结构可靠度在水工结构设计中的具体实践

结构可靠度在水工结构设计中的具体实践

郭晴,焦俊杰,华钲森

陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西省西安市710000

摘要:在水利工程中,各种不确定因素都会在一定程度上影响设计､施工､管理､应用等环节,导致工程耐久度､安全性等体现出不确定的特征｡而这类特征基本都要间接或直接通过结构可靠度的相关理论研究才能获得更为合理的表述｡为此,本文从可靠度设计的重要性和现状着手,对其理论模型进行了分析,提出了可靠度设定的相关方法,并最终分析了可靠度设计面临的一些障碍｡

关键词:结构可靠度;水工结构设计;分项系数极限状态;概率可靠度

近年来我国在经济领域取得了长足发展,与此同时水利工程对于区域性的产业发展具有不可或缺的作用,尤其对于地区农业发展以及水利设施建设都至关重要｡随着当前技术的快速发展,水工建筑结构朝着规模化､多样化方向不断迈进｡我国幅员辽阔,不同地区存在着不同的地质环境,因此需要结合区域性特点进行水工设计,同时要站在更加宏观角度注重大中型灌区配套改造,以水利为重点推进农村地区技术设施建设｡相关设计人员应摆脱传统的安全系数概率计算方法,加强可靠度理论数据统计及运用,以此提高水工工程结构质量､提升水利工程稳定性｡

1水工结构中的可靠度设计分析

1.1可靠度设计的现实意义

在水工结构中,作业角度检验､防水材料选用､地基荷载､水地边界等都存在大量不确定因素,直接影响着水工结构的安全性､耐用性,应通过安全系数法或者概率统计方式使其数据更为直观,以便开展检测工作或者实现设计规避｡可靠度设计属于非定值设计方式,能对工程作业中遇到的各类因素的随机性进行有效处理｡将其应用在水工结构设计中,能使原先依靠工程经验的定性分析转为以概率统计学为基础的定量分析,能更好地对各类随机因素实现有效规避｡

1.2可靠度设计的重要性

在水工结构设计中,引入可靠度理念,对于整体安全性､稳定性等都具有极大决定作用｡从经济层面来看,工程投入中水工结构部分的资金耗费较多,一旦水工结构设计产生偏差,就会使得整体工期延长,从而增加经济负担;从工程本身来看,一旦设计失误,不仅会影响到施工者的人身安全以及今后应用过程中的公共安全,还会给周围环境生态带来不良影响,并制约相关设备的调控部署｡所以,在实际设计时,必须全面贯彻落实可靠度理念,无论是作业角度检验､防水材料选择,还是地基荷载确定､地形建构合理程度､计算模型等,都要将动态因素作为随机变量,利用数理方式将不确定因素给工程整体质量带来的影响进行推算,并提供最为科学有效的理论指导｡
2水工结构可靠度设计在水工结构设计标准中的应用探索

2.1制定水工结构标准化等级

制订结构规范化级别能提高水利水电工程安全性，并将级别规范做参考，无法仅仅凭数据进行分析，还需要融合区域性的水利水电工程地质环境具体情况，对于工程规模、基本建设环境以及建设质量等方面进行动态管理，防止系统漏洞发生，以科学合理的设计区划做为规范化的参照。中国正处于社会改革的深入环节，基础设施是中国长远发展的重要工作，水利水电工程对于改善生态资源标准、促进农业发展趋势起着至关重要的作用，因而制订结构规范化级别是市场可持续的内在要求，同时也可以通过科学标准化级别操纵水工结构成本费，针对中后期可能出现的情况进行数据采集，为整体数据模块的建立打下基础。

