水工结构的现代设计计算理论与方法分析

钱祖权

(重庆市渝万建设集团有限公司,重庆 550001)

水工结构的现代设计计算理论与方法分析

钱祖权

(重庆市渝万建设集团有限公司,重庆 550001)

本文探讨了结构设计理论的进展中的问题与水工结构的特征,依据真实度理论与市场经济进展状况,解析水工结构安全度牵涉的技能、社会、经济与可延续进展方面的原因,觉得仅根据经历办法肯定指标安全度不足正当,而要在必须的设计基准期内,以危险解析为根基,指标安全度要思考繁多原因的办法来肯定,显示安全、经济和危险的联合。

水工结构 现代设计 方法

结合以往水工结构可靠度原因是多方面的，其中一个重要的原因是设计方法复杂，许多参数的样本很少，统计参数的随机分布较难确定， 最终设计结果跟过去方法差不多，设计人员体会不到新方法带来的好处。从理论上讲，可靠度方法比过去单一安全系数的经验方法科学和精确的多，但由于目标安全度主要根据“校准法”确定，目标安全度与过去方法的安全度差不多，所以设计的结果也差不多。

1 现代设计计算理论结构

结构可靠性理论源于本世纪20年代，但直到1969年美国的康耐尔(C．A．Conell)提出与失效概率相联系的可靠指标作为衡量结构安全性的数量指标，才进入实用阶段．1971年加拿大的林德(N．C．Lind)提出分离系数手段，所以将β和设计标准的安全系数关联起来，促进了结构真实度理论的现实运用．在这根基上，国外规范化结构ISO于1986年公开宣布为国外规范ISO2394：1986《结构可靠性总原则》，这是批示项目结构设计标准依机率极点状况设计法实行修编的一个国外基础资料，ISO2394：1998是1998年发表的这一国外规范的最新版本，和1986年版对比，在国外上又有了新的进展的是机率极点状况设计法。同一年美国国度规范局NBS揭晓了ANSI A-58《基于概率的荷载准则》；《结构安全要求总原则》是1981年德国规范化协会DIN建议的；BS 5400《钢、混凝土和组合桥梁设计规范》是英国国度规范化协会于1982年揭晓的；《基于概率的结构设计荷载与安全导则》等是1987年丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典建筑准则委员会NKB揭晓的。现在，一条龙使用机率极点状况设计法的欧洲项目结构设计联合标准 (共9卷62册)是由欧洲联合体市场十八个国家参与构成的欧洲规范化委员会CEN正在拟定的，包含构造上的功能、混凝土构造、钢构造、连合构造、木构造、砌体构造、根基和岩土项目、构造抗震和铝合金构造等，由1992年起着手持续颁布。这套标准是依据ISO2394的准则拟定的，结束后将变为现代使用机率极点设计法的最完善的一套区域性国外规范。另外，这几年来亚太区域正在编制的区域性构造设计规范也建议了要向欧洲合并规范接近。能望，机率极点状况设计法通过十多年的近展已影响了近半个宇宙。

2 设计理论发展过程中存在的问题

(1)在文艺复兴以前，不存在现代意义上的力学系统与设计理论，还不能有直接关联的是建筑物的设计和力学，建设项目关键凭工匠(相等于当代的建筑师)私人阅历与少许几何常识，特别像一种才艺独创。如金字塔前后相继有几十万人动工，用几十年构筑。用限定的几何常识与足够的实际阅历建设起很多环行或者拱形建筑物是古罗马人。这种构造只须样式设计恰当，是能够保证安全的，自然的稳固构造就是拱形构造。所以，设计理论没有或是有很简单的设计理论，只消有足够的阅历，使用恰当的构造样式，具有相称的安全系数，可以包住能够呈现的不肯定愿因，能够确保安全的就是构造。(2)也是一种理论模子的是相对先进或精确的理论，假设也是有的，和包括许多不肯定原因。设计人员发觉，通常有很大不一样的是理论计算的应力与变形以及实践观测值。即便精确认识原料的特点，因为实践构造应力特别繁杂，像残存应力的钢筋中、徐变与缩小的混泥土、下降的地基与施工工艺等都能够引发构造的应力与变形以及理论展望的不一样，现在很大一部分理论还不可以总结这些繁杂局面。当人们加入非线性、混沌、分形与分叉范围后，发觉再好的理论也是相应的。

3 目标安全度确定方法

(1)体验办法肯定方向牢靠度存在下面问题，一是，比从前已有很大提升的是目前勘察、荷载展望与解析办法，不肯定水准大为降低，方向安全度应当比从前下降。二是，所有建筑物应当有运用年龄，不但让业主的加入增多，并且也增多了未来废除的本钱，这是因为设立过高的安全度。跟着社会的发展与人们对环境完善的请求，已施展过功能但已落后的建筑物一定废除。(2)从当代设计理论的进展趋向看，方向安全度理当根据风险解析的办法肯定，生命和资产亏损的机率是风险，投资者对建筑物提议的运用年限与作用请求是风险解析的依据，在建筑物建立与保卫经费加入、建筑物安全度与一朝损坏酿成的亏损三者之间实行均衡解析后肯定，理当渐渐脱离体验办法，这样才可以真实提升设计的定量化水准，到达安全和经济的恰当均衡。(3)建筑物的风险≤社会与个别可以承受的风险：上式左边能够经过牢靠度理论与价值益处解析定量计算。方向风险是右边，要把社会与人的信用水准和见解用风险的定量化表现出来，能够经过专家体系与社会考查以及贝叶斯理论相联合办法肯定或把风险改变成货币化实行肯定。在实用风险解析肯定方向安全度暂时没阅历时，能够使用校准法实行校核或者作为方向安全度的上限。

4 安全度建设办法的评价

(1)因为荷载与质料物理力学参数的随机性、设计办法的不肯定、人为错误与动工漏洞等因素，水工构造需求必须的安全度是特别主要的，并且对于水工构造，除具有通常土木项目特征外，还有下面特证：1)重要荷载就是水荷载，随机性相对大一点；2)大部分建在岩体上，牵涉到繁杂的项目地质问题；3)项目范围大，对社会与人们生存影响大，人们对其安全度要求也更高；4)大体积混凝土较多，温度应力比较突出。(2)在使用无限状况设计法时，现在还生存着下面问题：1)对于繁杂构造，就算使用比较优秀的办法，承载实力无限状况并不简单肯定。并且所说承载实力的无限状况，公认、详细的定义也缺少。2)分项系数比较多，安全裕度包括在各个系数之中。现在把这些系数看作是相互自立，而实践上他们之间有必须的有关性，安全裕度有反复，让设计偏向落后。3)目标可靠指标的确定目前多采用校准法，使安全度水平与旧规范相当。安全度水平向旧规范看齐，使新规范安全度水平又带上了旧规范的痕迹。

5 结语

随着科学技术水平的提高和市场经济的发展，工程建设以业主为核心的体制逐渐加强，设计者必然要在有限的投入、建筑物的有限功能和使用年限基础上进行安全和经济的均衡设计，目标安全度也要向定量化和精确化发展，采用风险分析确定目标安全度是符合这一要求的。

[1]国家技术监督局.GB50199-94.水利水电工程结构可靠度设计统一标准.北京:中国计划出版社,1994,

[2]国家电力公司,混凝土重力坝设计规范,DL 5108-1999,北京:中国电力出版社,2000,

[3]E.J.亨利,可靠性工程与风险分析.吕应中等译,北京:原子能出版社,1988年.