隨機(jī)反分析
由于圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)不容易確定，現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)或直接測(cè)試資料也只是得到點(diǎn)特性而不是我們所要求的圍巖空間平均特性。因此，利用施工監(jiān)測(cè)得到的位移信息反演求出圍巖參數(shù)的方法在一定條件下能滿足地下結(jié)構(gòu)分析的要求。目前定值的反演分析比較成熟，已開(kāi)發(fā)出很多程序可供應(yīng)用。但是反演分析所依據(jù)的信息實(shí)際是帶有一定離散性的隨機(jī)變量，可靠度分析也要求反分析的結(jié)果能表示出概率特征。因此，隨機(jī)反分析也逐漸受到重視。專門著作《反演理論》對(duì)反分析概率化有重要論述。同濟(jì)、北方交大、西南交大巖土和地下工程專業(yè)的博士研究生的論文都曾涉及隧道隨機(jī)反分析問(wèn)題。目前采用的方法有傳統(tǒng)的蒙特卡洛法、隨機(jī)攝動(dòng)法。
4.針對(duì)巖土工程特點(diǎn)的可靠度分析方法的新發(fā)展
《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》在附錄一中推薦用一次二階矩法計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。同時(shí)指出對(duì)于變異系數(shù)很大、極限狀態(tài)方程非線性程度很高等情況，宜用更精確的方法計(jì)算。巖土物性變異性比較大，常呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，如內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力之間負(fù)相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力等正相關(guān)。忽視這些相關(guān)性，會(huì)使計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差。而一次二階矩法是假定基本變量間是相互獨(dú)立的。
目前針對(duì)相關(guān)性提出兩種一次二階矩的改進(jìn)方法。一是將相關(guān)變量變?yōu)榛ゲ幌嚓P(guān)的變量，新變量的方差矩陣是由原變量標(biāo)準(zhǔn)化后的方差矩陣構(gòu)成。另一方法是將極限狀態(tài)方程的標(biāo)準(zhǔn)差展開(kāi)后求得分離變量作為新變量的靈敏系數(shù)，在新的靈敏系數(shù)重反映與之相關(guān)的另一變量的影響。前法適用于多個(gè)相關(guān)的基本變量，后法只適用于兩個(gè)相關(guān)變量。
對(duì)于非線性極限狀態(tài)方程，用當(dāng)量正態(tài)法有時(shí)計(jì)算誤差過(guò)大，有時(shí)不易收斂。此時(shí)將蒙特卡洛模擬引入可靠度分析中，只要模型次數(shù)多就能得到精確的失效概率值。對(duì)于很小的失效概率需要很大的模擬次數(shù)。為節(jié)省機(jī)時(shí)，可從計(jì)算方法上改進(jìn)。為避免概型擬和引入的誤差，采用高階矩發(fā)值得進(jìn)一步探索。
對(duì)于一些判別準(zhǔn)則易受人為因素影響的問(wèn)題，也可將模糊數(shù)學(xué)方法引入可靠度分析中，發(fā)展成為模糊可靠度分析法。坑道穩(wěn)定性位移判別的方法和準(zhǔn)則就有很多主觀和客觀不確定性因素，坑道穩(wěn)定性模糊概率分析法，把“坑道穩(wěn)定性”作為一模糊隨機(jī)事件，求其模糊概率，用模糊統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)法結(jié)合專家綜合評(píng)判來(lái)確定地下坑道周邊位移與坑道穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)，推導(dǎo)出坑道穩(wěn)定性可靠度計(jì)算的一般表達(dá)式。
5.圍繞《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂，隧道可靠性
鐵路隧道在我國(guó)地下工程中占很大比例，第二層次的《鐵路工程可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》也已。第三層次的鐵路各專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范可靠度設(shè)計(jì)修訂工作已提上日程。針對(duì)人們對(duì)可靠度理論在隧道中的應(yīng)用有懷疑態(tài)度甚至否定這一情況，鐵道部先組織幾批專家進(jìn)行“以可靠性理論為基礎(chǔ)修訂鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的可行性研究”，得出可行的結(jié)論，并分別從“荷載—結(jié)構(gòu)”模式、“地層—結(jié)構(gòu)”模式和以工程類比為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式等幾個(gè)方面提出實(shí)現(xiàn)可靠度設(shè)計(jì)的途徑和需要攻關(guān)研究的課題。該項(xiàng)研究經(jīng)鐵道部組織專家評(píng)審驗(yàn)收，人為結(jié)論正確，所建議的隧規(guī)改革目標(biāo)明確，路徑可行，可作為今后隧規(guī)改革的指導(dǎo)性文件。
為了使鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范按可靠度設(shè)計(jì)加以修訂這一難度較大的工作能逐步深入開(kāi)展，鐵道部主管部門已立項(xiàng)開(kāi)展《按可靠度理論修改隧規(guī)的基礎(chǔ)性研究》。研究?jī)?nèi)容包括圍巖物性指標(biāo)及深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力統(tǒng)計(jì)特征研究；淺埋隧道覆土荷載統(tǒng)計(jì)特征研究；明洞、棚洞填土荷載統(tǒng)計(jì)特征試驗(yàn)研究；襯砌混凝土偏壓構(gòu)件抗力計(jì)算方法及偏壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特征研究；隧道襯砌幾何特征研究等。由鐵路各高校分別承擔(dān)。鐵路高校研究生論文選題也開(kāi)始轉(zhuǎn)向隧道可靠度設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域。
篇2
語(yǔ)文新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行以來(lái)，語(yǔ)文教學(xué)向多樣化轉(zhuǎn)變。新課標(biāo)下的語(yǔ)文教學(xué)具有更新型的特點(diǎn)。教師在小學(xué)語(yǔ)文的教學(xué)方面不僅要注重培養(yǎng)學(xué)生獲得知識(shí)的能力，也要注重學(xué)生思維的培養(yǎng)。在課堂實(shí)施新型教學(xué)方式，既能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神[1]。本文就課堂如何培養(yǎng)小學(xué)生獨(dú)立思考精神展開(kāi)討論。
1 創(chuàng)造情景，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的興趣
俗話說(shuō)，興趣是最好的老師。有心理學(xué)家認(rèn)為，一切有成效的活動(dòng)都必須以興趣作為基礎(chǔ)。興趣在學(xué)生的學(xué)習(xí)中起著很大的作用，在語(yǔ)文學(xué)習(xí)中也不例外[2]。小學(xué)生一旦對(duì)語(yǔ)文學(xué)習(xí)產(chǎn)生了興趣，他們就會(huì)進(jìn)入積極的、最活躍的語(yǔ)文思維狀態(tài)，其潛能便會(huì)得到開(kāi)發(fā)，主體性也會(huì)得到弘揚(yáng)。因此，在語(yǔ)文教學(xué)中要不失時(shí)機(jī)地創(chuàng)設(shè)語(yǔ)文的學(xué)習(xí)情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。可以從以下幾方面來(lái)創(chuàng)設(shè)情景來(lái)以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
1.1激情導(dǎo)入，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)語(yǔ)文的興趣
課文的導(dǎo)入可以多樣化，不同的語(yǔ)文教師可以選擇不同的導(dǎo)入方式，但是所選方式一定要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的。教師可以設(shè)置相應(yīng)課文題目的懸念，將學(xué)生一步一步地引入到課文中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣就會(huì)得到激發(fā)。例如，教師要上《孟母教子》一課時(shí)，就可以首先給同學(xué)們?cè)O(shè)置一個(gè)好的情景。教師可以這樣說(shuō)“想必同學(xué)們都有自己崇拜的偉人吧，但是你們是否知道他們小的時(shí)候就很刻苦努力的讀書了呢？要是他們小時(shí)候生長(zhǎng)在不好的環(huán)境中，那么他們的母親會(huì)怎么辦呢？今天我們要學(xué)習(xí)的就是這樣一個(gè)有趣的故事：孟母教子。”通過(guò)這樣的情景導(dǎo)入，使學(xué)生能夠積極思考，同時(shí)也懷有一定的好奇心，能很好培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考精神。
1.2創(chuàng)造輕松的教學(xué)氛圍，設(shè)立良好的學(xué)習(xí)環(huán)境
目前的小學(xué)語(yǔ)文課堂教學(xué)中，教師總是會(huì)提出一些比較苛刻的問(wèn)題，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生思考的能力和興趣。殊不知這樣的教學(xué)方式不僅不能激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的興趣，反而會(huì)使得學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦的心理，帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)。其實(shí)，發(fā)展個(gè)性要以寬松民主的學(xué)習(xí)氣氛為前提，要讓每一位學(xué)生輕松的上課，在課堂上放松壓力，完全融入課堂的活躍氣氛中，完全融入課文主人公的境遇中。這才是教師課堂教學(xué)的最高境界。例如在學(xué)習(xí)《開(kāi)天辟地》一文時(shí)，教師可以讓學(xué)生自己思考，想象出開(kāi)天辟地的姿勢(shì)，然后讓學(xué)生在課堂上自己做出來(lái)。這樣不僅能夠活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課文的興趣和欲望，更能夠提高學(xué)生主動(dòng)思考的能力，為學(xué)生以后的生活學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
2 讓學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法，提高學(xué)生思考主動(dòng)性
傳統(tǒng)的語(yǔ)文課堂教學(xué)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)預(yù)設(shè)和封閉，從而使課堂變得機(jī)械、沉悶和程式化，缺乏生氣和樂(lè)趣，使學(xué)生的個(gè)性化閱讀得不到發(fā)揮。新課程改革下的課堂教學(xué)，站在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的位置上，尊重學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，以學(xué)定教。而以學(xué)定教不僅體現(xiàn)在學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容和方法 ，還應(yīng)體現(xiàn)在教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)和指導(dǎo)上。在實(shí)際課堂教學(xué)中，可以采取如下辦法：
2.1自主選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容
學(xué)生自主選擇自己所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，可以使得不同的學(xué)生根據(jù)自己獨(dú)特的愛(ài)好來(lái)學(xué)習(xí)不同的課文或同一課文的不同部分，這樣在滿足學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力，能收到非常好的效果，在學(xué)生積極主動(dòng)投入學(xué)習(xí)方面能起到很好的效果。如學(xué)《再見(jiàn)了，親人》時(shí)，教師可以告訴學(xué)生根據(jù)自己的愛(ài)好來(lái)思考，可以根據(jù)自己的喜愛(ài)選擇自己認(rèn)為最感人的部分來(lái)學(xué)習(xí)，也可以選擇結(jié)合當(dāng)時(shí)的歷史背景來(lái)學(xué)，可以選擇課文中主人公的性格特點(diǎn)來(lái)學(xué)等等。這完全地尊重了學(xué)生的個(gè)性差異的特點(diǎn)，而且學(xué)生在課文中學(xué)習(xí)到的新知識(shí)或由此而發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題，都是自主學(xué)習(xí)的收獲。總之，通過(guò)學(xué)生自主與文本對(duì)話，他們的思維發(fā)展了，有了新的感受，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的精神。
2.2自主選擇學(xué)習(xí)方法
學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，不同的學(xué)生肯定有自己不同的學(xué)習(xí)方式，而不同的學(xué)習(xí)方式都有自己的優(yōu)勢(shì)，都可以獲得很好的學(xué)習(xí)效果。所以，老師要基于這一點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，在課堂教學(xué)中要尊重每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，并鼓勵(lì)他們不斷的進(jìn)取。如在《海上日出》一課中，教師可以要求學(xué)生將自己最喜歡的課文內(nèi)容用自己喜歡的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并做學(xué)習(xí)結(jié)果匯報(bào)。這樣，在匯報(bào)時(shí)，有的學(xué)生就會(huì)滿懷激情地描繪日出前、日出時(shí)、日出后的景象，有的則選擇當(dāng)中的詞句的細(xì)細(xì)品味，有的則結(jié)合自己看日出的經(jīng)歷進(jìn)行對(duì)比。教師遵循學(xué)生的個(gè)性差異，給予他們自主選擇學(xué)習(xí)方法的空間，讓學(xué)生個(gè)性得到最好的張揚(yáng)，這也是培養(yǎng)學(xué)生自主思考精神的很有效途徑。
3 結(jié)語(yǔ)
小學(xué)語(yǔ)文課堂教學(xué)是培養(yǎng)小學(xué)生獨(dú)立思考精神的有效教學(xué)路徑，能夠起到很好的效果。小學(xué)語(yǔ)文教師在教學(xué)過(guò)程中一定要從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣入手，盡力提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，并且通過(guò)一定的途徑將學(xué)生的創(chuàng)造性思維與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，這樣才能為學(xué)生將來(lái)的深入學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
篇3
結(jié)構(gòu)可靠性的定義是:“在預(yù)定的條件下，結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定功能的能力”。結(jié)構(gòu)可靠度的定義是:“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率”。如果失效概率用Pi表示，則可靠概率就等于( 1- Pi)，這就是可靠度。
2.研究現(xiàn)狀
加固前的可靠度和加固后的可靠度是橋梁結(jié)構(gòu)加固可靠度的研究主要涉及兩方面的信息。可靠度的判斷作為決策的主要相關(guān)依據(jù)是需要摸清橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況為前提的，這將決定我們采用何種相應(yīng)的加固方法。加固后仍然需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而評(píng)估加固維修是否有效或者是否達(dá)到最大功效。
加固技術(shù)時(shí)間并不長(zhǎng)，在各種不同的加固方法中，我們對(duì)維修與加固混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)很有限，缺少必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是很多加固方法，特別是較新型的加固技術(shù)存在的主要問(wèn)題。因此，有必要收集橋梁結(jié)構(gòu)加固后可靠度的研究資料，尤其對(duì)收集加固后的混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的系統(tǒng)研究資料。盡管，國(guó)外的相關(guān)檢測(cè)設(shè)備非常先進(jìn)，然而，相應(yīng)的資料偏少也是一個(gè)困擾他們的問(wèn)題。
對(duì)于現(xiàn)在的加固設(shè)計(jì)方法，其前提基本上都是在各自的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，由于目前加固結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜性，不能與現(xiàn)行的可靠度設(shè)計(jì)要求相協(xié)調(diào)，也無(wú)法與整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠度相一致。尤其是，沒(méi)有深入的研究局部加固后對(duì)構(gòu)件整體及結(jié)構(gòu)整個(gè)體系的可靠度相關(guān)影響。對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)可靠度研究還局限在對(duì)加固后構(gòu)件的研究。大連理工大學(xué)趙國(guó)藩教授提出了加固后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度分析[1]，分析了現(xiàn)行加固規(guī)范所具有的可靠度水平，提出了結(jié)構(gòu)加
固后可靠度分析方法，對(duì)現(xiàn)行加固規(guī)范所具有的可靠度水平進(jìn)行了分析研究;張宇[2]等分析了粘鋼加固混凝土梁可靠性，趙軍[3]長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文研究了預(yù)應(yīng)力CFRP即布加固混凝土梁，而朱建俊[4]分析了CFRP卿加固受彎構(gòu)件可靠度。有關(guān)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目引用了有限元理論研究混凝土一加固材料應(yīng)力應(yīng)變，分析了其受力模型，探討了相應(yīng)的計(jì)算公式，采用分項(xiàng)系數(shù)形式和采用可靠度校準(zhǔn)分析對(duì)各種加固形式進(jìn)行可靠度分析，力圖與現(xiàn)行規(guī)范相匹配。
3.研究意義
橋梁從施工建造到投入使用，再到運(yùn)營(yíng)階段，性能逐漸退化，最后達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，與一個(gè)人的生命過(guò)程十分相像。施工建造期相當(dāng)于幼年期，在此期間失效的風(fēng)險(xiǎn)率大;使用期相當(dāng)于人類的中年期，此時(shí)失效風(fēng)險(xiǎn)率降低;老化期相當(dāng)于老年期，失效風(fēng)險(xiǎn)率又逐漸提高。但在任何一個(gè)階段中如果經(jīng)過(guò)維修加固等措施，結(jié)構(gòu)承載力將得到顯著提高，其失效風(fēng)險(xiǎn)率又會(huì)降低。
對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行使用壽命預(yù)測(cè)，不僅可以揭示潛在危機(jī)，及時(shí)作出繼續(xù)維修、加固或拆除的決策，避免事故發(fā)生，而且研究成果可以直接用于指導(dǎo)加固橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)定，提高加固橋梁的耐久性。通過(guò)對(duì)加固后橋梁使用壽命的預(yù)測(cè)，一方面，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)明確加固后新結(jié)構(gòu)的實(shí)際壽命，從而做到防患于未然;另一方面，可以揭示加固后影響新結(jié)構(gòu)使用壽命的內(nèi)部和外部因素，然后根據(jù)工作環(huán)境、用途、經(jīng)濟(jì)條件等進(jìn)行有針對(duì)性的維修加固。這對(duì)提高加固工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量必有一定的促進(jìn)作用。特別是面對(duì)下一代規(guī)范將采用基于性能的設(shè)計(jì)與生命周期宏觀造價(jià)優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想，必將要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的壽命進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)。
