浅议土木工程结构可靠性的研究进展

作者简介：张丽兰（1978.08-），女，吉林省松原市人，研究生学历，讲师，高级工程师，结构工程专业。

摘要：近些年来我国土木工程结构可靠性的研究取得了极大的进展，为我国土木工程的进一步发展做出了突出贡献。但是土木工程结构可靠性水平仍然不高。本文系统的阐述了影响我国土木工程可靠性的诸多因素，并提出了切实的解决办法，旨在进一步提高土木工程结构的可靠性，为我国土木工程的进一步发展提供一定的理论基础。

关键词：土木工程结构；可靠性；结构性

1.影响工程结构可靠性的因素

所谓的工程结构主要由相关材料构成的各种建筑物和构筑物。自从我国在建设结构设计的规范体系过程中将结构可靠性理论融入了进来之后，我国国内开始先后展开了有关于结构可靠性的研究，并取得了极大的进展，促进了我国结构工程的进一步发展。在土木工程的施工过程中，影响其结构可靠性的因素有很多，具体来说，主要包括以下几个方面：

首先，在工程施工的全过程中事故的发生具有随机性的特点。众所周知，并不是所有的事故都有与之相对应的原因存在，也就是说，事故的发生以及原因有的时候未必存在必然的因果关系，这就在一定程度上加大了工程施工事件发生的不确定性，在工程的设计施工过程当中，我们很难充分预料到事件的发生，如果从数学理论上来看事物发展的不确定性，我们可以将其视为随机性，想要研究是事物的随机性我们可以通过一定的数学方法来解决，通用的数学方法有概率论、随机过程和数理统计。[1]

其次，工程结构的模糊性也是影响工程结构可靠性的因素之一。对于客观事物人们总是很难进行客观的、准确的认识，造成这种现象的原因主要包括两个方面，一方面是客观事物因果关系随机性，另一方面是客观事物摸棱两可的模糊因素。随着相关研究的不断深入，模糊集合论创立，以往我们也是按照随机性来对待事物的不定性习惯，将模糊性引进来后，以概率度量的结构可靠性将改为模糊概率来度量。

最后，影响土木工程结构可靠性的因素还包括工程结构理论的不完善性。工程结构理论并不是一个单一理论，它是有诸多理论相互联系、相互作用而逐步产生的具有特定功能的有机整体。[2]在描述掌握事物知识完善程度的过程中，人们通常用颜色来进行，一般情况下，会将其分为三类，这三类分别是白色系统，黑色系统以及灰色系统，现阶段我们还没有形成成熟的数学方法来处理知识的不完善性。在工程施工建设过程中，仅仅通过那些具有丰富经验的工程专家通过引入经验参数的形式对工程结构的不确定性进行评估。

2.工程结构的设计标准研究

国际上的结构可靠性基本理论研究起始于20世纪20年代，随着研究水平的提高，逐步扩展到了结构分析和设计的诸多方面，我国也不例外，我国将大量的研究成果应用在的结构设计规范当中，取得了很好的效果。不仅如此，我国还进一步加大了对工程可靠性的研究，并作了大量的资料搜集以及数据实测工作，在做上述工作的过程中，我国积累了大量的实践经验，并逐步产生了基于随机可靠性理论的我国土木建筑工程结构设计规范改革的标准，在这一标准的指导下，相关研究者还对土木工程的工程技术人员所使用的结构设计规范进行了大规模的修订，从而极大地提高了我国结构设计规范的水平。

3.工程结构可靠性的一般理论研究

近些年来，我国进一步加大了对工程结构可靠性的研究力度，具体来说研究主要可以分为四个方面，四个方面分别是结构体系可靠性研究、结构抗震可靠性研究、岩石工程的可靠性研究以及结构疲劳可靠性研究。

