吳 佳

（銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 寧夏 銀川 750004）

0 引言

1 結(jié)構(gòu)可靠性

1.1 結(jié)構(gòu)可靠性的要素

工程結(jié)構(gòu)的可靠性是在一定時(shí)間區(qū)域的前提下而言的，即對(duì)結(jié)構(gòu)使用時(shí)間的要求。對(duì)于擬建結(jié)構(gòu)，時(shí)間區(qū)域即為設(shè)計(jì)使用年限，指設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按預(yù)期日使用的年數(shù)。對(duì)于既有結(jié)構(gòu)，其所考慮的時(shí)間區(qū)域?yàn)樵u(píng)估使用年限，指可靠性評(píng)定所預(yù)估的既有結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件下的使用年限。

1.2 條件要素

工程結(jié)構(gòu)可靠性與人們對(duì)于結(jié)構(gòu)性能、作用、作用效應(yīng)、環(huán)境影響等的認(rèn)識(shí)，及人們?cè)谠O(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)等過程中的行為有關(guān)。這些認(rèn)識(shí)水平和行為方面的限定是結(jié)構(gòu)可靠性分析的前提和條件。對(duì)于擬建結(jié)構(gòu)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定結(jié)構(gòu)能夠得到合理的設(shè)計(jì)、施工及正常的使用維護(hù)，對(duì)于設(shè)計(jì)失誤、施工缺陷、使用不當(dāng)、維護(hù)不周等問題均不在考慮范圍之內(nèi)，而既有結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)定對(duì)于這些問題可能產(chǎn)生的不利影響均應(yīng)予以考慮。

1.3 功能要素

完成預(yù)定功能的能力是結(jié)構(gòu)可靠性的核心。無論是擬建結(jié)構(gòu)還是既有結(jié)構(gòu)，都要滿足一定的功能要求，一般要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的目標(biāo)使用年限內(nèi)滿足安全性、適用性和耐久性三個(gè)方面的要求：

1.3.1 在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用（安全性）；

1.3.2 在正常使用時(shí)具有良好的工作性能（適用性）；

1.3.3 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能（耐久性）；

1.3.4 在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性（安全性）。

所謂文化自信，就是一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族、一個(gè)政黨對(duì)自身文化價(jià)值的充分肯定，對(duì)自身文化生命力的堅(jiān)定信念。因?yàn)橐粋€(gè)民族只有對(duì)自己的文化充滿信心，才能在世界舞臺(tái)上展現(xiàn)出堅(jiān)持堅(jiān)守的從容和奮發(fā)進(jìn)取的勇氣，煥發(fā)出創(chuàng)新創(chuàng)造的活力。

2 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)是否滿足要求、能否完成預(yù)定的功能，是以極限狀態(tài)為基準(zhǔn)進(jìn)行衡量的。如果結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)便不再滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一項(xiàng)功能要求， 則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的極限狀態(tài)是將其從可靠與不可靠狀態(tài)區(qū)分的界限狀態(tài)。

工程結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)劃分為兩類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載變形時(shí)的狀態(tài)；正常使用極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的規(guī)定限制值時(shí)的狀態(tài)。工程結(jié)構(gòu)的可靠性分析應(yīng)同時(shí)考慮承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。

3 結(jié)構(gòu)可靠性的概率指標(biāo)

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率稱為結(jié)構(gòu)的可靠度，結(jié)構(gòu)可靠度是可靠性的度量指標(biāo)，是對(duì)可靠性的一種定量的描述。

若以隨機(jī)向量X=（X1，X2，X3，……，Xn）表示結(jié)構(gòu)上的各種作用、環(huán)境影響、幾何尺寸、結(jié)構(gòu)的材料等影響結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件狀態(tài)的基本變量，以功能函數(shù)G（·）的形式定義結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)：

以S 表示結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)，如內(nèi)力、變形等，以C 表示對(duì)變形等作用效應(yīng)的限值，以R 表示結(jié)構(gòu)抗力，則結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以綜合變量的形式表示為Z =R－S 和Z =C－S。

4 既有結(jié)構(gòu)可靠性的分析

4.1 既有結(jié)構(gòu)可靠性分析的特點(diǎn)

4.1.1 可靠性要素的變化

對(duì)于既有結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定所考慮的時(shí)間區(qū)域，即結(jié)構(gòu)的評(píng)估使用年限， 指可靠性評(píng)定所預(yù)估的既有結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件下的使用年限，是從當(dāng)前算起的未來的一段時(shí)間，為人們對(duì)結(jié)構(gòu)剩余使用時(shí)間的要求。

對(duì)于既有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作、施工過程均已完成，并經(jīng)歷了一定時(shí)間的使用，而設(shè)計(jì)失誤、施工缺陷、使用不當(dāng)?shù)葐栴}均已成事實(shí)，所以對(duì)于設(shè)計(jì)失誤，施工缺陷，使用不當(dāng)、維護(hù)不周等可能產(chǎn)生的不利影響均應(yīng)予以考慮。另外，為提高結(jié)構(gòu)的可靠性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)加固、更新的周期，可能對(duì)既有結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)提出特殊的要求，其要求也屬于既有結(jié)構(gòu)可靠性分析、評(píng)定的前提和條件。