4.結(jié)束語(yǔ)
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于既有橋梁可靠度研究較多，可靠度分析理論也較完善，但關(guān)于橋梁加固后可靠度的研究和資料較少，尤其是對(duì)于加固后混凝土橋梁動(dòng)態(tài)可靠度的研究。因此，對(duì)于加固后橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的研究還需進(jìn)一步深入。
參考文獻(xiàn)：
[1] GBJll4-90,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992
篇4
一、我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
總體來(lái)講我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系仍不夠完善，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。
二、橋梁設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
(一)應(yīng)該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題。國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來(lái)改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐都表明，結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。
(二)重視對(duì)疲勞損傷的研究。橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。 由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實(shí)際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會(huì)逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會(huì)引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測(cè)到，但其帶來(lái)的后果往往是災(zāi)難性的，故而對(duì)疲勞損傷的研究需要引起足夠的重視。
(三)充分重視橋梁的超載問(wèn)題。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問(wèn)題。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。因此需要對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。
(四)積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果。國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差、耐久性和安全性差（包括使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高、安全事故較頻繁等）。這些問(wèn)題的產(chǎn)生固然與目前國(guó)內(nèi)施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān)，但平心而論，既然這種現(xiàn)狀不能在短期內(nèi)得到解決，那么作為工程設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該在正視這一問(wèn)題的前提，充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平和材料工藝水平，采用適當(dāng)?shù)陌踩取⑦m當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來(lái)保證橋梁使用性能的達(dá)到，這才是更為主動(dòng)和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問(wèn)題很多與結(jié)構(gòu)體系或使用材料選擇不合理及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有關(guān)。
在歐洲國(guó)家，非常重視對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行性能設(shè)計(jì)（即PBD， Performance Based Design），內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動(dòng)、強(qiáng)健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。PBD研究主要是為了使結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中除了保證最低的安全性要求外，尚應(yīng)有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等）。就其本質(zhì)而言，歐洲國(guó)家的PBD理論，主要研究結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的服務(wù)性能，分析使性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機(jī)理、規(guī)律，尋求新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法。
三、可以深入研究的方向
(一)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析。對(duì)于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度分析的非常復(fù)雜的研究課題，許多學(xué)者對(duì)此從不同角度進(jìn)行了研究，提出了一些概念和方法。如結(jié)構(gòu)可靠度分析的一階矩概念及荷載為Ferry Borges Castanheta組合情況下的計(jì)算方法問(wèn)題；利用系統(tǒng)系數(shù)，針對(duì)結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對(duì)應(yīng)的極限狀態(tài)不同，計(jì)算系統(tǒng)可靠度并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度等，同時(shí)，一些學(xué)者還研究了系統(tǒng)可靠度界限的問(wèn)題。總之，系統(tǒng)可靠度分析研究?jī)?nèi)容豐富，難度較大。
(二)人為差錯(cuò)的分析。許多結(jié)構(gòu)的失效并非由荷載、強(qiáng)度的不確定性造成，而往往是設(shè)計(jì)、施工、使用等環(huán)節(jié)中人為差錯(cuò)造成的，這方面事例很多，已成為目前研究熱點(diǎn)之一。 轉(zhuǎn)貼于
(三)在役結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估與維修決策問(wèn)題。對(duì)在役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估與維修決策正成為建筑結(jié)構(gòu)學(xué)的邊緣學(xué)科，它不僅涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、建筑材料科學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論，而且，與施工技術(shù)、檢驗(yàn)手段、建筑物的維修使用狀況等有密切的關(guān)系。同時(shí)，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)可靠性理論，在在役結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估中也必將得到相應(yīng)的發(fā)展。
(四)模糊隨機(jī)可靠度的研究。模糊隨機(jī)可靠度理論研究是工程結(jié)構(gòu)廣義可靠度理論研究的重要內(nèi)容，隨著模糊數(shù)學(xué)理論與方法的完善，模糊隨機(jī)可靠度理論也必將進(jìn)一步完善和發(fā)展。
四、結(jié)束語(yǔ)
橋梁設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的，系統(tǒng)的工程。需要豐富的理論知識(shí)，并且盡量避免主觀經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響。在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然有許多重大的理論問(wèn)題需要解決。總之橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)估及維修決策之中尚有許多細(xì)致的工作要做。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉玉彬．工程結(jié)構(gòu)可靠度理論研究綜述[J]．吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，19(2):41-43．
篇5
一、工程結(jié)構(gòu)可靠度理論及其演變
在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，最重要的問(wèn)題就是工程結(jié)構(gòu)的安全性問(wèn)題。原因在于，結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的耗資十分巨大，一旦其工程失效，不僅會(huì)威脅人民群眾的生命安全，更會(huì)造成難以估量的損失和次生災(zāi)害。在人們對(duì)于結(jié)構(gòu)工程不確定性進(jìn)行認(rèn)識(shí)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)可靠性理論得以形成。在1911年，便有人用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)對(duì)荷載以及材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。1928年和1935年，相關(guān)學(xué)者相繼發(fā)表了這方面的文章。在1946年，《結(jié)構(gòu)的安全》這一研究論文得以發(fā)表，該文章對(duì)結(jié)構(gòu)安全度等問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)探討。通過(guò)這樣反復(fù)的研究和發(fā)展，人們可靠度理論得以產(chǎn)生，人們也紛紛對(duì)可靠度理論的基本概念和應(yīng)用進(jìn)行探討。
對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度產(chǎn)生影響的因素多種多樣，從工程背景的角度來(lái)看，其影響因素主要包括：荷載、材料參數(shù)、幾何尺寸、初始條件、邊界條件、計(jì)算模型等。人們將影響結(jié)構(gòu)可靠度的因素稱之為隨機(jī)變量，所有的參數(shù)都可以作為隨機(jī)變量，或者還可以將當(dāng)量作為隨機(jī)變量。但是，為了給計(jì)算帶來(lái)便利，人們將可以當(dāng)做常量的量看作常量。
二、水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的常用方法
（一）運(yùn)用分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)表達(dá)式
在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)極限狀態(tài)作為設(shè)計(jì)方法，不僅得到了廣泛的運(yùn)用，成為當(dāng)前水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的過(guò)程中所普遍運(yùn)用的設(shè)計(jì)方法，更與確定性方法相適用。明確作用分項(xiàng)系數(shù)以及材料性能分項(xiàng)系數(shù)的物理概念，對(duì)可能會(huì)產(chǎn)生的不確定性和不確定因素進(jìn)行反映，具有很強(qiáng)的降強(qiáng)概念和超載概念，而且其與結(jié)構(gòu)類型無(wú)關(guān)。因此，從作用本身變異性來(lái)對(duì)作用分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確地確定，運(yùn)用材料試件變異性來(lái)對(duì)材料性能分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行確定。在《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，已經(jīng)明確規(guī)定，水工結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)系數(shù)主要對(duì)各種結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算不確定性進(jìn)行綜合考慮，還要對(duì)作用分項(xiàng)系數(shù)和材料性能分項(xiàng)系數(shù)中沒(méi)有考慮的其他分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行綜合考慮，比如幾何尺寸不確定性等。這些不確定性與水工結(jié)構(gòu)的形式具有重要的關(guān)系，結(jié)構(gòu)系數(shù)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度具有直接關(guān)系，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)的不同，導(dǎo)致其目標(biāo)可靠指標(biāo)也并不相同。所以，在《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》里已經(jīng)明確規(guī)定，將安全等級(jí)是II級(jí)結(jié)構(gòu)作為前提和基礎(chǔ)，對(duì)其他等級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)系數(shù)將II級(jí)結(jié)構(gòu)系數(shù)乘以對(duì)應(yīng)重要性系數(shù)便可以得到。
（二）確定目標(biāo)可靠指標(biāo)
在水工結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)過(guò)程中，目標(biāo)可靠指標(biāo)是水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要的根據(jù)，目標(biāo)可靠指標(biāo)與工程的使用維護(hù)費(fèi)用、投資風(fēng)險(xiǎn)、造價(jià)、人民生活、財(cái)產(chǎn)等因素息息相關(guān)，目標(biāo)可靠指標(biāo)對(duì)水工結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和安全性平衡進(jìn)行體現(xiàn)，可以說(shuō)，目標(biāo)可靠指標(biāo)代表水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所預(yù)期的結(jié)構(gòu)可靠度。因此，對(duì)目標(biāo)可靠指標(biāo)值進(jìn)行合理的明確，不僅要依靠設(shè)計(jì)人員水工結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)水平，還要依靠科技發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)，正因如此，目標(biāo)可靠指標(biāo)是一項(xiàng)需要對(duì)國(guó)家綜合性技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策進(jìn)行充分考慮的指標(biāo)。通常情況下，人們通過(guò)經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)法、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化法、事故類比法這三種方法來(lái)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)。在確定目標(biāo)可靠指標(biāo)的過(guò)程中，不僅要對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，還要對(duì)水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況進(jìn)行綜合考慮，將舊規(guī)范和新規(guī)范銜接起來(lái)。在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，如果采用經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)法來(lái)確定目標(biāo)可靠指標(biāo)。要通過(guò)對(duì)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范安全度進(jìn)行校核，通過(guò)反演計(jì)算，將根據(jù)原規(guī)范設(shè)計(jì)在水工結(jié)構(gòu)里隱含相應(yīng)的可靠指標(biāo)值找出來(lái)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析和調(diào)整，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行制定，通過(guò)這樣的方法和流程得出的目標(biāo)可靠指標(biāo)，是基于概率分析之上，屬于可靠性設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠指標(biāo)。
（三）計(jì)算水工結(jié)構(gòu)可靠度
水工結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的常用方法多種多樣，例如Monte Carlo抽樣法、一次二階矩方法、高次高階矩方法、遺傳算法。作為一個(gè)將適應(yīng)度的函數(shù)作為根本的算法，遺傳算法主要通過(guò)對(duì)各種群個(gè)體實(shí)施遺傳操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)種群內(nèi)個(gè)體結(jié)構(gòu)重組。在這樣的過(guò)程中，種群個(gè)體逐代得以優(yōu)化，并且逐漸與最優(yōu)解逼近。遺傳算法屬于智能搜索的算法，變異、交叉和選擇是遺傳算法所依賴的基本操作。遺傳算法的流程如下圖所示，遺傳算法具有很強(qiáng)的全局最優(yōu)性、自適應(yīng)性、魯棒性等特征，這些特性是其它算法缺少的。
遺傳算法流程圖
通過(guò)運(yùn)用遺傳算法，能夠規(guī)避傳統(tǒng)算法的缺點(diǎn)，將決策變量編碼作為運(yùn)算的開(kāi)展對(duì)象，遺傳算法將決策變量某一種形式編碼作為預(yù)算對(duì)象，這樣能夠?yàn)槲覀兲峁┍憷覀儽憧梢愿玫剡\(yùn)用遺傳操作算子。此外，遺傳算法還將目標(biāo)函數(shù)值作為根本的搜索信息，對(duì)搜索范圍和方向進(jìn)行確定，遺傳算法還適用于多個(gè)搜索點(diǎn)信息的搜索，其概率搜索技術(shù)得以廣泛運(yùn)用。
結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前形勢(shì)下，工程結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，人們對(duì)于事物認(rèn)知程度越來(lái)越深，正因如此，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸從確定性的設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變成為概率設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，不能夠真正保證水工結(jié)構(gòu)的安全和可靠，也不利于深入理解設(shè)計(jì)安全性的內(nèi)涵。因此，在水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將結(jié)構(gòu)可靠度理論作為前提和基礎(chǔ)，運(yùn)用概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，能夠從本質(zhì)上對(duì)水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中不定性的因素實(shí)施量化分析。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳銳林，唐世江，高瑞宏，曹素功，肖新強(qiáng)，唐璋，胡洪波. 深水庫(kù)區(qū)施工專用工程浮箱的設(shè)計(jì)理論――綜合設(shè)計(jì)法[J]. 湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，02：36-41.
