錢祖權(quán)

(重慶市渝萬建設(shè)集團(tuán)有限公司,重慶 550001)

水工結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算理論與方法分析

錢祖權(quán)

(重慶市渝萬建設(shè)集團(tuán)有限公司,重慶 550001)

本文探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的進(jìn)展中的問題與水工結(jié)構(gòu)的特征,依據(jù)真實(shí)度理論與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展?fàn)顩r,解析水工結(jié)構(gòu)安全度牽涉的技能、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與可延續(xù)進(jìn)展方面的原因,覺得僅根據(jù)經(jīng)歷辦法肯定指標(biāo)安全度不足正當(dāng),而要在必須的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),以危險(xiǎn)解析為根基,指標(biāo)安全度要思考繁多原因的辦法來肯定,顯示安全、經(jīng)濟(jì)和危險(xiǎn)的聯(lián)合。

水工結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 方法

結(jié)合以往水工結(jié)構(gòu)可靠度原因是多方面的，其中一個(gè)重要的原因是設(shè)計(jì)方法復(fù)雜，許多參數(shù)的樣本很少，統(tǒng)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)分布較難確定， 最終設(shè)計(jì)結(jié)果跟過去方法差不多，設(shè)計(jì)人員體會(huì)不到新方法帶來的好處。從理論上講，可靠度方法比過去單一安全系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)方法科學(xué)和精確的多，但由于目標(biāo)安全度主要根據(jù)“校準(zhǔn)法”確定，目標(biāo)安全度與過去方法的安全度差不多，所以設(shè)計(jì)的結(jié)果也差不多。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算理論結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)可靠性理論源于本世紀(jì)20年代，但直到1969年美國(guó)的康耐爾(C．A．Conell)提出與失效概率相聯(lián)系的可靠指標(biāo)作為衡量結(jié)構(gòu)安全性的數(shù)量指標(biāo)，才進(jìn)入實(shí)用階段．1971年加拿大的林德(N．C．Lind)提出分離系數(shù)手段，所以將β和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)關(guān)聯(lián)起來，促進(jìn)了結(jié)構(gòu)真實(shí)度理論的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用．在這根基上，國(guó)外規(guī)范化結(jié)構(gòu)ISO于1986年公開宣布為國(guó)外規(guī)范ISO2394：1986《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》，這是批示項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)依機(jī)率極點(diǎn)狀況設(shè)計(jì)法實(shí)行修編的一個(gè)國(guó)外基礎(chǔ)資料，ISO2394：1998是1998年發(fā)表的這一國(guó)外規(guī)范的最新版本，和1986年版對(duì)比，在國(guó)外上又有了新的進(jìn)展的是機(jī)率極點(diǎn)狀況設(shè)計(jì)法。同一年美國(guó)國(guó)度規(guī)范局NBS揭曉了ANSI A-58《基于概率的荷載準(zhǔn)則》；《結(jié)構(gòu)安全要求總原則》是1981年德國(guó)規(guī)范化協(xié)會(huì)DIN建議的；BS 5400《鋼、混凝土和組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》是英國(guó)國(guó)度規(guī)范化協(xié)會(huì)于1982年揭曉的；《基于概率的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載與安全導(dǎo)則》等是1987年丹麥、芬蘭、冰島、挪威、瑞典建筑準(zhǔn)則委員會(huì)NKB揭曉的?，F(xiàn)在，一條龍使用機(jī)率極點(diǎn)狀況設(shè)計(jì)法的歐洲項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn) (共9卷62冊(cè))是由歐洲聯(lián)合體市場(chǎng)十八個(gè)國(guó)家參與構(gòu)成的歐洲規(guī)范化委員會(huì)CEN正在擬定的，包含構(gòu)造上的功能、混凝土構(gòu)造、鋼構(gòu)造、連合構(gòu)造、木構(gòu)造、砌體構(gòu)造、根基和巖土項(xiàng)目、構(gòu)造抗震和鋁合金構(gòu)造等，由1992年起著手持續(xù)頒布。這套標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)ISO2394的準(zhǔn)則擬定的，結(jié)束后將變?yōu)楝F(xiàn)代使用機(jī)率極點(diǎn)設(shè)計(jì)法的最完善的一套區(qū)域性國(guó)外規(guī)范。另外，這幾年來亞太區(qū)域正在編制的區(qū)域性構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范也建議了要向歐洲合并規(guī)范接近。能望，機(jī)率極點(diǎn)狀況設(shè)計(jì)法通過十多年的近展已影響了近半個(gè)宇宙。

2 設(shè)計(jì)理論發(fā)展過程中存在的問題

(1)在文藝復(fù)興以前，不存在現(xiàn)代意義上的力學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)理論，還不能有直接關(guān)聯(lián)的是建筑物的設(shè)計(jì)和力學(xué)，建設(shè)項(xiàng)目關(guān)鍵憑工匠(相等于當(dāng)代的建筑師)私人閱歷與少許幾何常識(shí)，特別像一種才藝獨(dú)創(chuàng)。如金字塔前后相繼有幾十萬人動(dòng)工，用幾十年構(gòu)筑。用限定的幾何常識(shí)與足夠的實(shí)際閱歷建設(shè)起很多環(huán)行或者拱形建筑物是古羅馬人。這種構(gòu)造只須樣式設(shè)計(jì)恰當(dāng)，是能夠保證安全的，自然的穩(wěn)固構(gòu)造就是拱形構(gòu)造。所以，設(shè)計(jì)理論沒有或是有很簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)理論，只消有足夠的閱歷，使用恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造樣式，具有相稱的安全系數(shù)，可以包住能夠呈現(xiàn)的不肯定愿因，能夠確保安全的就是構(gòu)造。(2)也是一種理論模子的是相對(duì)先進(jìn)或精確的理論，假設(shè)也是有的，和包括許多不肯定原因。設(shè)計(jì)人員發(fā)覺，通常有很大不一樣的是理論計(jì)算的應(yīng)力與變形以及實(shí)踐觀測(cè)值。即便精確認(rèn)識(shí)原料的特點(diǎn)，因?yàn)閷?shí)踐構(gòu)造應(yīng)力特別繁雜，像殘存應(yīng)力的鋼筋中、徐變與縮小的混泥土、下降的地基與施工工藝等都能夠引發(fā)構(gòu)造的應(yīng)力與變形以及理論展望的不一樣，現(xiàn)在很大一部分理論還不可以總結(jié)這些繁雜局面。當(dāng)人們加入非線性、混沌、分形與分叉范圍后，發(fā)覺再好的理論也是相應(yīng)的。

