结构整体性评估方法研究

结构整体性评估方法研究

摘要：土木工程与水利工程作为与人们的生活息息相关的两大工程，给人们带来很多福利，但同时，某些老旧的结构物存在一定的安全隐患，因此对其定期进行安全性评估是十分必要的。其中，码头检测与评估是一门新兴的边缘学科，其整体性的评估方法还不完善，十分有研究的价值。本文主要将前人对码头、桥梁、建筑以及大坝的评估方法进行总结与分析，以期待更好的显现结构整体性评估的全貌。

关键字：土木工程码头结构评估方法

1.引言

无论是发达的国家还是发展中的国家，结构的安全仍是二十一世纪的热点问题。随着时间的流逝，长期暴露在自然环境下的结构物逐渐破损，这是一个不可逆转的过程。大量解放前的老建筑，还在继续使用中，而且有些建筑物已经达到设计使用年限，这些潜伏的危害，如果不及时采取措施，将会酿成更大的事故。对已有的老旧结构以及因某些事故而造成破坏的结构进行安全性评价鉴定已经

关系到社会经济、安全和使用的重大问题。此问题已经到了刻不容缓的地步。近年来，不少学者对结构物的整体的评估方法进行了研究，主要是针对使用较多的码头、桥梁、建筑以及水利工程中较有代表性的大坝。本文对这些成果进行梳理，以期对结构物评估方法有个更全面的了解。

2.结构整体性评估方法研究

2.1码头

建国以来，我国的国民经济突飞猛进，这与港口建设的发展有着不可分割的关系。我国加入世贸组织后，对港口的需求量更是有增无减。然而，在我国已建的港口码头建筑物中，大部分已经生产运营超过了十年甚至更多，这些码头在自然环境或某些事故中，不可避免的发生腐蚀、老化、过载、疲劳的等一系列损伤。这些破损存在一定的安全隐患，如果不及时采取防治措施，将会带来难以想象的经济损失，甚至是人员伤亡。与此同时，现役的港口码头已不能满足运输生产的要求，急需吞吐能力大的码头。新建的码头能否与老旧码头协调满足整体承载力的要求是码头设计人员十分重视的环节。因此，这些问题的解决就要对码头进行全面的评估，以保证对码头的现状的健康状态有个更全面的分析。

码头的评估主要是对其可靠性进行评估，包括安全性、使用性与耐久性评估。依据《港口水工建筑物检测评估技术规范》[1]中规定，码头的安全性评估以目标为基础来确定分级界限，并将安全性等级分为A、B、C、D四个等级。可靠指标β

使用性评估按正常使用极限状态进行验算，评估分级以现行规范规定的现值与实测值或验算值的比值进行划分，划分的基本原则同安全性评估分级相似。对水工结构建筑物耐久性的评估主要针对混凝土结构、钢结构因材料劣

化造成的损伤程度，划分为不同的极限状态进行评估，并考虑维修难易程度进行评估分级。

《港口码头结构安全性检测与评估指南》[2]中规定，结构的安全性评估主要有以下步骤：划分评估单元、依据不同的码头结构型式确定验算项目并验算、码头安全性等级的确定等。其中验算项目主要是计算结构的抗力与效应。对码头的安全性评估分级应从基本单元、子单元和评估单元依次进行。结构构件安全性评估应按下表规定分别验算个验算项目等级，取最低一级作为该构件安全性评估等级。

表1 结构构件安全性评估分级标准

等级

构件类别

A B C D

主要构件R

d /S

d

≥1.00 0.95≤R

d

/S

d

＜1.00 0.90≤R

d

/S

d

＜0.95 R

d

/S

d

＜0.90

一般构件R

d /S

d

≥1.00 0.90≤R

d

/S

d

＜1.00 0.85≤R

d

/S

d

＜0.90 R

d

/S

d

＜0.85

对结构的安全性而言，主要体现在结构构件承载力的安全性、结构的整体牢固和耐久性等。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致结构安全事故，日本土木工程协会混凝土结构委员会(1987)提出了混凝土结构耐久性设计方法[3]。徐云清（1997）建立了老化病害混凝土水工建筑物耐久性多层次评估模型,提出了对混凝土耐久性的评估方法——劣化速度法与劣化度法[4]。两种方法均用耐久性系数作为其分级标准，能够保证对同一个建筑在正常运性条件下不同时期进行评估时，其结果的一致性。

刘伯清（1997）采用C语言编程和相应的开发环境，研究开发出可在基本的原始信息输入后，自动进行评估并输出评估结果的计算机软件[5]，可对码头评估该具有整体的宏观认识。竺存宏（2000）提出了用模糊数学理论对海港高桩码头的可靠度进行评估[6]，并结合工程实例，得出该方法对结构整体的综合评价与现场调查情况基本一致的结论。该方法中最重要的是建立模糊数学评估模型，建立因素集与评判集，采用加权平均法确定各因素的权重。基于层次分析法，对各类构件进行单层综合评估及码头结构整体双层评判，双层评判可按下述步骤：①将因素集U按某一属性分成S个子集；②对子集U i 进行综合评判，设相应的因素权集为A i,某单因素的评价矩阵为R i，则V i=A i· R i；③将每个子集U i作为一个元素，V i为其单因素评判，这样{U1、U2……U i}的评价矩阵为R={V1、V2、……}T,由于每个子集U i反映了U的某种属性，按其对结构整体可靠度的重要程度，给出权集A，于是有：V=A·R。应用评判集可知整体的可靠度等级。

王广德、田双珠（2002）等人对目前码头评估的方法进行概括性的总结[7],主要有经验法、模糊评判法、概率计算法、控制断面计算法、振动诊断——模态分析法、基于知识的专家系统、人工神经网络法及综合评估法。各种方法各有各个有的特色，但文中未深入研究每种方法的应用。陈强、冯涛（2003）等人对高桩码头承载力“论证方法”进行探讨[8]，在“静态论证”与“实测参数论证”方法的基础上，用“动态论证”方法，强调现场原型整体“模拟加载”的试验观测。