篇6
Keywords: highway bridge; Reinforcement; Reliability analysis
中圖分類號(hào)：X734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)
1、引言
近年來(lái)我國(guó)公路交通得到了迅速的發(fā)展。但在公路交通網(wǎng)絡(luò)中存在大量修建時(shí)間較早的舊橋，由于特定的歷史背景，很多舊橋存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低和維護(hù)保養(yǎng)不足的問(wèn)題。將這些存在問(wèn)題的橋涵在經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)與相關(guān)的力學(xué)計(jì)算后進(jìn)行必要的加固和維修成為路政管理中的重要問(wèn)題。但對(duì)舊橋的加固只是完成了初步的任務(wù)。對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行承載能力分析，對(duì)加固后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)于檢驗(yàn)加固工作是否真正起到了效果和積累經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。
2、橋涵結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定方法
橋涵結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定是路政管理中的一項(xiàng)常規(guī)但重要的任務(wù)。在現(xiàn)有的條件下，對(duì)公路橋涵的可靠性評(píng)定通常有以下幾種方法。
2.1外觀評(píng)定法
該方法是通過(guò)匯總橋涵可觀察到的缺損情況，在和對(duì)橋梁設(shè)計(jì)資料的對(duì)比作為依據(jù)對(duì)橋涵的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，操作較為簡(jiǎn)單，這類方法一般被成為經(jīng)驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以考慮一些無(wú)法用數(shù)據(jù)來(lái)做定量分析的因素，同時(shí)可以通過(guò)這些資料的匯總后咨詢專家意見(jiàn)。因此這種方法對(duì)橋梁的可靠性評(píng)價(jià)對(duì)評(píng)價(jià)者的工程經(jīng)驗(yàn)水平要求較高。
2.2規(guī)范評(píng)定法
橋涵的設(shè)計(jì)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此對(duì)與橋涵的可靠性評(píng)估以設(shè)計(jì)規(guī)范作為衡量標(biāo)準(zhǔn)也是可行途徑之一。這種方法建立在力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，因此其理論基礎(chǔ)較為可靠。但由于橋梁在設(shè)計(jì)階段和實(shí)用階段的差異，設(shè)計(jì)階段很多未考慮到的不確定因素在橋梁的可靠性評(píng)估中不易確定，因此如何平衡二者之間的這種差異是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。
2.3橋涵荷載試驗(yàn)法
這類方法是在橋涵上施加靜載或動(dòng)載，評(píng)定在具體工作狀態(tài)不明確時(shí)的橋涵的承載能力。這類方法較為可靠，而且試驗(yàn)的結(jié)果非常的直觀，在新建橋涵和加固橋涵的質(zhì)量評(píng)定方面運(yùn)用較多，也被用來(lái)作為外觀評(píng)定和理論計(jì)算后橋梁可靠性評(píng)定的附加手段。按所加荷載的不同性質(zhì)，又可分為靜載試驗(yàn)法和動(dòng)載試驗(yàn)法兩種。
在這類試驗(yàn)性方法中常用的手段是利用光纖光柵傳感器來(lái)檢測(cè)橋梁在使用中的各種變形情況，并據(jù)此做出分析和計(jì)算。其基本步驟為：在橋面板下部受力鋼筋和鋼板上布置光柵傳感器，并選擇測(cè)試截面；在橋梁上施加最不利荷載，記錄測(cè)試截面的內(nèi)力影響線和位移影響線；通過(guò)光柵傳感器返回的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換得到橋梁在施加荷載后的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值，借此評(píng)估橋梁的承載能力。
2.4基于結(jié)構(gòu)可靠度理論評(píng)定方法
這類方法通過(guò)對(duì)橋涵極限承載力的狀態(tài)分析，計(jì)算橋涵的失效可能性和可靠性指標(biāo)等參數(shù)，并對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力和使用安全性進(jìn)行評(píng)估。其核心思想是分析橋梁所能夠承受的承載力極限狀態(tài)，從概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)為橋梁在未來(lái)實(shí)際運(yùn)行中可能發(fā)生的破壞情況做出概率評(píng)定，并給出一組量化的橋梁可靠性指標(biāo)。基于結(jié)構(gòu)可靠度理論的橋梁評(píng)定方法可以綜合考慮確定因素和不確定因素的對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的影響，并可以將這些因素綜合成為統(tǒng)一的理論框架。
2.5考慮橋梁荷載歷史的可靠性評(píng)定方法
這種評(píng)定方法考慮的因素更加多樣化，利用橋梁在建成后使用過(guò)程中的后續(xù)信息，用可靠度理論來(lái)計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度和剩余使用壽命。由于荷載試驗(yàn)組織和實(shí)施方面需要的人力物力較大，因此常采用在橋梁使用過(guò)程中實(shí)際曾經(jīng)承受過(guò)的較大荷載，利用驗(yàn)證荷載法、條件概率法等理論手段來(lái)評(píng)估橋梁的可靠性，并給出量化的計(jì)算結(jié)果。由于在評(píng)定時(shí)所采用的荷載為經(jīng)驗(yàn)荷載，因此在反映橋梁真實(shí)承載力方面需要利用一些理論方法對(duì)橋梁可能受到的實(shí)際荷載進(jìn)行模擬。
2.6考慮時(shí)變性的橋梁可靠度評(píng)估方法
這類方法的基本思想是基于結(jié)構(gòu)的可靠性理論，不過(guò)更注重于對(duì)一些具有時(shí)變性的因素，并考慮這種時(shí)變性給橋梁的可靠性評(píng)估所帶來(lái)的偏差。因此這種方法實(shí)際上屬于一種動(dòng)態(tài)性的可靠性評(píng)估方法。在實(shí)際運(yùn)用中，常采用的時(shí)變因素有橋梁荷載、橋梁的結(jié)構(gòu)抗力和評(píng)價(jià)的可靠性指標(biāo)三類。
在考慮因素的時(shí)變性特征時(shí)，還有一類貝葉斯推斷方法。多數(shù)的橋梁可靠性評(píng)估的思路是利用理論分析、試驗(yàn)或者統(tǒng)計(jì)的方法建立某種橋梁壽命的預(yù)測(cè)模型，但這類方法往往不考慮橋梁加固后新的構(gòu)件元素，因此蘊(yùn)涵著可能占主導(dǎo)作用的主觀不確定性，而且不能通過(guò)重復(fù)觀測(cè)得到這種不確定性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，采用貝葉斯方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)綜合橋梁現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型信息，使得所得預(yù)測(cè)結(jié)果具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，減小主觀不準(zhǔn)確性，利用不斷收集到的新信息，不斷提高橋梁可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確性和客觀性。這樣為時(shí)變可靠度分析提供了一種動(dòng)態(tài)更新的思路。總之這一方法的主旨是從已知的橋梁運(yùn)行狀況來(lái)對(duì)橋梁未來(lái)可能的壽命和承載能力做出概率方面的推斷，從而為橋梁的可靠性性評(píng)估提供依據(jù)。
2.7綜合評(píng)定法
該類方法通過(guò)采集橋涵的各類關(guān)鍵指標(biāo)，依據(jù)相關(guān)的技術(shù)評(píng)定規(guī)范來(lái)對(duì)橋涵的可靠性進(jìn)行綜合評(píng)定。主要考察的對(duì)象是橋梁上部結(jié)構(gòu)、傳力結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和地基等的承載力，并對(duì)這些構(gòu)件的承載力進(jìn)行評(píng)估。這種綜合評(píng)定方法的依據(jù)是公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中關(guān)于全橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定的相關(guān)內(nèi)容。以這種方法為基礎(chǔ)，還可以引入一些較為前沿的研究成果，比如將結(jié)構(gòu)抗力的不確定因素引入其中，從概率論的角度來(lái)對(duì)橋梁的某處結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行定量的分析。
3結(jié)語(yǔ)
公路橋涵可靠性分析是對(duì)橋梁性能的系統(tǒng)性總結(jié)和分析。既可以用在現(xiàn)役橋梁的可靠性評(píng)定，也可用于橋梁加固后的可靠性評(píng)定。這類工作可為橋梁的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。可靠性分析方法是這類問(wèn)題中的重要研究方向，本文中總結(jié)了較為常見(jiàn)的橋涵結(jié)構(gòu)可靠性分析的計(jì)算方法，其中既有經(jīng)驗(yàn)性的方法也有理論性較強(qiáng)的方法。在橋梁可靠性的實(shí)際評(píng)定工作中，可依據(jù)所具有的不同條件來(lái)選擇合適的評(píng)定方法。
參考文獻(xiàn)
【1】王二磊.高速公路橋涵加固后可靠性研究[D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.