2.2理论支持

一般来说,水工结构可靠多度剖析测算以“作用效应-结构抗力”实体模型为载体,或是为此进行相应转变。相对性可靠性来讲,结构一旦无效则直接觉得不可靠,因此结构性能和失效模式基础条件基本上确定时,结构可靠度就可以通过定量方式表明,就是说在了解结构抗力比增加的作用效应低,结构便会在这里标准下无效[3]。实际应用极限值方程式对水工结构可靠度设计基础理论开展叙述,即Z=g(R,S)=R-S。R为结构抗力,表明非负随机变量或平稳随机过程；S为作用效应,表明非负随机变量或是平稳随机过程。一旦S≤R,也表示结构可靠；假如S>R,也表示结构不可靠。假如结构总体处于可靠的状态下,运行状态并没有超过阀值,总体结构则十分安全,此刻R-S>0；假如结构处于极限状态中,运行状态达到了结构能够承重的极限,此刻R-S=0；假如结构处于失效状态中,运行状态也远远超过了阀值,结构便会破裂,造成不安全的变型,此刻R-S<0。在真实水工结构当中,S也表示坝基受到的外界承载力；R也表示坝基原材料自已的力学性质,通过研究二者的关联,能确定工程项目结构可靠指标值β。除此之外,也可以利用摡率论开展叙述,包括了水平Ⅰ、水平Ⅱ、水平Ⅲ三个基本水准。在其中水平Ⅰ为半几率或半工作经验方法,难以达到可靠的概率分析,较为适合运用到总体标准较为复杂而且无法对定量分析可靠度来计算的现象中。结构安全性影响因素包括了材料的强度、承载力这些,实际可根据设计工作经验,将工作经验指数引进在其中。水平Ⅱ即是类似概率法,因而统计数据不健全。在其中水工作用效应S与结构抗力S就是随机变量,先根据预置的概率分布函数,对可靠指标失效概率开展估计,重复利用标准偏差与平均值统计分析主要参数或是关系式、线性规划问题开展深度处理,应用领域较广。水平Ⅲ乃是全几率方式,在其中所有的概率分布函数都是十分精准的。一般是把所有的随机变量联合分布为核心的方法,可以使复杂问题得到充分简单化,但在现在的设计工作上运用偏少。

2.3构建水工结构极限状态表达式

水工结构安全性遭受外界影响的影响因素比较多，尽管一部分相关因素不确定具体数值，可是能将不同类动机子列成代数式，根据所设计的水工结构特性，区别不一样因子的影响程度和标值，这可以从整体设计视角提升水工结构的极限状态。值得关注的是搭建水工结构极限状态关系式时，应交叠异形结构分项系数，并确定承载力及防水涂料合理化，根据多种数据库的协作调查，可以对不确定因素开展更加清晰的分析。

2.4可靠度量结构安全局限

在水工结构安全系数中,可靠度基础理论虽然有点优秀,但在实际应用中免不了存有局限性。这主要是取决于该理论中仍然有什么问题没解决,比如结构可靠度管束,受作用效应、抗力、随机变量等多种因素比较大。此外,几率可靠度基础理论,其承载力和抗力统计分析都存在一定难题。例如承载力转变会使几率可靠度基础理论被简单化,基础理论要素被忽视,例如忽略宏观因素、社会环境因素等。水工结构安全性评价时,一方面会运用作用效应和抗力要素,实际指标获得依赖于对各类样本的数据分析,几率的获得亦是如此；另一方面,有一些安全性评价指标体系则具备抽象性和认知性,为非任意不可控因素,因而运用数学课方法无法测算,只有依据工程经验加以解决。

3结论

在我国虽是基本建设强国，可是在一些领域内的结构设计还是处于探索阶段，水工结构设计具备复杂性和独特性，特别是在在特殊地区必须考虑的问题比较多；因而相关人员要重视可靠度设计基础理论的应用，全面了解它在水工结构里的功能特性，同时结合瓶颈问题展开分析，勇于探索更为改善的计算方法，提升水利水电工程的总体设计水准。

参考文献：

[1]刘超,王世鹏,王雨欣.结构可靠性计算的自动化方法及实现[J].机械设计与研究,2022,38(01):17-19.

[2]刘敬敏,杨绿峰,余波.考虑空间变异性的框架结构可靠度分析方法[J].计算力学学报,2020,37(06):677-684.

[3]蒋利学,王卓琳.我国现行建筑结构设计规范可靠度的校核与分析[J].结构工程师,2020,36(02):1-9.

[4]黄建瓯,罗方.基于结构可靠度的建筑全生命周期成本分析[J].武汉理工大学学