3 目標(biāo)安全度確定方法

(1)體驗(yàn)辦法肯定方向牢靠度存在下面問題，一是，比從前已有很大提升的是目前勘察、荷載展望與解析辦法，不肯定水準(zhǔn)大為降低，方向安全度應(yīng)當(dāng)比從前下降。二是，所有建筑物應(yīng)當(dāng)有運(yùn)用年齡，不但讓業(yè)主的加入增多，并且也增多了未來廢除的本錢，這是因?yàn)樵O(shè)立過高的安全度。跟著社會(huì)的發(fā)展與人們對(duì)環(huán)境完善的請(qǐng)求，已施展過功能但已落后的建筑物一定廢除。(2)從當(dāng)代設(shè)計(jì)理論的進(jìn)展趨向看，方向安全度理當(dāng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)解析的辦法肯定，生命和資產(chǎn)虧損的機(jī)率是風(fēng)險(xiǎn)，投資者對(duì)建筑物提議的運(yùn)用年限與作用請(qǐng)求是風(fēng)險(xiǎn)解析的依據(jù)，在建筑物建立與保衛(wèi)經(jīng)費(fèi)加入、建筑物安全度與一朝損壞釀成的虧損三者之間實(shí)行均衡解析后肯定，理當(dāng)漸漸脫離體驗(yàn)辦法，這樣才可以真實(shí)提升設(shè)計(jì)的定量化水準(zhǔn)，到達(dá)安全和經(jīng)濟(jì)的恰當(dāng)均衡。(3)建筑物的風(fēng)險(xiǎn)≤社會(huì)與個(gè)別可以承受的風(fēng)險(xiǎn)：上式左邊能夠經(jīng)過牢靠度理論與價(jià)值益處解析定量計(jì)算。方向風(fēng)險(xiǎn)是右邊，要把社會(huì)與人的信用水準(zhǔn)和見解用風(fēng)險(xiǎn)的定量化表現(xiàn)出來，能夠經(jīng)過專家體系與社會(huì)考查以及貝葉斯理論相聯(lián)合辦法肯定或把風(fēng)險(xiǎn)改變成貨幣化實(shí)行肯定。在實(shí)用風(fēng)險(xiǎn)解析肯定方向安全度暫時(shí)沒閱歷時(shí)，能夠使用校準(zhǔn)法實(shí)行校核或者作為方向安全度的上限。

4 安全度建設(shè)辦法的評(píng)價(jià)

(1)因?yàn)楹奢d與質(zhì)料物理力學(xué)參數(shù)的隨機(jī)性、設(shè)計(jì)辦法的不肯定、人為錯(cuò)誤與動(dòng)工漏洞等因素，水工構(gòu)造需求必須的安全度是特別主要的，并且對(duì)于水工構(gòu)造，除具有通常土木項(xiàng)目特征外，還有下面特證：1)重要荷載就是水荷載，隨機(jī)性相對(duì)大一點(diǎn)；2)大部分建在巖體上，牽涉到繁雜的項(xiàng)目地質(zhì)問題；3)項(xiàng)目范圍大，對(duì)社會(huì)與人們生存影響大，人們對(duì)其安全度要求也更高；4)大體積混凝土較多，溫度應(yīng)力比較突出。(2)在使用無限狀況設(shè)計(jì)法時(shí)，現(xiàn)在還生存著下面問題：1)對(duì)于繁雜構(gòu)造，就算使用比較優(yōu)秀的辦法，承載實(shí)力無限狀況并不簡(jiǎn)單肯定。并且所說承載實(shí)力的無限狀況，公認(rèn)、詳細(xì)的定義也缺少。2)分項(xiàng)系數(shù)比較多，安全裕度包括在各個(gè)系數(shù)之中?，F(xiàn)在把這些系數(shù)看作是相互自立，而實(shí)踐上他們之間有必須的有關(guān)性，安全裕度有反復(fù)，讓設(shè)計(jì)偏向落后。3)目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定目前多采用校準(zhǔn)法，使安全度水平與舊規(guī)范相當(dāng)。安全度水平向舊規(guī)范看齊，使新規(guī)范安全度水平又帶上了舊規(guī)范的痕跡。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程建設(shè)以業(yè)主為核心的體制逐漸加強(qiáng)，設(shè)計(jì)者必然要在有限的投入、建筑物的有限功能和使用年限基礎(chǔ)上進(jìn)行安全和經(jīng)濟(jì)的均衡設(shè)計(jì)，目標(biāo)安全度也要向定量化和精確化發(fā)展，采用風(fēng)險(xiǎn)分析確定目標(biāo)安全度是符合這一要求的。

[1]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB50199-94.水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1994,

[2]國(guó)家電力公司,混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范,DL 5108-1999,北京:中國(guó)電力出版社,2000,

[3]E.J.亨利,可靠性工程與風(fēng)險(xiǎn)分析.呂應(yīng)中等譯,北京:原子能出版社,1988年.