篇7
Key words: the asphalt pavement structure; HPDS2003; Lk table deflection value; sensitivity
中圖分類號(hào)：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
目前我國(guó)高速公路及一、二級(jí)大都以瀝青混合料作為道路的面層結(jié)構(gòu)，即瀝青路面。其結(jié)構(gòu)可靠性以漸成為人們研究的主要課題。瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)考慮了設(shè)計(jì)參數(shù)的變異性和不確定性對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，下面將利用HPDS2003路面設(shè)計(jì)程序結(jié)合實(shí)例說(shuō)明該問(wèn)題。
工程簡(jiǎn)介
某一級(jí)公路，路面寬15m，中間設(shè)分隔帶，兩側(cè)各設(shè)2個(gè)車道，單向行駛（），標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100，交通量平均增長(zhǎng)率=4.5%，路面設(shè)計(jì)年限t=15，累計(jì)當(dāng)量軸次1 239 119次，設(shè)計(jì)彎沉36.3（0.01mm）。路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1.1 路面結(jié)構(gòu)示意圖
利用HPDS2003公路路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算結(jié)果如圖1.2
圖1.2 工程實(shí)例計(jì)算結(jié)果
從圖1.2可以看出，用工程實(shí)例中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到的路表彎沉值為36.3（0.01mm）,下面以路表彎沉值作為控制指標(biāo)，通過(guò)對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)的取值變化所引起的路表彎沉值的變化來(lái)分析瀝青路面結(jié)果的可靠度。
土基抗壓回彈模量對(duì)路表彎沉值的影響
工程實(shí)例中，土基的抗壓回彈模量取值為38.5MPa,下面分別取38、37.5、37、36.5、36、35.5、35、34.5MPa，查看土基抗壓回彈模量的變化對(duì)于路表彎沉值的影響。其中當(dāng)土基抗壓回彈模量取34.5MPa時(shí)，HPDS2003計(jì)算結(jié)果如圖2.1，其余的這里不再列出。
圖2.1土基抗壓回彈模量取34.5MPa時(shí)計(jì)算結(jié)果
表2.1及圖2.2列出了土基抗壓回彈模量取值不同時(shí)的路表彎沉值。
表2.1 土基抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
圖2.2 土基抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
基層抗壓回彈模量對(duì)路表彎沉值的影響
分別取基層抗壓回彈模量為550、500、450、400MPa，利用HPDS2003計(jì)算路表彎沉值得到表3.1及圖3.1。其中當(dāng)基層抗壓回彈模量取500MPa時(shí)HPDS2003計(jì)算結(jié)果如圖3.2。其余的計(jì)算圖示這里不再列出。
表3.1 基層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
圖3.1基層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
圖3.2 基層抗壓回彈模量取500MPa時(shí)計(jì)算結(jié)果
面層抗壓回彈模量對(duì)路表彎沉值的影響
分別取面層抗壓回彈模量為1200、1250、1300、1350、1400、1600MPa來(lái)查看路表彎沉值的變化，見(jiàn)表4.1及圖4.1。其中當(dāng)面層抗壓回彈模量取1600MPa時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖4.2，其余的計(jì)算圖示不再列出。
表4.1 面層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
圖4.1 面層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響
圖4.2 面層抗壓回彈模量取1600MPa時(shí)的計(jì)算結(jié)果
4.1 面層厚度為3cm時(shí)，面層抗壓回彈模量對(duì)路表彎沉值的影響
HPDS2003中推薦的細(xì)粒式瀝青混凝土的厚度取值范圍在2.5―4cm，下面就以面層厚度為3cm時(shí)為例，討論面層抗壓回彈模量對(duì)路表彎沉值的影響規(guī)律。見(jiàn)表4.1.1及圖4.1.1。
表4.1.1 面層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響（3cm）
圖4.1.1 面層抗壓回彈模量的變化對(duì)路表彎沉值的影響(3cm)
圖5.1 面層厚度的變化對(duì)路表彎沉值的影響
結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)取不同的變化值，利用HPDS2003路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算各種情況下的路表彎沉值，得出以下結(jié)論：
（1）由各圖可以看出，無(wú)論是土基、基層或面層的抗壓回彈模量變化還是面層的厚度的變化，其變化規(guī)律都近似為直線，說(shuō)明路表彎沉值對(duì)于某確定變量的變化規(guī)律差別不大。
（2）由表2.1、圖2.2可以看出，土基的抗壓回彈模量的變化對(duì)于路表彎沉值的影響最大。
（3）基層抗壓回彈模量對(duì)于路表彎沉值的影響，由表3.1、圖3.1可以看出，基層抗壓回彈模量勻速減小，而路表彎沉值的增加量逐漸增大。說(shuō)明在基層剛度較小時(shí)，增加基層剛度能有效的減小路表彎沉值，而當(dāng)基層剛度較大時(shí)，通過(guò)增加基層剛度降低路表彎沉值效果不明顯。
（4）面層抗壓回彈模量對(duì)于路表彎沉值的影響，本文中分面層較厚與較薄兩種情況，由分析得知，兩種情況下，通過(guò)增加面層剛度減小路表彎沉值的效果都很不明顯，但面層較厚較之面層較薄時(shí)明顯。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王祺國(guó)，徐旭.瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度及優(yōu)化方法研究[J].中外公路。2007.12,27卷6期
[2] 丁瑞,《基于數(shù)值模擬的瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度的研究》.重慶交通大學(xué)碩士畢業(yè)論文
[3] 鄧學(xué)鈞,黃曉明.路面設(shè)計(jì)原理與方法.北京:人民交通出版社,2001.5
[4] 秦權(quán),林道錦,梅剛.結(jié)構(gòu)可靠度隨機(jī)有限元―理論及工程應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006
篇8
一、分析工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度
在我國(guó)新舊規(guī)范更替的過(guò)程中，在工程結(jié)構(gòu)或者是結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的可靠度方面，均按照國(guó)際通用的校對(duì)法對(duì)其進(jìn)行編制。本文將以其中最為常見(jiàn)的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》為研究對(duì)象，選擇其中比較具有代表性的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析。
1.對(duì)工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)進(jìn)行分析，極限狀態(tài)可以用下列方程進(jìn)行描述。 該方程式中，g（.）屬于結(jié)構(gòu)功能函數(shù)，而X則代表了其中的基本變量，所以對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就必須要滿足g（X1，X2，X3，X4，-----X）要大于等于0.在實(shí)際使用過(guò)程中，均定義的結(jié)構(gòu)如果不能完成預(yù)定功能結(jié)構(gòu)，則為失效概率。如果需要對(duì)其中結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件進(jìn)行可靠度方面的計(jì)算，那么可以使用可靠度指標(biāo)進(jìn)行度量，二者之間的關(guān)系為Pf等于Φ（-β）。該式當(dāng)中，Φ屬于標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布函數(shù)，而pf則屬于失效概率運(yùn)算數(shù)值，β就屬于構(gòu)件當(dāng)中的可靠指標(biāo)。在對(duì)β進(jìn)行求解的時(shí)候，通常情況下都使用驗(yàn)算點(diǎn)法進(jìn)行求解，并且基本的變量統(tǒng)計(jì)參數(shù)都可以使用迭代計(jì)算對(duì)其進(jìn)行獲取。經(jīng)過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)，平均可靠指標(biāo)都使用可靠度原始依據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。使用算術(shù)平均的方式對(duì)其進(jìn)行處理具有比較明顯的漏洞。在計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有代入不同種類的荷載效應(yīng)對(duì)于比值的影響，因?yàn)楫?dāng)前情況下，還沒(méi)有一個(gè)妥善的應(yīng)用條件來(lái)往完成統(tǒng)計(jì)工作，所以在實(shí)際工作中將不會(huì)考慮到該值的分布概率以及權(quán)數(shù)。
2.本文所提出的公式當(dāng)中的β以及P之間雖然存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是使用β算術(shù)平均求值將P替換掉，最終的結(jié)果與二者之間的非線性關(guān)系存在較大的矛盾。經(jīng)過(guò)實(shí)際計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)P=1.0的時(shí)候，β為1.59X10-1，當(dāng)P值等于2.0的時(shí)候，β等于2.28×10-2。當(dāng)P值等于3.0的時(shí)候，β等于1.35X10-2，當(dāng)P值等于4.0的時(shí)候，β等于3.40X10-2.通過(guò)總結(jié)二者之間的關(guān)系我們可以發(fā)現(xiàn)，將不同情況下的P值帶入到不同的公式當(dāng)中，便可以得到具有一定針對(duì)性的數(shù)值，將這部分?jǐn)?shù)值先求平均，之后進(jìn)行換算，但是經(jīng)過(guò)換算之后求平均的數(shù)值和直接求平均得出來(lái)的數(shù)值之間存在一定的差異。分析變量之間的關(guān)系我們可以發(fā)現(xiàn)，如果先假設(shè)一個(gè)功能函數(shù)為A，那么A=R-S。該等式中，R即為施工中的抗力綜合效應(yīng)，而S即為施工中荷載的綜合效應(yīng)。如果R和S都屬于正態(tài)的分布狀況，那么A也必然是屬于正太分布，根據(jù)這一情況我們可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差以及均值。μA=μR-μS繼續(xù)計(jì)算即可得到A在概率密度方面的函數(shù) ，那么在這種情況下的工程失效概率即為 ，其中Φ代表了常規(guī)狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)。分析上述函數(shù)公式可以得出結(jié)論。在失效概率的前提下進(jìn)行平均換算要明顯小于按照算數(shù)的方式進(jìn)行平均換算。這一結(jié)論雖然是通過(guò)總結(jié)變量之間的關(guān)系得出的，但是該結(jié)論具有一定的共性，可以應(yīng)用到大部分變量。
二、措施
1.結(jié)構(gòu)工程中，結(jié)構(gòu)安全性主要表現(xiàn)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的承載能力以及結(jié)構(gòu)牢固性與耐久性等方面。對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案，再進(jìn)行下一步的結(jié)構(gòu)分析以及設(shè)計(jì)，并且需要使用相應(yīng)的規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)， 保證結(jié)構(gòu)安全性。可靠度通常情況下都強(qiáng)調(diào)正常設(shè)計(jì)、正常施工以及正常使用這三方面，要根據(jù)工程的實(shí)際情況，綜合施工單位的能力，保證設(shè)計(jì)的合理性。因?yàn)樽鳛榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，必須要考慮到工程失效所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)以及后果。
2.建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命不僅與設(shè)計(jì)水平、施工科學(xué)性等因素有關(guān)，同時(shí)也與維護(hù)、使用環(huán)境息息相關(guān)。對(duì)于部分沒(méi)有安全檢測(cè)法規(guī)的工程來(lái)說(shuō)，可以在建造過(guò)程中進(jìn)行強(qiáng)制性的安全檢查，還可以保證設(shè)計(jì)可靠度，提升工程質(zhì)量。
3.在施工過(guò)程中，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠程度是工程預(yù)期目標(biāo)的一個(gè)重要標(biāo)尺，如果可以最大程度的獲取相關(guān)信息，就可以在獲取信息的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行修訂，讓這一設(shè)計(jì)更加的符合實(shí)際施工的需要，因?yàn)樵O(shè)計(jì)不一定就會(huì)滿足施工當(dāng)?shù)氐囊螅M(jìn)行修訂不代表設(shè)計(jì)是錯(cuò)誤的，反而更能提升設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與使用效率。只有把握好工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中的可靠度，讓可靠度具有相對(duì)一致性，才能保證工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。想要做到這一點(diǎn)，就必須同時(shí)保證結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)性兩方面的原因。在抗力函數(shù)當(dāng)中，通常情況下都會(huì)使用局部的多抗力系數(shù)或者是單系數(shù)卻多值的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際使用過(guò)程中獲得了較好的效果。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文主要通過(guò)計(jì)算的方式，對(duì)工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，再提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要注意的問(wèn)題，以及問(wèn)題的嚴(yán)重性，針對(duì)部分問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方式。希望可以為我國(guó)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供一份資料與經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]舒寨民.鋼構(gòu)件抗力分項(xiàng)系數(shù)及其可靠度分析[D].重慶建筑大學(xué)申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文.2013：09-11.
[2]戴國(guó)新，劉存中，郭洪.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度中的幾個(gè)問(wèn)題的探討[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，07（13）：224-226.
篇9
重力式擋土墻因其有就地取材、施工方便、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，在水利、公路、建筑、港口、鐵路、礦山等工程中被廣泛應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行較為全面準(zhǔn)確的可靠性分析具有重要的意義.目前工程上大都采用定值分析方法來(lái)分析擋土墻，此法雖經(jīng)長(zhǎng)期工程實(shí)踐證明為一種有效的方法，但存在明顯不足之處：首先是沒(méi)有考慮荷載、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、土的容重、地下水位、材料強(qiáng)度等量的隨機(jī)性;其次是沒(méi)有考慮擋土墻傾覆破壞、水平滑移破壞、地基承載力不足破壞、整體滑移破壞的失效模式相關(guān)性.因此，有的擋土墻按定值法算出的安全系數(shù)是足夠的，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)生了破壞，這已為國(guó)內(nèi)外許多破壞實(shí)例所證實(shí).
地震時(shí)，常因地震作用使土壓力增大而造成擋土墻的破壞，因此，在地震區(qū)建造擋土墻時(shí)應(yīng)考慮地震對(duì)土壓力的影響.在降雨較充足的地區(qū)，土體滲流及墻體排水速度有限，引起墻后水位上升，墻后壓力增大，擋土墻往往在下雨時(shí)或下雨后由于水壓力增大而破壞.對(duì)于低矮的擋土墻，因墻體厚重，所受拉彎曲拉應(yīng)力較低，再加上墻體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力又能抵消部分拉應(yīng)力，因而墻身拉應(yīng)力很小;對(duì)于稍高的擋土墻，除墻體厚重外，還可采用配鋼筋等結(jié)構(gòu)措施處理，因此，暫不考慮墻身材料強(qiáng)度不足的破壞.
