关于结构可靠度的一点理解

关于结构可靠度的一点理解
可靠度理论是在上世纪80年代引进我国的，经过三十年的研究和发展，已经形成了中国特色的理论体系。

现在可靠度理论已经被写入建设规范，引导着结构向高质量方向发展。

1.可靠度理论的基本概念
1.1可靠度的概念
工程结构的设计应在经济合理的条件下满足如下要求：①能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变形）；②在正常使用时具有良好的工作性能；③在正常维修和养护下，具有足够的耐久性；④在偶然事件（如地震、爆炸、龙卷风等）发生时及发生后，能够保持必要的整体稳定性[1]。

在上述四项中，第①、④项是指结构的安全性，第②项是指结构的适用性，第③项是指结构的耐久性。

所以结构可靠性的概念，应该包括三个方面：安全性、适用性及耐久性。

这三者是相互联系、相互影响的。

结构的可靠性可用可靠度指标β来衡量，β越大，就表示结构越可靠（即可靠度越大）。

1.2可靠度的不确定性
因为结构在设计、施工和使用过程中常常会遇到各种不确定的因素影响，导致其在安全、适用及耐久上存在不确定性，这些不确定性又表现为以下几个方面：
（1）随机性事物的条件和结果之间没有必然的因果联系，导致结果出现与否的不确定，无法根据现在状况推测未来的发展趋势。

（2）模糊性对于事物的分类界限不是很清晰，很难明确地划分到属于哪个类别。

（3）不完善性人们对世界知识无法做到完全掌握，总有未能探知的领域，对熟悉的领域也有未能完全掌握的知识，所以对某一单一物体无法做到完全的分析。

2.可靠度理论对结构设计的指导作用
可靠度理论在结构上强调三个正常：正常设计、正常施工和正常使用[2]。

而其中最基本的是要保证正常设计，以确保结构的安全和使用功能。

2.1结构设计的安全性
结构的安全度是结构存在的首要前提，在设计时，要按照最不利条件设计，保证结构在日常使用和突发事件时能做到“小震（众值烈度）不坏、中震（基本烈度）可修、大震不倒”。

具体的设计分两阶段，首先是按小震进行计算，使结构处于弹性阶段以保证不坏，然后进行构造设计以保证大震不倒[3]。

其次还应考虑到结构的全生命周期（建造阶段、正常使用阶段和老化阶段）的可靠度[4]，按照最久年限进行设计。

图1结构生命周期与平均风险率
2.2结构设计的适用性和耐久性
在进行设计时，要在安全的条件下保证结构的使用功能，最大限度地制造使用空间，同时减少费用。

在布置构件时，要考虑长期荷载的作用，以及因为荷载和温度等条件引发的结构的变形，要在经济允许下尽可能地增加使用年限和耐久性。

3.利用可靠度理论控制结构质量的方法
3.1规范的可靠度
90年代，我国规范关于可靠度的部分存在很多问题，蒋莼秋[5]就曾指出，标准中的大城市建筑结构抗震安全性标准与中小城市没有区别。

这虽然能极大地保证建筑的安全度，但对于中小城市来说，这也造成的不必要的浪费。

容柏生[6]关于地震标准的制定曾提出：地震发生概率很低，而且较大地震的重现期往往超过建筑物的设计寿命，同时标准越高建筑的造价也就越高，所以标准不应该定过高。

同时，刘西亚[7]还指出，我国仅能计算单一构件的截面可靠度，对于结构整体的可靠度无可比性，不能由构件的可靠度得出结构的破坏概率。

进入21世纪后，虽然我国可靠度理论发展迅速，但近几年还处在定性阶段，对于结构的定量还很模糊。

3.2材料的可靠度
最常用的建筑材料是混凝土，特别是加筋混凝土。

赵国藩[8]等经过研究，发现混凝土碳化现象会导致钢筋失去碱性环境的保护，从而引发钢筋锈蚀。

另外碳化还使混凝土变脆，延性变差，容易使结构产生无预兆的破坏。

其他建筑材料也存在在一些问题影响着结构可靠性，比如木结构的刚度小，不易做高层建筑，木头的抗火性和抗腐蚀性差，对于使用阶段的耐久性产生严重的影响。

在进行结构设计的时候，要根据各地情况选定抗震标准，做到建造投入和可靠度的双向平衡，既不浪费又保证结构安全。

对于建筑材料应根据建筑特点选取，要将可靠度放在第一位。

参考文献
[1]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].大连理工大学年报，2000，40(3)：253-258
[2]程懋堃等.结构设计安全度专题讨论综述[J].土木工程学报，1999，32(6)：75-77
[3]容柏生.提高建筑结构设计水平的若干问题[A].第十届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C].广州，2000，3-7
[4]刘西亚，蒲德群.再论“必须提高我国结构安全设置水平”[J].建筑科学，1999，15(5)：46-50
[5]蒋莼秋.改进我国建筑结构抗震安全性刍议[A].土建结构工程的安全性与耐久性科技论坛[C].北京，2001,113-118
[6]容柏生.对建筑结构可靠度的我见[J].广东土木与建筑，1999,3:3-6
[7]陈瑞金，刘西亚.结构体系可靠性与可靠度[A].工程结构可靠性全国第二届学术交流会文集[C].重庆，1989,43-47
[8]贡金鑫，赵国藩.钢筋混凝土结构耐久性研究的进展[J].工业建筑，2000，30(5)：1-5。