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1、 我國土木工程結構可靠性發(fā)展策略探析 陳同兵 單志海 張建良摘要:土木工程結構的安全性與耐久性一直是設計者與使用者非常關注的問題,關系到安全與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)、基礎設施的投資,并與國家現(xiàn)行政策、法規(guī)以及未來的經(jīng)濟發(fā)展息息相關,是一個復雜的系統(tǒng)工程問題。本文主要就是針對我國土木工程結構可靠性發(fā)展策略來進行分析。關鍵詞:土木工程;結構;可靠性;發(fā)展策略:s969: a引言眾所周知,工程結構的組成成分主要有鋼材,木材,石材,磚材,混凝土和鋼筋混凝土,其在形成的之后,需要保持相當長時間的穩(wěn)定與安全。不僅僅要承受來自設備,工人,車輛的負荷,還要應付種種惡劣的
2、自然環(huán)境。從這個角度來講,整個工程結構的可靠性關系重大,不僅僅關系到生產(chǎn)的發(fā)展,而且對于一些特殊建筑工程來說,其可靠性往往有著更大的經(jīng)濟效益與社會效益。從這個角度來審視我國土木工程結構的可靠性,對其展開全面的分析與總結,將有利于改善我國土木結構不可靠的情況。1、土木工程結構可靠性的涵義我們知道,工程結構在設計的過程中,在各項要求的基礎上,必須要滿足以下的幾方面基本要求:其一,具備一定的負荷能力,能夠承載施工以及正常使用過程中的各種情況;其二,在其投人使用的過程中,能夠正常的發(fā)揮其各項效能;其三,以正常的維修與保養(yǎng)去實施管理,其能夠保持一定時期的功效;其四,能夠有效的應對特殊自然環(huán)境,尤其是地震
3、,爆炸和龍卷風,處于這樣的情況下,依然保持一定的穩(wěn)定性,安全性。當然,工程結構的安全性,可靠性是相互區(qū)別的,結合上述四點基本要求可以歸納,其中的第一、第四點,主要觸及到了人身安全事項,應該規(guī)劃到安全性的范圍;其中規(guī)定第二項,主要反映的是工程結構的適用性;其中的第三項,主要涉及到工程結構的耐久性。將上述三者相互結合,即可稱之為工程結構的可靠性。2、影響土木工程結構可靠性事物不確定性的因素工程結構要求具有一定的可靠性,是因為工程結構在設計、施工、使用過程中具有種種影響其安全、適用、耐久的不確定性.這些不確定性大致有以下幾個方面。2.1、土木工程結構的隨機性事物的隨機性,對于土木工程結構來說,其主要
4、表現(xiàn)為:因為事物發(fā)生的基本環(huán)境不一樣,條件基礎也不一樣,由此導致在特定條件下難以產(chǎn)生特定的結構,由此產(chǎn)生的不確定性。在這樣的情況下,我們將其稱之為隨機性。對于隨機性特點來說,我們主要借助數(shù)學視角來解決,主要由概率理論,數(shù)理理論兩者。2.2、土木工程結構的模糊性事物本身的概念是模糊的,即一個對象是否符合這個概念是難以確定的,也就是說一個集合到底包含哪些事物是模糊的,而非明確的。主要表現(xiàn)在客觀事物差異的中間過渡的界限“不分明性”??陀^世界存在著大量的模糊現(xiàn)象,如工程結構中的“適用與不適用”、“正常與不正?!?、“安全與危險”等也都沒有客觀明確的界限。事物往往很復雜,過分求精確,反而模糊;適當模糊,反
5、而精確。2.3、土木工程結構的理論不完善性人們對事物知識的認識是隨著科學技術的進步而不斷提高。在工程結構中知識的不完善性主要2種:客觀信息的不完善性,是由于客觀條件的限制造成的。如由于測量或統(tǒng)計上的困難,不能獲得所需的足夠的資料;主觀知識的不完善性,主要由于科學技術發(fā)展水平的限制使人們對客觀事物的認識不清晰,如對“待建”建筑物未來承受的風荷載的情況不能完全掌握。3、我國土木工程結構設計標準和規(guī)范的變革我國在土木工程結構可靠性研究的發(fā)展過程中,開展了大量的理論研究、資料收集和數(shù)據(jù)實測工作,總結了我國土木工程實踐經(jīng)驗,并借鑒了國際標準結構可靠性總原則(iso2394),在征求了全國有關單位意見的基