1.1實(shí)例分析
某工程采用重力式擋土墻，墻身材料混凝土重度為γ0=24KN/m3，變異系數(shù)為0.05.斷面為矩形，埋深3.2m，基坑開(kāi)挖5.0m，地基土假定為單一土層，擋土墻底與土之間摩擦角為31°，地下水位高度平均值在地表以下1.0m處，變異系數(shù)為0.42.在漲水期間地下水不漫過(guò)墻頂，各土性指標(biāo)的概率特性列如表1所示，擋土墻幾何尺寸視為定值.
表1隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)特征
注，隨機(jī)變量之間相關(guān)性：c、φ間相關(guān)系數(shù)為-0.3，c、H0間相關(guān)系數(shù)為-0.4， φ、H0間相關(guān)系數(shù)為-0.3;其它變量相互獨(dú)立。
計(jì)算得各種失效模式對(duì)應(yīng)的可靠指標(biāo)如表2
表2各種失效模式對(duì)應(yīng)的可靠指標(biāo)
考慮3種失效模式通過(guò)隨機(jī)變量聯(lián)系，存在相互聯(lián)系，因此其可靠度必然落在一個(gè)范圍之內(nèi)，其失效概率一般界限可用式（6.6）求解，得
0.0084936≤Pf≤1-（1-0.0084936）（1-0.0035518）（1-0.0078464）=0.019767356
進(jìn)而由Pr =1-Pf求可靠度的界限：99.15064% ≥Pr≥98.02326%
以上求出的可靠度范圍較窄.故可不求擋土墻可靠度窄界限.
二、軸心荷載下樁樁基礎(chǔ)的可靠度計(jì)算
對(duì)擋土墻等結(jié)構(gòu)進(jìn)行的可靠度計(jì)算均為地上結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中地下結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算也具有很重要的工程意義，本節(jié)對(duì)基礎(chǔ)工程中軸心荷載下樁基礎(chǔ)的可靠度計(jì)算進(jìn)行分析。
打入砂層的混凝土摩擦樁，其承載能力一般可以認(rèn)為是由混凝土的抗壓強(qiáng)度和土對(duì)樁的支承能力來(lái)確定.假設(shè)本樁斷面是圓形的，則與土對(duì)樁支承能力不足相對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)為
三、偏心荷載下樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)的失效模式與可靠度窄界限
以下對(duì)樁基最一般的工作狀態(tài)偏心荷載作用下進(jìn)行可靠度分析，就偏心荷載下樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)失效模式與可靠度的窄界限進(jìn)行研究。
樁底壓漿灌注樁是新近開(kāi)發(fā)的新型摩擦樁，具有承載力高、沉降小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)己用于實(shí)際基礎(chǔ)工程中，對(duì)其可靠度的合理評(píng)價(jià)具有重要的工程意義.然而在現(xiàn)行的土力學(xué)地基與基礎(chǔ)之中，摩擦樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)仍是采用傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，由樁身材料強(qiáng)度和土對(duì)樁的支承力來(lái)確定單樁豎向承載力，然后由單樁豎向承載力來(lái)確定樁數(shù)及樁的布置，再對(duì)各樁進(jìn)行承載力驗(yàn)算，并驗(yàn)算群樁地基強(qiáng)度.這種方法有明顯不足之處.首先是沒(méi)考慮樁身材料強(qiáng)度、地基強(qiáng)度、荷載效應(yīng)等量的隨機(jī)性;其次是沒(méi)考慮樁身材料強(qiáng)度不足、土對(duì)樁的支承力不足、群樁地基強(qiáng)度不足的失效模式相關(guān)性，與實(shí)際情況有所偏頗.雖然有過(guò)對(duì)單樁可靠性分析的文章，但考慮樁身材料強(qiáng)度、土對(duì)樁的支承力、群樁地基強(qiáng)度對(duì)整個(gè)摩擦樁基礎(chǔ)進(jìn)行可靠度窄界限分析的研究卻很少，對(duì)于樁底壓漿灌注樁基礎(chǔ)的可靠度窄界限研究更少.本節(jié)從樁身材料強(qiáng)度、土對(duì)樁的支承力與群樁地基強(qiáng)度等3方面考慮樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)的失效模式，利用JC法求其單項(xiàng)可靠度，再考慮失效模式通過(guò)隨機(jī)變量聯(lián)系，存在相關(guān)關(guān)系，求其可靠度的窄界限.
四、總結(jié)
在基礎(chǔ)工程中重力式擋土墻和樁基礎(chǔ)，長(zhǎng)期以來(lái)采用安全系數(shù)法，盡管這一方法已使用多年，但對(duì)安全系數(shù)大小的取值，則是根據(jù)工程事故率的高低來(lái)不斷調(diào)整的，這不免要以過(guò)大的材料浪費(fèi)和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)、生命損失為代價(jià)。而且由于設(shè)計(jì)中不確定因素的存在，特別是土工參數(shù)的不確定使得按傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的擋土墻出現(xiàn)了許多工程事故，基礎(chǔ)工程可靠度理論正是在這一背景下發(fā)展起來(lái)的。結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐說(shuō)明，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)所受載荷、結(jié)構(gòu)的幾何尺寸等眾多均是隨機(jī)變量，基于概率統(tǒng)計(jì)理論的可靠度設(shè)計(jì)方法，已在土建、水利、道路、礦山、機(jī)械等眾多工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于影響構(gòu)件和結(jié)構(gòu)可靠性因素的隨機(jī)性與復(fù)雜性，對(duì)于結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的可靠性評(píng)價(jià)的研究仍方興未艾。
隨著國(guó)內(nèi)各部門可靠度規(guī)范改革的進(jìn)一步深入及巖土工程可靠度研究的進(jìn)一步開(kāi)展，作為土木工程、水利水電工程建筑、房屋建筑工程、道路工程結(jié)構(gòu)、鐵路路基工程、港口工程等重要組成部分的擋土墻結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)采用可靠度方法已是大勢(shì)所趨。所以現(xiàn)在結(jié)構(gòu)可靠度理論在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用是十分重要的。
參考文獻(xiàn)
1趙國(guó)藩.工程結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用[M]二大連：大連理工大學(xué)出版社，1996.
2貢金鑫.工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法[M]二大連：大連理工大學(xué)出版社，2003.
3黃興棣.工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社1992.
4王艦，桌軍.基于可靠度的靜止土壓力計(jì)算方法[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2005（4）：巧一18.
5張建仁.擋土墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的可靠度分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1997，10（3）：53一58.
6王良，劉元雪.重力式擋土墻抗滑移的可靠度分析[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，22（6）：609一611.
7陳紅姣，徐占軍，陸海平.擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性可靠度分析[J].鐵道建筑，1998（12）：23一26.
8王平，劉東升，田強(qiáng)，等.地下水作用下?lián)跬翂Φ姆€(wěn)定性分析[J]地下空間，2001，21（5）：475一479.
篇10
中圖分類號(hào)：TU198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
現(xiàn)今的建筑業(yè)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，建筑單位不僅要保證整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的安全性，更要努力抓緊工程進(jìn)度從而縮短工程的施工周期。為了達(dá)到上述兩個(gè)方面的效果，在施工期必須有一個(gè)合理、安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但就目前我國(guó)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及施工規(guī)范來(lái)看，并沒(méi)有對(duì)施工期結(jié)構(gòu)的安全要求做出明確的要求，從而使得我國(guó)施工期結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生率明顯高于使用期結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生率。對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期的安全性研究，涉及結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)特征、抗力、荷載、荷載效應(yīng)。 建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)概率隨著結(jié)構(gòu)的壽命不斷變化。在結(jié)構(gòu)壽命的初始階段――施工階段結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)概率最大,如果處理不當(dāng),很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此開(kāi)展對(duì)施工期結(jié)構(gòu)安全的研究是十分緊迫而必要的。 結(jié)合工程實(shí)際調(diào)查,提出了影響施工期結(jié)構(gòu)安全性的主要因素,并進(jìn)行了相應(yīng)分析。 從施工荷載和鋼筋混凝土構(gòu)件早期承載性能兩方面著手對(duì)施工期結(jié)構(gòu)的特性做了淺要研究。總結(jié)歸納了施工荷載的主要種類,針對(duì)梁、板、柱三類主要受力構(gòu)件的早期承載力性能在進(jìn)行合理假設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。針對(duì)施工期結(jié)構(gòu)的時(shí)變性特征,提出了一種分析施工結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析法――模塊化方法,大大提高了分析效率。提出了一種將施工結(jié)構(gòu)受力分析與抗力分析進(jìn)行統(tǒng)一,從而對(duì)施工結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行控制的參數(shù):安全因子。 下面我就施工期荷載進(jìn)行分析介紹：
一、施工期荷載的特點(diǎn)
（1）隨著施工過(guò)程的不斷進(jìn)行，施工期結(jié)構(gòu)的荷載類型也不斷發(fā)生著變化。如在樓板澆注時(shí)，模板與支架的重量就應(yīng)該歸為恒荷載的范疇；但是當(dāng)澆筑完成、模板拆除時(shí)，附近單元拆下來(lái)的模板與支架堆就應(yīng)該歸為活荷載。
（2）在施工期由于混凝土內(nèi)含有大量的水分，隨著水分的蒸發(fā)以及混凝土的不斷收縮變化，混凝土的重量也會(huì)隨之產(chǎn)生變化。所以，雖然混凝土在正常使用過(guò)程中的重量變化是可以忽略的，但在施工期混凝土重量的變化是影響施工結(jié)構(gòu)安全的重要因素。
（3）由于施工所在地的經(jīng)濟(jì)、地理、結(jié)構(gòu)類型以及施工單位的現(xiàn)場(chǎng)管理水平、施工方案、環(huán)境溫濕度、施工場(chǎng)地條件等因素的影響，從而使得在施工的不同階段所產(chǎn)生的活荷載類型有很大的不同。
（4）一些處于施工期的工程活荷載有著顯著的動(dòng)力荷載特征，荷載效應(yīng)大大增加，按照相關(guān)規(guī)定的要求對(duì)于此類的活荷載應(yīng)該乘以1.1～1.3的動(dòng)力系數(shù)；某些建筑材料堆積在建筑中的局部面積上，這些材料堆就會(huì)以集中荷載的形式出現(xiàn)。
二、施工期抗力的特點(diǎn)
1、施工期與正常使用期抗力的異同
2、不同階段抗力的變化存在著較大的差異
在施工期內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗力會(huì)隨著時(shí)間的不斷增加而逐漸增長(zhǎng)，這一增長(zhǎng)值在前期會(huì)較大。當(dāng)達(dá)到28 d齡期后，增長(zhǎng)值會(huì)逐漸變小，而抗力也會(huì)逐漸接近設(shè)計(jì)時(shí)所要求的范圍。而在使用期前期結(jié)構(gòu)的抗力變化較小，但隨著時(shí)間的推移，混凝土碳化、鋼筋腐蝕的影響從而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗力逐漸下降。 轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論文下載
3、抗力分析的時(shí)間有著很大的差異
根據(jù)相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一般建筑的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a，但結(jié)構(gòu)施工期只有2～3 a。施工期的抗力分析應(yīng)該歸為短暫工況抗力分析，一些外界因素的影響可忽略不計(jì)，如地震作用、強(qiáng)風(fēng)作用等。
4、施工期抗力的影響因素
影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素有混凝土?xí)r變強(qiáng)度、鋼筋與混凝土間黏結(jié)、早期抗力計(jì)算方法、構(gòu)件幾何尺寸、縱筋配筋率、鋼筋類別等。 在施工期中，混凝土的抗壓強(qiáng)度與澆注齡期呈正比關(guān)系，而早齡期構(gòu)件的抗力直接受混凝土強(qiáng)度的影響，早齡期構(gòu)件抗力的增長(zhǎng)速度又與拆模時(shí)間有著密切的關(guān)系。在實(shí)際工程中，混凝土強(qiáng)度的推算是以同條件下養(yǎng)護(hù)試塊為依據(jù)的，因此，進(jìn)行必要的試塊與實(shí)體強(qiáng)度的對(duì)比分析，在施工期中的安全分析上是一種有效的手段。
5、施工期結(jié)構(gòu)的可靠度
相比較于使用階段和老化階段，在施工期結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)險(xiǎn)較大。所以，進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期可靠度和安全性分析是必要的，而且這一分析應(yīng)該建立在準(zhǔn)確把握荷載及荷載效應(yīng)、抗力的時(shí)變特性及可靠度指標(biāo)合理計(jì)算的基礎(chǔ)上。在我國(guó)現(xiàn)在對(duì)施工期結(jié)構(gòu)的可靠度分析方法較少，并且對(duì)施工荷載的統(tǒng)計(jì)資料很不全面。在建筑施工期內(nèi)，安全性和可靠度的分析是隨時(shí)間的變化而不斷變化的，多數(shù)情況下，采用的是離散型的時(shí)間凍結(jié)進(jìn)行處理，把施工期建筑結(jié)構(gòu)化為一序列時(shí)不變結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，研究結(jié)構(gòu)工作過(guò)程中若干最不利狀態(tài)，在每個(gè)狀態(tài)的分析過(guò)程中均不考慮結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間的變化。在實(shí)際分析中，首先力學(xué)分析的最不利工作狀態(tài)的確定，應(yīng)根據(jù)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建造過(guò)程確定；其次確定各個(gè)最不利工作狀態(tài)的荷載種類，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮奢d組合；最后確定在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算校核中使用的安全系數(shù)，并考慮結(jié)構(gòu)所處的工作狀態(tài)及其在各個(gè)工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間、施工超載發(fā)生的概率等因素的影響。
施工期結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的外形、施工進(jìn)程、材料性能的變化來(lái)進(jìn)行計(jì)算。定義結(jié)構(gòu)施工期各施工進(jìn)程的經(jīng)時(shí)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為：
Z（t）＝R（t）－SG（t）－SL（t）
篇11
