水工建筑物可靠度

設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可靠性分析方法按其概率理論基礎(chǔ)分為三級(jí)水平。①水準(zhǔn)三方法：完全基于概率統(tǒng)計(jì)理論的方法分析可靠度。②水準(zhǔn)二方法：僅考慮各基本隨機(jī)變量的均值、方差及分布形式，按一次二階矩法分析可靠度，是實(shí)用的近似方法。③水準(zhǔn)一方法：半經(jīng)驗(yàn)半概率的方法。在普遍的可靠性分析及經(jīng)驗(yàn)判斷的基礎(chǔ)上規(guī)定各基本變量的分項(xiàng)安全系數(shù)，取代單一安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是實(shí)用的過渡方法。

設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)按建筑物失事的后果(危及人的性命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等)確定其安全等級(jí),按結(jié)構(gòu)破壞特點(diǎn)確定其應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)可靠度(或目標(biāo)可靠指標(biāo))。安全等級(jí)高的取值高。結(jié)構(gòu)呈脆性破壞時(shí)，無明顯前兆，應(yīng)比延性破壞結(jié)構(gòu)取值高。中國(guó)在1984年頒布的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84，試行)是以可靠度為基準(zhǔn)的規(guī)范,取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年,承載能力的目標(biāo)可靠度為2.7～4.2(相當(dāng)失效概率為3.5×10-3～1.3×10-5)。水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)正在研制中，鑒于水利工程的特點(diǎn)，一般認(rèn)為大壩的基準(zhǔn)期應(yīng)長(zhǎng)于50年，失效概率應(yīng)低于10-6。可靠度與安全系數(shù)的關(guān)系見圖。

趙國(guó)藩等編著：《工程結(jié)構(gòu)可靠度》，水利電力出版社，北京，1984。2100433B

在規(guī)定的時(shí)期(基準(zhǔn)期)內(nèi)，在規(guī)定的條件下，水工建筑物完成預(yù)定功能（如使用性能、耐久性能或承載能力等）的概率?？煽慷萷S是建筑物或結(jié)構(gòu)的安全性、適用性或耐久性方面的指標(biāo)。不能完成預(yù)定功能的概率稱為失效概率pf，pf=1-pS。

水工建筑物一般重復(fù)性小，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響大，破壞形式多樣，破壞過程不明確，安全要求高，使得水工建筑物的可靠性分析有如下特點(diǎn)：①需要建立表達(dá)各種破壞形態(tài)的極限狀態(tài)方程，如需按結(jié)構(gòu)體系的承載能力極限狀態(tài)分析大壩破壞概率。②某些規(guī)范規(guī)定的極限狀態(tài)方程是經(jīng)驗(yàn)性的，應(yīng)考慮其計(jì)算模式不定性。③體現(xiàn)水工界一貫重視的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)調(diào)查、試驗(yàn)研究等工作的有效性，加強(qiáng)對(duì)荷載、抗力等基本變量的統(tǒng)計(jì)研究。

此外，統(tǒng)計(jì)表明，許多人為因素，如決策和計(jì)算中的失誤、施工質(zhì)量差、使用管理不當(dāng)?shù)?，造成了部分水工建筑物失事，這需要專門的分析研究。水利工程界一般認(rèn)為：設(shè)計(jì)施工質(zhì)量好，再加上良好監(jiān)測(cè)控制，稱職的管理及預(yù)警措施，能消除災(zāi)害性破壞，保持壩的安全；近期還不能用概率統(tǒng)計(jì)方法評(píng)價(jià)壩的總體安全性，但對(duì)進(jìn)一步的理論研究和比較研究抱有期望。

可靠度分析,從構(gòu)件起,逐級(jí)研討結(jié)構(gòu)、建筑物，直至樞紐工程的可靠性，并在勘測(cè)、 規(guī)劃、 設(shè)計(jì)、施工、管理運(yùn)用的全過程中不斷研討工程安全性，使工程決策達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全的諧和，使工程建設(shè)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量。

見水工建筑物安全系數(shù)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和功能函數(shù)可得結(jié)構(gòu)的可靠度(即可靠概率)Pr 和失效概率Pf：

由概率論知：

R、S常用的概率分布有兩類：R、S均服從正態(tài)分布，兩者相互獨(dú)立；R、S均服從對(duì)數(shù)狀態(tài)分布，兩者相互獨(dú)立。則不同情況下的可靠度和失效概率分別為：

R、S均服從正態(tài)分布，兩者相互獨(dú)立

功能函數(shù)Z是R、S兩隨機(jī)變量組合成的新函數(shù)，兩隨機(jī)變量服從正態(tài)分布，則兩者之差組成的隨機(jī)變量也服從正態(tài)分布，所以R、S服從正態(tài)分布。

Z的概率密度函數(shù)、結(jié)構(gòu)可靠度、結(jié)構(gòu)失效概率的式子分別如下：

結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算中采用的一次二階矩法，對(duì)于各種作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力等基本變量都是作為隨機(jī)變量處理的，實(shí)際上各種作用與時(shí)間有密切關(guān)系，故應(yīng)按隨機(jī)過程考慮。計(jì)算的結(jié)構(gòu)可靠度實(shí)際是靜態(tài)下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，所以還應(yīng)當(dāng)研究整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠度和動(dòng)態(tài)條件下的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠度。

此外，各種作用效應(yīng)隨機(jī)組合問題和相互依存影響問題，均有待進(jìn)一步的研究。在基于概率理論的設(shè)計(jì)方法中，還應(yīng)擴(kuò)展到包括人為錯(cuò)誤在內(nèi)的總誤差和管理領(lǐng)域等的研究。

可靠性用可靠度來度量，常用的可靠度指標(biāo)是可靠概率、失效概率和可靠指標(biāo)。