6、礎上,先后編制了工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準(gb5015392)等6本統(tǒng)一標準27.主要采用以隨機可靠性理論為基礎、以分項系數(shù)表達的概率極限狀態(tài)設計方法,作為我國土木、建筑、水利等專業(yè)結構設計規(guī)范改革、修訂的準則.全國土木、建筑、水利各專業(yè)直接為工程技術人員使用的結構設計規(guī)范在。統(tǒng)一標準。的統(tǒng)一指導下,進行了大規(guī)模的修訂或編制,工程界形象地稱之為規(guī)范的“轉軌”,即從原規(guī)范的以經(jīng)驗為主的安全系數(shù)法轉為以概率分析為基礎的極限狀態(tài)設計法.這項工作的規(guī)模和深度已超過了世界上一些先進國家,大大提高了我國結構設計規(guī)范的科學水平,使我國工程結構設計規(guī)范躋身于世界先進行列。4、我國土木工程結構可靠性的提高策略
7、4.1、不斷吸取國外的先進技術,實現(xiàn)技術上的創(chuàng)新雖然我們最近幾年的建筑業(yè)取得了巨大的發(fā)展,在土木工程結構可靠性上也獲得了一定的成績。但是由于我國實際情況的制約,在技術層面上還處于粗放的,低水平的狀態(tài),與西方國家相比,技術差距還很大。國外無論是在土木工程結構的實踐經(jīng)驗上,還是在技術操作上,都有著完整的體系。由此我們應該積極引進國外的先進技術,不斷夯實自身的技術實力,爭取在吸取經(jīng)驗的基礎上實現(xiàn)創(chuàng)新。4.2、不斷完善結構設計的標準和規(guī)范,建立完善體系對于此方面,要以工程結構的可靠性為研究重點,開展大量的理論研究,資料分析和數(shù)據(jù)試驗工作,在我國工程實踐的基礎上,以國際標準為輔助,完善符合我國自身發(fā)展的
8、標準語規(guī)范,從而使得行業(yè)內(nèi)部形成有效的運行機制,提高我們的工程設計水平,實現(xiàn)與國際上標準的接軌。4.3、嚴格控制施工過程中觀點可靠性建設,注重全程監(jiān)控建立健全有效的監(jiān)控機制,保證以崗位責任制去管理施工過程,對于土木工程結構可靠性來說,要從一開始就要將其納人項目的設計過程中去,并在施工過程中,強化監(jiān)督和管理。在此基礎上,以嚴謹科學的態(tài)度去面對可靠性,從而從根本上實現(xiàn)了工程的安全性和可靠性。4.4、不斷加強工程結構可靠性的宣傳和教育,保證工作負責通過實踐經(jīng)驗我們發(fā)現(xiàn)影響土木工程結構可靠性發(fā)展的因素中,意識上的認識不清,也是一個原因。由此角度出發(fā),大范圍的實施工程結構可靠性的宣傳和教育,保證各個部門
9、以負責的態(tài)度去維護其可靠性。5、土木工程結構可靠性發(fā)展中的存在問題及其發(fā)展方向結構可靠性分析是建立在多數(shù)變量都是隨機變量的基礎上的。因此,隨機變量的統(tǒng)計能否反映實際情況,將直接影響到可靠性分析結果的精度。近年來,我國在建筑結構的荷載、材料強度等資料的積累與統(tǒng)計方面做了不少工作。但是隨著結構使用功能的變化以及新材料的出現(xiàn),相應的隨機變量的調(diào)查實測和統(tǒng)計分析工作還需要進一步的深入。分析結構體系的可靠性,首先要尋找結構可能會出現(xiàn)的各種失效模式。一般情況下,即使是一個非常簡單的結構體系,其失效模式也是非常多,全部搜尋出來計算量會很大甚至是不可能的。雖然在結構體系可靠性研究方面已做了大量的工作,但由于問
10、題的復雜性還不能用于工程實際。目前規(guī)范均是基于結構構件的可靠性進行設計的。在實際工程中往往是采用構造的措施來得到整體性能良好的結構體系??傊Y構體系可靠性仍是一個需要深入研究的問題,這種研究不只是對現(xiàn)有方法的進一步發(fā)展,更重要的可能是要改變研究的角度和采用新的研究方法?!耙愿怕蕿榛A”的極限狀態(tài)設計方法的進一步發(fā)展是基于概率的“以性能為基礎”的設計?!耙孕阅転榛A”的設計可概括為:按結構的用途和業(yè)主的要求確定性能要求,即建立目標性能;選用合適的設計方法以滿足目標性能;對每項性能進行評定,以判斷設計出的房屋建筑是否滿足目標性能。目標性能用風險率表達,顯然,可靠性分析在評定性能上仍起主要角色。在美國和加拿大設計規(guī)范中,一些以性能為基礎的可靠性分析研究工作已經(jīng)做了。我國在以性能為基礎的極限狀態(tài)設計方面實際上已邁出了堅定的步伐,今后的發(fā)展不是去取消以概率為基礎的設計,回到定值設計,而是應繼續(xù)前進,對結構的性能提出全面、清晰的要求與量化,并通過設計予以滿足。結束語我國由于基本國情的限制,使得我國的土木工程結構可靠性存在一系列的問題和不足,對此我們應該冷靜面對,合理處理,保證從各個方面去改善與調(diào)整,從而就會使得我國的土木工程結構的可靠性不斷增強,實
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