0引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)民對(duì)于建筑物使用追求的期望值也日趨增高，繼而各式各樣的建筑開(kāi)始不斷興建，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用，但是隨著使用年限的增加和工作環(huán)境的劣化，這些結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命肯定會(huì)逐年降低，破損將是一個(gè)必然的、不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，因此從國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度出發(fā)，為了節(jié)約能源和資金，相關(guān)的從業(yè)人員有必要對(duì)建筑物的可靠性進(jìn)行全面科學(xué)地鑒定與分析，以保證建筑物在服役期間具有最優(yōu)的可靠度水平，進(jìn)而完成延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命的任務(wù)與目標(biāo)。
1可靠性與可靠度之間的關(guān)系
我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[1]中同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性和結(jié)構(gòu)可靠度分別進(jìn)行了定義。
結(jié)構(gòu)可靠性:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。
結(jié)構(gòu)可靠度:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。
通過(guò)定義不難看出結(jié)構(gòu)可靠性主要強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力，它的度量是通過(guò)結(jié)構(gòu)可靠度來(lái)反映的，也就是說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)的可靠度反映了對(duì)工程設(shè)計(jì)的綜合性要求，表現(xiàn)了安全和經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一，并且可用以協(xié)調(diào)工程的近期投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益之間的矛盾。
結(jié)構(gòu)可靠性鑒定則是以結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的概念和實(shí)用方法為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。自1638年伽利略奠定了現(xiàn)代建筑力學(xué)基礎(chǔ)以來(lái)，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破損階段設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的過(guò)程，目前采用較多的是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。
2結(jié)構(gòu)的不確定性
工程結(jié)構(gòu)需要有一定的可靠性，是因?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、使用過(guò)程中，具有種種影響結(jié)構(gòu)安全、適用、耐久的不確定性。這些不確定性，很早以前就受到人們的重視。
早期，人們采用安全系數(shù)法來(lái)籠統(tǒng)地考慮影響結(jié)構(gòu)安全的各種不確定性，設(shè)計(jì)方法為容許應(yīng)力法。容許應(yīng)力法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，一般情況下能夠滿足使用要求，缺點(diǎn)是安全系數(shù)全憑經(jīng)驗(yàn)選取，缺乏科學(xué)依據(jù)，不能定量地確定安全性。所取的安全系數(shù)不能說(shuō)明結(jié)構(gòu)的可靠程度，因?yàn)椴牧蠌?qiáng)度、作用效應(yīng)的概率分布沒(méi)有被考慮。不同的工程采用的安全系數(shù)往往有不同的可靠性。基于可靠度的思想來(lái)對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)是土建工程的一大進(jìn)步[2]。它用數(shù)學(xué)方法對(duì)工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，建立了有明確可靠指標(biāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。用可靠指標(biāo)代替了原有的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)的失效概率得到量化。自 1969 年A． M． Frendenthal 教授提出將可靠性理論用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域后，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，結(jié)構(gòu)可靠性分析已經(jīng)從理論研究階段進(jìn)入實(shí)用階段。
結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、施工等一系列工序后由最開(kāi)始的虛擬模型計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的空間實(shí)體, 這時(shí)相應(yīng)的一些問(wèn)題也就產(chǎn)生了，最早設(shè)計(jì)時(shí)考慮的隨機(jī)因素, 如荷載、荷載效應(yīng)、材料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)等, 會(huì)改變其不確定的程度, 甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^上確定的因素。而同時(shí)因?yàn)椴牧线x擇、施工等因素引起的不確定性卻隨著結(jié)構(gòu)的建成而消除。
就簡(jiǎn)單的從荷載方面來(lái)說(shuō)吧, 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上的活荷載和設(shè)計(jì)中的活荷載具有程度不同的隨機(jī)性, 因?yàn)樵O(shè)計(jì)中活荷載的統(tǒng)計(jì)特性是針對(duì)某類建筑的,而現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上活荷載的統(tǒng)計(jì)特性則應(yīng)針對(duì)特定的具體建筑, 兩者的變異性往往有很大差別，同時(shí)結(jié)構(gòu)自重在結(jié)構(gòu)建成之后不應(yīng)再是隨機(jī)的, 而是客觀上確定的量。
此外, 一些隨機(jī)因素的不確定性還與人類的控制行為有關(guān), 如設(shè)備運(yùn)行荷載、屋面積灰荷載的隨機(jī)性便與實(shí)際的設(shè)備管理制度、清灰制度及其執(zhí)行情況有關(guān)。這些結(jié)構(gòu)的不確定因素都需要我們相關(guān)的從業(yè)人員在各自的工作環(huán)節(jié)中做出仔細(xì)的分析。
3影響可靠度鑒定的因素
3．1 建筑物在使用期內(nèi)可能會(huì)遭受自然災(zāi)害侵蝕，而自然災(zāi)害會(huì)使建筑物在不同程度會(huì)受到損害，需要通過(guò)技術(shù)手段對(duì)受損建筑進(jìn)行安全鑒定及維修加固施；
3．2 因地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)、施工等因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成質(zhì)量缺陷，就需要對(duì)建筑物的安全性進(jìn)行評(píng)估，然后運(yùn)用相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行加固或補(bǔ)強(qiáng)處理；
3．3 隨著建筑物的使用時(shí)間的增長(zhǎng)，建筑物性能會(huì)逐漸衰退，再加上碳化、腐蝕、碰撞、凍融等不利因素作用，建筑物的可靠度水平將逐漸降低，甚至有可能危害人們的生命安全；
3．4 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展，人們對(duì)居住、工作環(huán)境的要求發(fā)生巨大的變化，導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的老舊建筑的功能不在適用，這就需要對(duì)這些建筑進(jìn)行技術(shù)改造；
3．5 建筑物的可靠性鑒定也為法律仲裁、質(zhì)量糾紛、合同理賠、房屋保險(xiǎn)投保等提供依據(jù)。而且通過(guò)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，對(duì)為末辦理相關(guān)產(chǎn)權(quán)的既有建筑的產(chǎn)權(quán)辦理及銀行抵押貸款提供了必要條件；
3．6 受不同時(shí)期經(jīng)濟(jì)環(huán)境和政治形勢(shì)影響， 有的房屋建造時(shí)未按基本建設(shè)程序進(jìn)行，導(dǎo)致房屋工程質(zhì)量不能得到有效保證，并且這些建筑均在不同程度上存在各種安全隱患，需要經(jīng)過(guò)安全性鑒定，并依賴定期檢查來(lái)保證其安全使用；
3．7 維修改造既有建筑有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，與新建建筑物相比，維修改造具有投資少、工期短、省空間等優(yōu)點(diǎn)，這些均會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
4 可靠指標(biāo)的確定以及常用的鑒定方法
4.1 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)的確定
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，限于目前的條件，并考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，現(xiàn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中給出的可靠指標(biāo)值是采用“校準(zhǔn)法”確定的[3]。即通過(guò)對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范安全度的校核，利用反演計(jì)算，找出按原規(guī)范設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)中隱含的相應(yīng)可靠指標(biāo)值，經(jīng)綜合分析和調(diào)整，以此來(lái)制定基于概率分析的可靠性設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠指標(biāo)。這在實(shí)質(zhì)上是充分考慮到了工程建設(shè)長(zhǎng)期積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，繼承了原有設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的可靠度水準(zhǔn)，接受了其總體上的合理性。目前我國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中采用的可靠指標(biāo)如表1 所示。
表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)
破壞類型 安全等級(jí)
一級(jí) 二級(jí) 三級(jí)
延性破壞 3.7 3.2 2.7
脆性破壞 4.2 3.7 3.2
4.2 結(jié)構(gòu)可靠性常用的鑒定方法
目前，結(jié)構(gòu)可靠性鑒定方法大致包括: 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法、實(shí)用鑒定法、概率鑒定法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鑒定法和響應(yīng)面法等[4]。
1) 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法是以原設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，根據(jù)個(gè)人專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)，然后對(duì)建筑物的可靠性給出評(píng)價(jià)的一種經(jīng)驗(yàn)判定方法。此方法鑒定程序簡(jiǎn)單，荷載計(jì)算以實(shí)際調(diào)查為準(zhǔn)，材料強(qiáng)度取值一般按經(jīng)驗(yàn)確定，受個(gè)人主觀因素影響較大，缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因此，難以對(duì)結(jié)構(gòu)的性能和狀態(tài)做出全面的分析，評(píng)判過(guò)程缺乏系統(tǒng)性，鑒定結(jié)論往往因人而異。
2) 實(shí)用鑒定法。實(shí)用鑒定法是在經(jīng)驗(yàn)鑒定法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用各種檢測(cè)手段對(duì)建筑物及其環(huán)境條件進(jìn)行周密的調(diào)查、檢測(cè)、測(cè)試結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)性能參數(shù)，然后經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后用于結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，由此判定建筑物的性能和狀態(tài)，全面分析建筑物所存在問(wèn)題的原因。然后，以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，按照統(tǒng)一的鑒定程序和標(biāo)準(zhǔn)，從安全性、使用性多個(gè)方面綜合評(píng)定建筑物的可靠性水平的方法。與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法相比，該法鑒定程序科學(xué)，實(shí)用鑒定法十分強(qiáng)調(diào)檢測(cè)手段和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，對(duì)建筑物性能和狀態(tài)的認(rèn)識(shí)較準(zhǔn)確和全面，可以為建筑物維修、加固、改造方案的決策提供可靠的技術(shù)依據(jù)。
3) 概率鑒定法。在實(shí)用鑒定法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，進(jìn)一步利用統(tǒng)計(jì)推斷方法分析影響特定建筑物可靠性的不確定因素的評(píng)定方法。概率鑒定法則針對(duì)具體的既有建筑物，找出建筑物在正常使用條件下和預(yù)期的使用期限內(nèi)發(fā)生破壞或失效的概率，通過(guò)對(duì)建筑物和環(huán)境信息的采集和分析，評(píng)定建筑物的可靠性水平，確定結(jié)構(gòu)的使用壽命。應(yīng)用該方法得出的鑒定結(jié)論更符合建筑物的實(shí)際狀態(tài)。
4) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鑒定法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元互聯(lián)組成的非線性、自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)。具有高度的并行處理、聯(lián)想記憶、良好的自適應(yīng)性和自組織能力。它無(wú)需預(yù)先確定系統(tǒng)的模型，而是以實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)有限次迭代計(jì)算，從而獲得一個(gè)反映實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能和容錯(cuò)性，可以模擬專家推理，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)評(píng)定中的應(yīng)用日益受到重視。
5) 響應(yīng)面法。響應(yīng)面法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的進(jìn)行可靠度分析的一種有效的方法，其思想是通過(guò)一系定性試驗(yàn)擬合一個(gè)響應(yīng)面來(lái)模擬真實(shí)的極限狀態(tài)曲面。從本質(zhì)上講，響應(yīng)面是統(tǒng)計(jì)學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)技術(shù)，用于處理幾個(gè)變量對(duì)同一體系或結(jié)構(gòu)的作用問(wèn)題，也就是體系或結(jié)構(gòu)的輸入與輸出的轉(zhuǎn)化關(guān)系問(wèn)題。
5 結(jié)語(yǔ)
對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性鑒定是對(duì)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和未來(lái)工作能力了解和掌握的必要途徑，鑒定方法的發(fā)展在一定程度上還要依賴于鑒定手段和技術(shù)的發(fā)展，理論上的突破同樣是不可或缺的重要條件，合理的鑒定方法是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)可靠性鑒定安全性的重要保證，也是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使用壽命延長(zhǎng)的必要環(huán)節(jié)。
[1] GB50153—2008, 工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) [ S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2009.
