可靠性分析结课论文(影响工程可靠性的因素和解决方法)

影响工程结构可靠性的

因素和解决方法

工程结构是由钢、木、砖石、混凝土及钢筋混凝土等建造的各种建筑物和构筑物。工程结构在相当长的使用期内, 需要安全可靠地承受设备、人群、车辆等使用荷载,经受风、雪、冰、雨、日照或波浪、水流、土压力、地震等环境的作用。它们安全可靠与否,不但影响工农业生产,而且还常常关系到人身安危，特别是一些重要的纪念性建筑物, 作为一个时代的文化的象征, 将留传后世,对安全可靠、适用、美观、耐久等方面,有更高的要求。

一、工程结构可靠性概念

1.1、结构可靠性的概念

可靠性分析依概率论及数理统计为基础,考虑工程变量的随机性,能定量地计算结构在规定的时间内,规定的条件下完成预定功能的能力。

1.2、工程结构可靠性分析的基本内容

人类对工程结构的最基本要求是安全与适用。为保证此要求的实现,结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求:

①在正常施工和正常使用时, 能承受可能出现的各种作用；

②在正常使用时具有良好的工作性能；

③在正常维护下具有足够的耐久性能；

④在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。

在上述各项要求中,第①、④两项, 关系到人身安全,结构具有的这种性质一般用结构的安全性来描述。第②项关系到结构的适用性,第③项则关系到结构的耐久性。由此可见工程结构的安全性、适用性、耐久性构成了工程结构可靠性的基本内容。

1.3、工程结构可靠度

按照《建筑结构可靠度设计统一标准》( GB50068 - 2001)的定义,结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。对于一般结构规定时间通常取为50年,规定条件则指正常设计、施工及使用。很显然,可靠度是从概率的角度对可靠性的定量描述。对每一种极限状态都可用结构的功能函数来描述。结构可靠性通常受各种荷载、材料性能、几何参数、计算公式精确性等因素的影响。这些因素一般具有随机性,称为基本变量。每个基本变量都服从某一种分布函数,分布函数须通过大量统计数据资料加以验证。

1.4、工程结构的可靠指标

如果考虑结构功能仅与荷载效应S(荷载引起的结构的内力,位移等)和结抗力R(结构承受荷载效应的能力)两个基本变量有关的最简单情况。此时,结构的功能函数可表示为:

Z= g( R,S)=R–S

显然，当Z>0时,结构处于可靠状态；Z=0时,结构处于极限状态；Z<0时,结构处于失效状态。因此,通过功能函数Z可以判别结构处于的状态。

二、影响工程结构可靠性的因素

2.1、事物的随机性

所谓事物的随机性,是事件发生的条件不充分,使得在条件与事件之间不能出现必然的因果关系,从而事件的出现与否表现出不确定性,这种不确定性称为随机性。例如,工程结构中钢试件的强度试验,事先该试件的强度数值是随机的。但一经试验,该试件的强度数值则是明确的。事物随机性的特点是:在个别试验中具有偶然性,但在大量重复试验中又表现出一定的规律性(统计的规律性)。

2.2、事物的模糊性

事物本身的概念是模糊的,即一个对象是否符合这个概念是难以确定的,也就是说一个集合到底包含哪些事物是模糊的,而非明确的。主要表现在客观事物差异的中间过渡的界限“不分明性”。客观世界存在着大量的模糊现象,如工程结构中的“适用与不适用”、“正常与不正常”、“安全与危险”等也都没有客观明确的界限。事物往往很复杂,过分求精确,反而模糊；适当模糊,反而精确。

2.3、事物知识的不完善性

人们对事物知识的认识是随着科学技术的进步而不断提高。在工程结构中知识的不完善性主要2种:①客观信息的不完善性,是由于客观条件的限制造成的。如由于测量或统计上的困难,不能获得所需的足够的资料；②主观知识的不完善性,主要由于科学技术发展水平的限制使人们对客观事物的认识不清晰,如对待建建筑物未来承受的风荷载的情况不能完全掌握。

三、解决工程可靠性问题的方法

3.1、结构的可靠性鉴定

结构可靠性鉴定就是通过调查、检测、分析和判断等手段对实际结构的“三性”进行评定的过程，实际结构质量检测好比医生看病时的各种检查化验，目的在于解决在缺乏资料的情况下，通过检验的手段对实际工程进行鉴定来确定其材料的力学性能、结构实际工作状况和承载能力，取得这些必要的数据，为结构的鉴定及加固改造提供依据。结构检测内容主要为材料强度、结构裂缝、结构变形、结构缺陷、结构腐蚀、荷载条件及结构几何尺寸等。通过结构损伤分析原因及其对结构的危害，作出鉴定结论，最后应对现存建筑物提出处理意见，确定是否需要进行加固。

目前，结构可靠性鉴定有经验法、实用鉴定法和概率鉴定法、随机模拟法、响应面法等方法。

1、经验鉴定法

经验鉴定法主要以原设计规范或规程为依据，按个人目视观察及规范定值计算结果来评定结构与实际差异的一种经验评定法。此法的特点一般不使用检测设备和仪器，主要凭个人经验，受个人主观因素的影响较大，但这种鉴定方法鉴定程序少，花费人力物力少。由于调查过于简单，缺乏准确数据，故在工程处理上多数偏保守。

2、实用鉴定法

实用鉴定法是在经验鉴定法的基础上发展起来的，它十分重视检测手段和测试技术，对于结构材料强度等有关力学参数，一般采用实测值并经统计分析后才用于结构的分析计算。实用鉴定法的特点是荷载计算以实际调查的统计分析为准，通过检测获得较为准确各种资料和数据，再通过集体研究做出鉴定结论。因此，实用鉴定法十分强调检测手段和试验数据。

3、运用概率论和数理统计原理

采用非定值统计规律对建筑物的可靠度进行鉴定的一种方法，称可靠概率鉴定法，又称可靠度鉴定法。建筑物的作用效应和结构抗力以及影响建筑物的诸因素是在一定范围内波动的随机变量，按现有规程、规范进行结构分析和应力计算属定值法范围，用定值法的恒定值去评定已有建筑物的随机变量的不定性影响，显然是不合理的。概率法用概率的概念分析已有建筑物的可靠度，找出建筑物在正常使用条件下和预期的使用期限内发生破坏或失效的概率，确定其使用寿命。

4、随机模拟法

该法是依据统计抽样理论，利用计算机研究随机变量的数值计算方法。理论上，模拟的方法可以应用于大型复杂系统，通常是当得不到解析解或解析解无效而采用随机模拟法。该法通常又是唯一的检验或者评价近似解的方法，是目前系统分析中相对精确法。

四、建筑结构加固与改造的原则

结构加固的目的就是恢复或提高建筑结构已丧失或降低的可靠性，使失去部分抗力的结