對(duì)于既有結(jié)構(gòu)， 其應(yīng)完成的預(yù)定功能原則上應(yīng)與擬建結(jié)構(gòu)的一致，但有時(shí)會(huì)因使用目的和環(huán)境的變化，可能會(huì)對(duì)這些預(yù)定功能提出新的要求， 如正常使用極限狀態(tài)因使用環(huán)境的惡化而發(fā)生的改變、承載能力極限狀態(tài)因地震烈度區(qū)劃的變更而變化等。

4.1.2 基本變量取值的變化

既有結(jié)構(gòu)的荷載及環(huán)境與擬建結(jié)構(gòu)相比更為具體，其統(tǒng)計(jì)特性并不完全遵循擬建結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性， 而應(yīng)以自身實(shí)際存在的信息為基礎(chǔ)，利用已有信息的統(tǒng)計(jì)分析來估計(jì)荷載在結(jié)構(gòu)評(píng)估使用年限內(nèi)的統(tǒng)計(jì)特性。 既有結(jié)構(gòu)的材料性能應(yīng)按照結(jié)構(gòu)實(shí)際情況考慮，借助現(xiàn)代檢測(cè)手段進(jìn)行實(shí)測(cè)，并采用統(tǒng)計(jì)方法確定其值。 對(duì)于既有結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，也應(yīng)根據(jù)既有結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)來建立。

4.1.3 可靠性控制級(jí)別

擬建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中可靠性控制是以滿足現(xiàn)行規(guī)范為準(zhǔn)則，其設(shè)計(jì)結(jié)果只有兩種：滿足或不滿足。 而既有結(jié)構(gòu)的可靠性分析評(píng)定結(jié)果一般以等級(jí)指標(biāo)給出，如A、B、C、D 級(jí)，這是因?yàn)榧扔薪Y(jié)構(gòu)的可靠性分析與評(píng)定過程中須考慮規(guī)范的變更、既有結(jié)構(gòu)的使用效果、對(duì)評(píng)估使用年限的要求以及經(jīng)濟(jì)原因等，因此對(duì)其進(jìn)行分析評(píng)定的結(jié)果不能僅以滿足或不滿足來衡量， 而應(yīng)根據(jù)其可靠度水平給予不同的可靠性等級(jí)。

4.2 既有結(jié)構(gòu)可靠性分析的原則

4.2.1 明確可靠性的含義

由于既有結(jié)構(gòu)與擬建結(jié)構(gòu)的不同，在分析時(shí)應(yīng)明確其可靠性的含義，統(tǒng)一要求。 對(duì)于作用的預(yù)測(cè)、抗力的變化及其影響和可靠度的計(jì)算等， 應(yīng)采用同樣的時(shí)間區(qū)段、同樣的失效準(zhǔn)則。 一般情況下，不應(yīng)直接利用擬建結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載或抗力的統(tǒng)計(jì)特性來分析既有結(jié)構(gòu)評(píng)估使用年限內(nèi)的可靠性，否則會(huì)使既有結(jié)構(gòu)可靠性的含義模糊不清。

4.2.2 充分利用已有信息

既有結(jié)構(gòu)是一個(gè)客觀存在的實(shí)體，其材料強(qiáng)度和構(gòu)件截面尺寸是可測(cè)的，在當(dāng)前時(shí)刻原則上已不是隨機(jī)變量，并且已經(jīng)歷了驗(yàn)證荷載，為可靠性的評(píng)估計(jì)算積累了一定的信息。 因此，既有結(jié)構(gòu)的可靠性分析應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代的檢測(cè)手段，測(cè)定研究對(duì)象的已有信息，并進(jìn)行合理的處理、檢驗(yàn)及利用，以反映結(jié)構(gòu)當(dāng)前的狀態(tài)和推斷評(píng)估使用年限內(nèi)的特性。

4.2.3 與既有結(jié)構(gòu)的加固維修決策相結(jié)合

既有結(jié)構(gòu)的可靠性分析評(píng)定是結(jié)構(gòu)加固、維修的依據(jù)，因此既有結(jié)構(gòu)的可靠性分析應(yīng)與結(jié)構(gòu)的加固維修經(jīng)濟(jì)性結(jié)合。在一定的技術(shù)水平下，用于加固、維修的費(fèi)用越高，結(jié)構(gòu)在評(píng)估使用年限內(nèi)的可靠性越高；用于加固維修的費(fèi)用越低，則結(jié)構(gòu)在評(píng)估使用年限內(nèi)的可靠性越低。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，既有結(jié)構(gòu)可靠性分析與擬建結(jié)構(gòu)存在一定的差異，其所考慮的時(shí)間區(qū)域具有更大的靈活性，一般比設(shè)計(jì)使用年限短，其可靠性分析的前提和條件以及結(jié)構(gòu)預(yù)定的功能均可能與擬建結(jié)構(gòu)存在差異。對(duì)于結(jié)構(gòu)基本變量的取值也更為具體，結(jié)構(gòu)的可靠性則以可靠性等級(jí)的形式進(jìn)行評(píng)定。

［1］陳肇元.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

［2］張俊芝.服役工程結(jié)構(gòu)可靠性理論及其應(yīng)用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.