篇12
1引 言
在隧道設(shè)計(jì)施工中，復(fù)合支護(hù)已成為廣泛采用的一種支護(hù)形式。這種支護(hù)的結(jié)構(gòu)層通常由兩層或者三層組成。其中外層常為噴射混凝土層或是與錨桿、鋼支撐、格柵的聯(lián)合支護(hù)，稱為初期支護(hù)。初期支護(hù)的作用在于：保持隧道斷面的使用凈空，承受可能出現(xiàn)的各種荷載，與永久支護(hù)相互配合。因此評(píng)估初期支護(hù)的安全狀況對(duì)于隧道安全施工及正常使用具有重要的意義。應(yīng)用可靠性理論和推行概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是提高我國(guó)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的有效途徑。
隧道工程的特點(diǎn)是影響作用效應(yīng)的隨機(jī)變量多，包括巖土、支護(hù)結(jié)構(gòu)的各種物理力學(xué)特性及幾何尺寸的隨機(jī)變異。這些隨機(jī)變量與作用效應(yīng)的關(guān)系復(fù)雜，常常難以用簡(jiǎn)單的顯式函數(shù)表達(dá)出來(lái)，而且其主要影響作用的隨機(jī)變量的變異性和離散性都比較高，它們對(duì)可靠度的影響比計(jì)算模式不定性的影響大得多。一般的泰勒技術(shù)展開(kāi)和攝動(dòng)法為基礎(chǔ)的隨機(jī)有限元方法，對(duì)于變異性較大（大于0.2時(shí)）的隨機(jī)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果都將帶來(lái)較大的誤差。隧道襯砌作用效應(yīng)分析面臨的問(wèn)題是：能否找到保證分析精度和能近似反映各種隨機(jī)變量與作用效應(yīng)顯式函數(shù)的有限元分析方法，以滿足隧道截面可靠度分析和隧道系統(tǒng)可靠度分析的需要。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)對(duì)各種方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可靠度分析的可行性，發(fā)現(xiàn)蒙特卡羅響應(yīng)面法能夠很好的模擬隧道圍巖參數(shù)的不確定性，適合用于分析隧道初期支護(hù)的可靠度，具有很強(qiáng)的可操作性。
2結(jié)構(gòu)可靠度的基本理論
2.1結(jié)構(gòu)可靠度與極限狀態(tài)
結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性這三者總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，可靠性的數(shù)量描述一般用可靠度。極限狀態(tài)是衡量結(jié)構(gòu)完成各項(xiàng)功能的標(biāo)志，主要用來(lái)分區(qū)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的可靠程度。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般分為三類:①承載能力極限狀態(tài)，這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力，或達(dá)到不適應(yīng)于極限承載的變形；②正常使用極限狀態(tài)，這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)達(dá)到正常使用和耐久性的各項(xiàng)規(guī)定極限值；③逐漸破壞極限狀態(tài)，指偶然作用后產(chǎn)生的次生災(zāi)害限度，即結(jié)構(gòu)因偶然作用造成局部破壞后，其余部分不發(fā)生連續(xù)破壞的狀態(tài)。
在結(jié)構(gòu)可靠度分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般由功能函數(shù)加以描述。當(dāng)有n個(gè)隨機(jī)變量影響結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為：
（2-1）
式中：，為結(jié)構(gòu)上的作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能等基本變量。
當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當(dāng)Z
（2-2）
稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程，它是結(jié)構(gòu)可靠度分析的重要依據(jù)。
2.2結(jié)構(gòu)可靠度與失效概率
結(jié)構(gòu)功能函數(shù)出現(xiàn)小于零（Z
設(shè)功能函數(shù)僅與荷載效應(yīng)S（荷載引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、位移等）和結(jié)構(gòu)抗力R（結(jié)構(gòu)抵抗破壞或變形的能力，如極限內(nèi)力、極限強(qiáng)度、剛度以及抗滑力、抗傾力矩等）兩個(gè)正態(tài)分布隨機(jī)變量有關(guān)，則結(jié)構(gòu)承載能力的功能函數(shù)為
（2-3）
當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z
（2-4）
即失效概率和可靠度的關(guān)系為。
在工程實(shí)際中，R、S不一定為正態(tài)分布，這時(shí)可根據(jù)R、S的概率分布函數(shù)，通過(guò)積分求解結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率。
2.3結(jié)構(gòu)可靠度與可靠指標(biāo)
以極限狀態(tài)方程Z=R-S的兩個(gè)正態(tài)的變量R和S為例。首先把Z的正態(tài)分布轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，由概率論知識(shí)可得到失效概率的表達(dá)式，再引入符號(hào)，并令得到失效概率
（2-5）
式中為無(wú)因次的系數(shù)，稱為可靠指標(biāo)。利用可靠度與失效概率的關(guān)系，得到可靠度與可靠指標(biāo)之間的關(guān)系為：
（2-6）
可見(jiàn)：可靠指標(biāo)是失效概率的度量。可靠指標(biāo)越大，則失效概率越小，可靠度越大，因此，可以表示結(jié)構(gòu)的可靠程度。
如果R和S非正態(tài)分布，可以算出Z的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，再由計(jì)算出近似的可靠指標(biāo)。
3蒙特卡羅有限元法
蒙特卡羅方法，又稱為隨機(jī)抽樣（Random Sampling）技術(shù)或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)(Statistical Testing)方法。其基本原理為：由概率定義知，某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來(lái)估算，當(dāng)樣本容量足夠大時(shí)，可以認(rèn)為該事件的發(fā)生頻率即為其概率。因此，可以先對(duì)影響其可靠度的隨機(jī)變量進(jìn)行大量的隨機(jī)抽樣，然后把這些抽樣值一組一組地代入功能函數(shù)式，確定結(jié)構(gòu)是否失效，最后從中求得結(jié)構(gòu)的失效概率。
有限元法是解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問(wèn)題的一種數(shù)值模擬技術(shù)，蒙特卡羅與有限元法相結(jié)合，形成獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)有限元法，該方法通在過(guò)計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生的樣本函數(shù)來(lái)模擬系統(tǒng)的隨機(jī)輸入量的概率特征，并對(duì)每個(gè)給定的樣本點(diǎn)，進(jìn)行確定性的有限元分析，從而得到系統(tǒng)的隨機(jī)影響概率特征。
支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞概率可以表示為:
（3-1）
式中,是具有n 維隨機(jī)變量的向量；是基本隨機(jī)變量X的聯(lián)合概率密度函數(shù)。
當(dāng)采用蒙特卡羅法表示工程結(jié)構(gòu)的破壞概率，則式（1）式為：
（3-2）
式中，N為抽樣總數(shù)；當(dāng)時(shí)，；反之，；冠標(biāo)“⌒”表示抽樣值。
式（2）的方差為：
（3-3）
當(dāng)選取95%的置信度來(lái)保證蒙特卡羅法的抽樣誤差時(shí)，有
（3-4）
或者以相對(duì)誤差來(lái)表示，有
(3-5)
考慮到通常是一個(gè)小量，則上式可以近似地表示為：
或(3-6)
當(dāng)給定時(shí)，抽樣數(shù)目N就必須滿足
(3-7)
這就意味著抽樣數(shù)目N與成反比；當(dāng)是一個(gè)小量，即時(shí)，N=10-5才能獲得對(duì)的足夠可靠的估計(jì)。而工程結(jié)構(gòu)的破壞概率通常是較小的，這就要求N必須有足夠大的數(shù)目才能給出正確的估計(jì)，很明顯，直接蒙特卡羅法是很難應(yīng)用于實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)的可靠性分析中，只有利用方差減縮技術(shù)，降低抽樣模擬次數(shù)N，才能使蒙特卡羅法在可靠性分析中得以應(yīng)用。
抽樣方差減縮技術(shù)常用的有：對(duì)偶抽樣技巧，條件期望抽樣技巧，重要抽樣技巧，分層抽樣法，控制變數(shù)法，相關(guān)抽樣法等，現(xiàn)采用較易編程實(shí)現(xiàn)的對(duì)偶抽樣技巧。
假若U是一組[0,1]區(qū)間均勻分布的樣本，且相應(yīng)的基本隨機(jī)變量為X(U)，X服從概率密度函數(shù)的分布，也存在I-U和X（I-U），并且與U和X(U)呈負(fù)相關(guān)，那么工程結(jié)構(gòu)的破壞概率的模擬估計(jì)為：
（3-8）
很明顯，式（8）是無(wú)偏估計(jì)，且模擬估計(jì)的誤差為
（3-9）
其中，與呈負(fù)相關(guān)，。可以看出：模擬抽樣技巧并不是改變?cè)瓉?lái)的抽樣模擬估計(jì)過(guò)程，只是利用了抽樣子樣的負(fù)相關(guān)性，使得抽樣數(shù)目N得以減少。
4隨機(jī)有限元響應(yīng)面法
4.1響應(yīng)面法原理
當(dāng)功能函數(shù)Z與各隨機(jī)變量的關(guān)系表達(dá)式很難直接給出時(shí)，可用響應(yīng)面方法設(shè)計(jì)一系列變量值，每一組變量值組成一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，然后逐點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)的一系列功能函數(shù)值。通過(guò)這些變量值和功能函數(shù)值來(lái)擬合一個(gè)明確的函數(shù)關(guān)系，以近似代替難以直接表達(dá)的真實(shí)函數(shù)，從而進(jìn)行可靠度分析。
本文采用二水平分?jǐn)?shù)因子設(shè)計(jì)法[6]，其計(jì)算步驟為：
（1）根據(jù)每個(gè)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，求得每個(gè)變量的兩個(gè)水平： (高水平)和 (低水平)，其中和分別為隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；
（2）根據(jù)需要確定的響應(yīng)面函數(shù)系數(shù)的數(shù)目，用每個(gè)因子的兩個(gè)水平設(shè)計(jì)出相應(yīng)的組合數(shù)，即所謂的設(shè)計(jì)矩陣[D]，例如具有3個(gè)獨(dú)立變量X1 ，X2，X3的問(wèn)題，其響應(yīng)面函數(shù)的精確擬合為：
（4-1)
式中：a0 ，a1，a2，…，a123為8個(gè)系數(shù)，因此，需要X1 ， X2 ，X3 的8種組合才能求得，故設(shè)計(jì)矩陣如表1左部分所示，表中的“+”，“－”分別代表前述的兩個(gè)水平；
（3）根據(jù)設(shè)計(jì)矩陣中所列的因子組合，用有限元方法分別進(jìn)行分析，即可得計(jì)算點(diǎn)響應(yīng)值z(mì)1，z2 ,…， z8={z}，求解聯(lián)列方程組得到響應(yīng)面函數(shù)的系數(shù)矩陣：
表1 設(shè)計(jì)矩陣和X矩陣
計(jì)算
次數(shù) 設(shè)計(jì)矩陣[D] X矩陣
1 － － － － － － ＋ ＋ ＋ －
2 ＋ － － ＋ － － － － ＋ ＋
3 － ＋ － － ＋ － － ＋ － ＋
4 ＋ ＋ － ＋ ＋ － ＋ － － －
5 － － ＋ － － ＋ ＋ － － ＋
6 ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － －
7 － ＋ ＋ － ＋ ＋ － － ＋ －
8 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
(4-2)
（4）對(duì)隨機(jī)變量對(duì)隨機(jī)變量X1，X2，X3 進(jìn)行無(wú)因次化處理，使其具有零均值和單位標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)最小二乘原理，可以建立一個(gè)用于系數(shù)估計(jì)的X 矩陣，列于表1的右部分，則系數(shù)的最小二乘估計(jì)可由下式得到：
(4-3)
（5）根據(jù)概率論，從式(4-3)可得到響應(yīng)值的數(shù)字特征即均值和方差，注意到因子具有零均值和單位標(biāo)準(zhǔn)差，并略去二階以上的影響，則可得：
(4-4)
(4-5)
3.2 極限狀態(tài)方程
根據(jù)現(xiàn)行隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的襯砌截面抗拉和抗壓檢算式，建立初期支護(hù)截面抗拉極限狀態(tài)方程和抗壓極限狀態(tài)方程[7]，抗拉極限狀態(tài)屬正常使用極限狀態(tài)，而抗壓極限狀態(tài)則屬承載能力極限狀態(tài)。
（1）當(dāng)偏心矩時(shí)，截面抗壓強(qiáng)度控制承載能力，響應(yīng)的抗壓極限狀態(tài)方程為：
（4-6）
式中：N為計(jì)算所得的軸力（即荷載效應(yīng)）；為抗力計(jì)算模式不定性；b為縱向?qū)挾龋?m；t為截面厚度；為偏心影響系數(shù)；為混凝土抗壓強(qiáng)度。
（2）當(dāng)偏心距時(shí)，截面抗拉強(qiáng)度控制承載能力，相應(yīng)的抗拉極限狀態(tài)方程為：
（4-7）
式中：M為計(jì)算所得截面彎矩，為混凝土極限抗拉強(qiáng)度，為荷載效應(yīng)計(jì)算模式不定性。
上述極限狀態(tài)方程中，荷載效應(yīng)N和M的統(tǒng)計(jì)特征可由有限元響應(yīng)法求得，其他隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特征可通過(guò)最大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、試驗(yàn)獲得。
3.3計(jì)算可靠指標(biāo)驗(yàn)算點(diǎn)法
設(shè)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程為：
（4-8）
式中：,,…, 服從正態(tài)分布且相互獨(dú)立。
方程可能是線性的，也可能是非線性的。它表示為坐標(biāo)中的一個(gè)曲面，這個(gè)曲面把n維空間分成為安全區(qū)和失效區(qū)兩個(gè)區(qū)域。
引入標(biāo)準(zhǔn)化整體隨機(jī)變量，令
（4-9）
則極限狀態(tài)方程在坐標(biāo)系中表示為：
（4-10）
可靠的指標(biāo)就是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點(diǎn)到極限狀態(tài)曲面的最短距離，也就是點(diǎn)沿其極限狀態(tài)曲面的切平面的法線方向至原點(diǎn)的長(zhǎng)度，此時(shí)發(fā)現(xiàn)的垂足為“設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)”。
因此極限狀態(tài)曲面的在點(diǎn)的法線對(duì)坐標(biāo)向量的方向余弦為（關(guān)于坐標(biāo)系的方向余弦與關(guān)于原坐標(biāo)系的方向余弦相同）
（4-11）
由余弦的定義，可知
又由
所以
（4-12）
因此可得設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)在原坐標(biāo)系的坐標(biāo)，即
（4-13）
式中，，為隨機(jī)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
因?yàn)槭菢O限狀態(tài)曲面上的一點(diǎn)，因此滿足極限狀態(tài)方程，即
可以聯(lián)立上邊兩式求解，即
（4-14）
一般宜采用逐次迭代解上述方程組。
