论土木工程结构可靠性研究进展方君臣

论土木工程结构可靠性研究进展方君臣

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摘要:近些年来,我国土木工程结构可靠性的研究取得了极大的进展,为我国土木工程的进一步发展做出了突出贡献。但是土木工程结构可靠性水平仍然不高。基于此,本文阐述了影响我国土木工程可靠性的诸多因素,并提出了切实的解决对策,旨在进一步提高土木工程结构的可靠性,为我国土木工程的进一步发展提供一定的基础。

关键词:土木工程结构;可靠性;进展

土木工程是为人类生产生活提供服务的各种工程设施,随着社会的不断进步和经济的飞速发展,土木工程项目越来越现代化、复杂化,超高层建筑、巨型桥梁、防洪大坝等工程层出不穷,在满足人们物质和精神需求的同时,也对工程结构可靠性提出了更高的要求。

1土木工程结构可靠性的含义分析

土木工程结构可靠性,是指在规定的时间和条件下,工程结构所具备的安全性、适用性和耐久性。其中安全性主要包括两个方面:一是在施工过程中能够负荷各种正常工况保证施工人员人身安全,二是能够抵御地震、洪水、台风等特殊的自然环境和气候条件。适用性主要是指工程在投入使用的过程中能够发挥其正常功能。耐久性是指工程在正常保养和维修的条件下能够在规定的时期内发挥其正常功能。从数学角度分析,土木工程结构的可靠性可以用可靠度来表示,工程结构可靠度是指在规定的时间和条件下,此工程完成其正常功能的概率。工程结构可靠度受原材料、荷载量、数学参数、函数准确性等各种因素的影响,每种因素都具有随机性,称为基本变量,而每一个基本变量的变化都能经过大量统计分析形成一个分布函数。

2影响土木工程结构可靠性的因素

2.1随机属性

由于项目工程在实际建设环节中有着多项不确定性要素,它们之间可能会产生很多非直接形式的影响,所以,将这些要素看作是函数参数,这也就会在使用环节中出现对应的随机函数表达式。它所具有着不确定随机影响是体现在土木工程建设过程中的各个环节和各个领域之中。这也就表明任何一个环节出现问题,将会产生整体运作中的蝴蝶效应。

2.2土木工程结构的不完整性

事物是由多种因素密切联系和相互作用着的有机整体,但是在实际中,人们往往只凭着经验和感觉,把已知的部分当做整体。在土木工程结构中,这种不完整性主要表现为两个方面:一是客观因素,如测量难度大、统计计算复杂等因素决定了客观信息资料不完善;二是主观因素,主要是科学技术水平和技术人员水平制约着人们对客观事物的认知,比如人们对未建成的一个工程项目是否能够抵御地震灾害、能够抵御几级地震灾害不能准确掌握。针对事物不完整性的这一特点,主要做法是聘请经验丰富的专家进行评估审核。

2.3土木工程结构的模糊性

事物的模糊性主要是指事物本身的概念具有模糊性,即一个事物集合中包含哪些因素是模糊的,也就是说一个因素是否属于这个事物范畴是模糊的,两种不同事物过渡的中间部分界定归属于哪一方是模糊的。在土木工程结构中,存在着大量的客观因素,在概念和归属方面具有模糊性,比如工程结构的安全与危险的中间界定、适用与不适用的界定,都不能够做到绝对精确,具有模糊性,影响着工程结构的可靠性。

3工程结构可靠性研究的进展研究

3.1结构抗震可靠性研究

在工程结构的设计中,要考虑的动态作用主要有地震、强风、波浪力等,这些作用不仅在事件发生的时间和空间上是随机的,而且每次事件作用的强度随时间的变化规律,也是随机的。因此,结构抗震可靠性的研究在我国日益受到重视,抗震可靠性的分析一般采用首次超越和低周疲劳破坏的分析方法,其中首次超越的界限,在弹性分析中一般沿用了结构构件承载能力的允许值,在弹塑性分析中采用了延性系数的允许值。这些界限值假定具有某种概率、分布,近来也有学者提出应考虑界限模糊性的观点。这些方法都是可取的,值得沿承的。