首先，土木工程结构体系可靠性的研究。近些年来，在我国五大工程部门中结构可靠度理论得到了广泛的应用，众所周知，想要进一步提高结构体系的可靠度仅仅依靠局部原件对某种失效形态进行度量是难以取得较好的效果的。因此，从实际上来说，我国现行的设计规范中的土木工程结构的目标指标是针对土木工程结构的失效模式来实施的。全国工程结构基础标准技术委员会为了能够进一步提高设计规范的质量水平，于1986年在制定的科研项目中给予了体系可靠度高度的重视，并将土木工程的结构体系的相关内容的可靠度以课题的形式鼓励相关研究者进行研究，这在一定程度上促进了我国土木工程结构体系可靠度理论的进一步发展。[3]

其次，土木工程结构抗震可靠性的研究。在设计工程结构的过程中，相关研究者应当着重考虑动态的作用，例如我们常见的地震、强风、波浪力等，这些我们常见的波浪力、强风以及地震的发生不论是从时间和空间上来说都是随机的，不仅如此，随着时间的不断变化，该类事件作用的强度也会随机的发生变化。正因如此，现阶段我国开始不断的关注土木工程结构抗震可靠性的研究，通常情况下，对抗震可靠性的分析主要采用以下两种方式，一是首次超越分析方法；二是低周疲勞破坏分析方法，通常沿用结构构件承载能力的允许值对首次超越的界限进行弹性分析，运用延性系数对其进行弹塑性分析。近些年来，部分学者根据界限假定具有的某种分布、某种概率提出了考虑界限模糊性的观点。这些方法是值得我们学习的，也是具有严惩意义的。[4]

再次，土木工程中岩石工程的可靠性研究。80年代初，我国开始重视土木工程中岩土工程中应用概率统计方法所存在的问题。相关学者在国家的号召下，也开始对该问题进行了深层次的研究，通过近些年来的不断发展，对于岩石工程的相关研究获得了以下成果：（1）对于岩石工程的概念的研究得出了一定的结论，虽然，对此方面的研究数量还相对较少，但是研究成果还是十分宝贵的。（2）对于岩石工程中的岩土参数进行了估计，在整个岩石工程的研究当中，该研究方法是最为重要的一点，以该方面为课题的学术论文约占四分之一。（3）相关学者创造性的在各类岩土工程中引进了可靠性方法，例如计算分析方法等，除此之外，还包括一些随机的方法，例如有限元、高阶矩、Monte一Carlo等。现阶段，虽然对上述研究还没有实际应用到实践当中，但是，在未来的几年内，这些研究的实用化势必会得到一定的发展。

最后，土木工程中结构疲劳可靠性研究。近年来随着相关建筑物承受疲劳荷载的结构物的发展以及结构可靠性理论的应用，该问题得到了学术界的高度重视，例如：我们创造性的研究了以可靠性理论为基础的不稳定重复荷载下的混凝土受弯构件的疲劳可靠性设计问题，不仅如此，在国家相关部门的支持下，中国建筑科学研究院、冶金部建筑研究总院等等单位进一步加大了在等幅荷载下混凝土受弯构件斜截面和正截面的试验研究，为相关研究奠定了一定的理论基础。

结束语

总而言之，近些年来，土木工程的可靠性得到了相关研究者的广泛关注，并给予了大量的研究，虽然，部分研究成果还没有落实到实际应用当中，但是，我们有理由相信，随着我国经济的进一步发展，土木工程水平的进一步提高，相关研究成果必然会逐步应用到具体实践当中，为土木工程的进一步发展提供理论基础。（作者单位：吉林省经济管理干部学院）

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].大连理工大学学报，2000，03：253-258.

[2]姚明初.工程结构疲劳可靠性的研究进展[A].中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会.工程结构可靠性——中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第七届学术会议论文集[C].中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会，1987：21.

[3]刘雨函.土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J].门窗，2014，06：445.

[4]李明，郝健，周桃玉.土木工程结构健康监测研究进展[J].交通科技，2008，06：26-29.