當(dāng)基本變量為多維正態(tài)分布時(shí)，可直接計(jì)算所得的估計(jì)隧道軟弱圍巖初期支護(hù)的失效概率。但是，在軟弱圍巖初期支護(hù)的極限狀態(tài)方程中，常包括非正態(tài)分布的基本變量。對(duì)于這種極限狀態(tài)方程的可靠度分析，一般要把非正態(tài)隨機(jī)變量當(dāng)量化或者變換為正態(tài)隨機(jī)變量。
5結(jié)束語(yǔ)
地下結(jié)構(gòu)含有大量的隨機(jī)因素，在分析其作用效應(yīng)時(shí)，必須采用隨機(jī)分析方法。蒙特卡羅-有限元法及響應(yīng)面法是分析隧道襯砌結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的有效手段。只要字樣數(shù)目足夠大，蒙特卡羅法就可得到足夠精確的結(jié)果。在特性參數(shù)樣本數(shù)量較小時(shí)，使用響應(yīng)面法所得結(jié)果與蒙特卡羅法結(jié)果非常接近，可作為支護(hù)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)特征的一種比較省時(shí)且足夠準(zhǔn)確的方法。
參考文獻(xiàn)
[1] 王建華．基于蒙特卡羅法的公路隧道初期支護(hù)可靠度分析[J].公路隧道 ,2007,58（2）：11~14
[2] 宋玉香，劉勇，朱永全．響應(yīng)面方法在整體式襯砌可靠性分析中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（11）：1847~1851
[3] 曾杰，靳曉光，張永興等．公路隧道初期支護(hù)可靠度分析[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,30（4）:78~81
[4] 楊成永，張彌，白小亮．隧道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)可靠度分析的位移方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（2）：266~269
[5] 高永.深埋隧道初期支護(hù)可靠度研究[碩士學(xué)位論文][D].重慶大學(xué)，2006
篇13
近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)出行的需求越來(lái)越多，由此也帶動(dòng)著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，私人汽車數(shù)量的不斷增加。與此同時(shí)城市道路供給與運(yùn)輸需求的矛盾也日益尖銳，不少城市的道路橋梁已經(jīng)很難滿足日益增加的運(yùn)輸需求，出現(xiàn)超負(fù)荷疲勞運(yùn)作的現(xiàn)象，加之部分車輛存在超載，道路橋梁病害問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。路橋病害的發(fā)生不僅縮短了其使用壽命，給國(guó)家和人民帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還為交通運(yùn)輸安全埋下了隱患，近年來(lái)由于路橋坍塌造成的事故也時(shí)有發(fā)生。
1、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性問(wèn)題
許多設(shè)計(jì)人員理論水平欠缺，對(duì)設(shè)計(jì)理論的理解深度不夠，設(shè)計(jì)時(shí)生硬的套取規(guī)范和采用標(biāo)準(zhǔn)圖式，而忽視從結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。設(shè)計(jì)人員主觀能動(dòng)性表現(xiàn)欠缺，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，本本主義思想較嚴(yán)重。用靜態(tài)思維去解決不斷進(jìn)步發(fā)展的技術(shù)問(wèn)題，橋梁在不同的環(huán)境和使用條件下和不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系得出不同的布局和構(gòu)造要求，規(guī)范再詳細(xì)也不能代替應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問(wèn)題，規(guī)范更新再快
也適應(yīng)不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種新要求，目前的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)設(shè)計(jì)，過(guò)于偏重設(shè)計(jì)建成時(shí)期結(jié)構(gòu)的工作和服務(wù)能力而對(duì)使用期實(shí)際的性能表現(xiàn)隨時(shí)間的劣化缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和考慮。從經(jīng)濟(jì)性上講，考慮建造成本多，而忽視了營(yíng)運(yùn)的維護(hù)成本和與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益，因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)。
2、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性問(wèn)題
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的根本問(wèn)題是：在安全適用與經(jīng)濟(jì)合理之間選擇一種合理的平衡，力求以最經(jīng)濟(jì)的途徑，使建造的結(jié)構(gòu)滿足下列各項(xiàng)預(yù)定功能要求：①正常施工和使用時(shí)，結(jié)構(gòu)能承受可能出現(xiàn)的各種作用，在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)能夠保持必需的整體穩(wěn)定性；②在正常使用時(shí)，結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的裂縫和變形；③在正常維護(hù)下，結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性能，不會(huì)過(guò)早地發(fā)生破壞。在上述功能要求中，第一項(xiàng)關(guān)系到人身安全，因此稱其為結(jié)構(gòu)的安全性；第二項(xiàng)關(guān)系到結(jié)構(gòu)的適用性；第三項(xiàng)關(guān)系到結(jié)構(gòu)的耐久性。安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性的數(shù)值度量用可靠度，其安全性的數(shù)值度量則用安全度。靜態(tài)和瞬態(tài)動(dòng)載作用下結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題，循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點(diǎn)通常是結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題。
橋梁可靠性設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容是：在結(jié)構(gòu)承受外荷載和結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)特征已知的條件下，根據(jù)規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)，選擇結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）截面幾何參數(shù)，使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，保證其可靠性不低于預(yù)先給定的值。可靠性的數(shù)量描述一般用可靠性。我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的研究只限于理論方面，且側(cè)重于可靠性設(shè)計(jì)方面，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究，特別是對(duì)耐久性評(píng)估理論的研究還很落后。實(shí)際上對(duì)現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)作出正確的可靠性評(píng)估，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出其剩余壽命，才能保證結(jié)構(gòu)在壽命延續(xù)期內(nèi)的安全性，節(jié)省大量的維修加固資金。
我國(guó)在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在著考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少；重視強(qiáng)度極限狀態(tài)不重視使用極限狀態(tài)；重視橋梁結(jié)構(gòu)的建造而忽視其檢測(cè)和維護(hù)，使結(jié)構(gòu)安全性存在不同程度的隱患和缺陷。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞損壞（如結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、變形過(guò)大等）所導(dǎo)致，從而嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能。為了保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)、延長(zhǎng)其使用壽命以及提高橋梁的安全性和耐久性，減少早期橋梁病害，從而節(jié)約后期橋梁的維修費(fèi)用，因而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的研究非常必要和迫切。
3、橋梁結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法從可靠度理論來(lái)說(shuō)，基本上可分為經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法和概率設(shè)計(jì)法兩類。經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法，是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值，一般用平均值或規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮這些參數(shù)可能的變異對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響，在荷載與強(qiáng)度計(jì)算中再取用安全系數(shù)x。概率設(shè)計(jì)法則是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)作為隨機(jī)變量，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析全部參數(shù)或部分參數(shù)，或者用可靠度分析結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)滿足基本功能要求的概率。當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正逐步由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法向概率設(shè)計(jì)法轉(zhuǎn)變。在目前階段，按其發(fā)展進(jìn)程國(guó)際上通常將基于可靠度的設(shè)計(jì)劃分為3個(gè)水準(zhǔn)，即水準(zhǔn)I、水準(zhǔn)Ⅱ和水準(zhǔn)Ⅲ。
3.1水準(zhǔn)I—半概率設(shè)計(jì)法
這一水準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是，雖然在荷載和材料強(qiáng)度上分別考慮了概率原則，然而，它把荷載和抗力分開(kāi)考慮，而不是從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性出發(fā)考慮結(jié)構(gòu)的可靠度，因而無(wú)法觸及結(jié)構(gòu)可靠度的核心—結(jié)構(gòu)的失效概率，并且各分項(xiàng)安全系數(shù)主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，所以稱其為半概率設(shè)計(jì)法。目前我國(guó)大部分現(xiàn)行公路橋梁結(jié)構(gòu)和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)理論都屬于這一水準(zhǔn)。半概率設(shè)計(jì)法基本上分為如下3個(gè)步驟：①按照概率取值原則確定極限狀態(tài)函數(shù)中抗力變量值和荷載變量s的標(biāo)準(zhǔn)值；②半概率地（根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)）規(guī)定材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度及設(shè)計(jì)荷載；③由材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度值計(jì)算出截面抗力R，由設(shè)計(jì)荷載計(jì)算出荷載效應(yīng)，并進(jìn)行判斷。
3.2水準(zhǔn)Ⅱ—近似概率設(shè)計(jì)法
這是目前在國(guó)際上已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的概率設(shè)計(jì)法。它運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計(jì)的“可靠概率”，做出較為近似的相對(duì)估計(jì)。我國(guó)《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)（GB50153—2008）及《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068—2001）《鐵道工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50216—94）以及《公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)
一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50283-1999）等采用的以概率理論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法就屬于這一水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法。雖然這已經(jīng)是一種概率方法，但是，由于在分析中忽略了或簡(jiǎn)化了基本變量隨時(shí)間變化的關(guān)系；確定基本變量的分布時(shí)受現(xiàn)有信息量限制而具有相當(dāng)?shù)慕菩裕徊⑶遥瑸榱撕?jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，將一些復(fù)雜的非線性極限狀態(tài)方程線性化，所以，它仍然只是一種近似的概率法。不過(guò)，在現(xiàn)階段，它確實(shí)是一種處理結(jié)構(gòu)可靠度的比較合理且可行的方法。本書第三章將對(duì)此予以詳細(xì)討論。
3.3水準(zhǔn)Ⅲ—全概率設(shè)計(jì)法，對(duì)結(jié)構(gòu)采用較精確的概率分析
對(duì)各基本變量，如荷載、材料性能、幾何尺寸、計(jì)算精度等分別采用隨機(jī)變量或隨機(jī)過(guò)程概率模型描述，求得結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失效概率直接度量結(jié)構(gòu)可靠性。由于對(duì)基本變量的客觀規(guī)律了解不足，采用全概率法還存在一定困難。目前僅對(duì)某些特殊重要結(jié)構(gòu)如核電站等采用全
概率法進(jìn)行研究分析。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析，許多學(xué)者對(duì)此從不同角度進(jìn)行了研究，提出了一些概念和方法。如結(jié)構(gòu)可靠度分析的一階矩概念及荷載為Ferry Borges Castanheta組合情況下的計(jì)算方法問(wèn)題；利用系統(tǒng)系數(shù)，針對(duì)結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對(duì)應(yīng)的極限狀態(tài)不同，計(jì)算系統(tǒng)可靠度并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度等，同時(shí)，一些學(xué)者還研究了系統(tǒng)可靠度界限的問(wèn)題。總之，系統(tǒng)可靠度分析研究?jī)?nèi)容豐富，難度較大。