3.2岩石工程的可靠性研究

国内在岩土工程中应用概率统计方法的问题,在80年代初期开始得到了重视。并进行了深入的研究,通过多年的研究与发展,大致确定了以下几个方面:(一)在概念方面的探讨,这部分虽然数量不多,但内容却十分重要。(二)岩土参数估计的研究,这是岩土工程可靠度分析中的关键和难点,以此为主的论文约占四分之一。(三)将可靠性方法引入到各类岩土工程的问题,包括计算分析方法的研究,除了一次二阶矩验算点方法外,随机有限元、高阶矩、Monte一Carlo等方法也开始引入到岩土工程的可靠性分析中来。目前在岩土工程可靠性研究方面,与上部结构相比,其成果尚未成熟到可供实用的阶段,但与上部结构采用不同设计原则的状况也不容许持续太久,加速实用化研究是势在必行。

3.3结构体系可靠性研究

随着结构可靠度理论在建筑、铁路、公路、港工和水利水电五大工程部门中的应用日益广泛逐步深入,人们深知一个结构体系的可靠度不能仅由其局部元件对某种失效形态可靠度加以度量。因此,现在设计规范中规定的结构目标指标,实际上是指失效问题而言的。对由诸元件组成的结构体系,其可靠度应由诸元件以及体系的各种失效模式所确定的极限状态方程得出。为了不断提高设计规范的质量水平,全国工程结构基础标准技术委员会1986年第二次全体委员会制定的科研项目中,对体系可靠度的研究十分重视,将连续梁、简单刚架、高桩码头、重力坝等结构体系的可靠度分析列为研究课题,这种形势在客观上促进了结构体系可靠度理论的发展。

4影响土木工程结构可靠性的因数对策

4.1安全操控

可靠性分析的重要内容就是体现在安全层面中,可以用数学的手段对其进行分析,这是要综合考量多种参数带来的安全影响,需要通过微积分方程式的设计构建出与之相对应的数学模型,然后通过软件进行仿真并求得其函数的最优解。在进行土木工程结构设计环节中,要关注出现频率高的参数,能够在参数考量的环节中对其进行综合性的评价和考量,以此不断提升其设计的可靠性精度,这样也就会对其安全性能提供更好的保障,它体现在建筑施工进程,以及后续使用的过程中。

4.2拓展研究方向

在过去对土木工程结构可靠性的研究中,人们往往采用传统方法,针对如何提高工程结构可靠性进行大量的分析研究,但是由于事物的随机性、模糊性、不完整性的存在,很多研究结论尚不能运用于工程实际中。所以要采用新的研究方法,转变研究思路,比如从工程结构的失效模式进行研究,因为失效是可靠的反面,可靠度与失效概率是互补的,从失效概率的函数入手得出失效概率,也就可以度量出可靠度。再比如,目前在工程结构设计中,主要以概率为基础研究极限状态,下一步研究方向可以基于概率向性能发展,以使用者的需求确定工程项目的目标性能,针对目标性能确定设计方案,并针对每项性能的可靠性分别进行风险评估,提高工程结构可靠度。

4.3加快技术创新

近年来,我国的建筑业迅猛发展,对于工程结构可靠性的技术研究也在不断深入,但是与世界先进国家相比还有一定差距,主要采取以劳动力为主的粗放的技术方式,技术层面相对较低,在工程结构设计和实际技术操作中没有形成一套科学完整的体系。对此,应该针对自身薄弱环节,运用数学概率分析、模糊数学等理论有效控制不可靠因素的不利影响,积极学习国外先进经验,引进先进技术,赶超国际水平。在引进技术的同时,要加强自主创新,增强技术实力,努力由劳动粗放型向技术集约型转变。

5结语

总而言之,近些年来,土木工程的可靠性得到了相关研究者的广泛关注,并给予了大量的研究,虽然,部分研究成果还没有落实到实际应用当中,但是,我们相信,随着我国经济的进一步发展,土木工程水平的进一步提高,相关研究成果必然会逐步应用到具体实践当中,为土木工程的进一步发展提供理论基础。

参考文献:

[1]胡志天.我国土木工程结构可靠性发展策略探讨[J].才智,2013.

[2]赵国藩,贡金鑫,赵尚传.我国土木工程结构可靠性研究的一些进展[J].大连理工大学学报,2000,03:253-258.

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