工程结构可靠性统一标准心得_结构工程的可靠性

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读《工程结构可靠性设计的统一标准》心得体会

陈立洪

建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构可靠度。其“规定的时间”是指设计基准期50年，这个基准期只是在计算可靠度时，考虑各项基本变量与时间关系所用的基准时间，并非指建筑结构的寿命；“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常的使用条件，不包括人为的过失影响；“预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用的能力（即安全性）；在正常使用时具有良好的工作性能（即适用性）；在正常维护下具有足够的耐久性能（耐久性）。在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。结构能完成预定功能的概率称为可靠概率ps，结构不能完成预定功能的概率称为失效概率Pf，pf＝1－Ps，用以度量结构构件可靠度是用可靠指标β，它与失效概率pf的关系为pf＝ψ（－β）。根据对正常设计与施工的建筑结构可靠度水平的校正结果，并考虑到长期的使用经验和经济后果后，《统一标准》给出构件强度的统－β值：（1）承载力在、极限状态下的可靠指标：对于安全等级为I级（重要）的构件，延性破坏的，β＝3.7；脆性破坏的，β＝4.2。对于安全等级为II级（一般）的构件，延性破坏的，β＝3.2；脆性破坏的，β＝3.7。对于安全等级为III级（次要）的构件，延性破坏的，β＝2.7；脆性破坏的，β＝3.2。以上这些目标可靠度指标值是在静力荷载条件下采用，对于含有动力荷载的组合作用情况，其目标可靠度一般比上述值低，大约在1～2之间；（2）正常使用极限状态下的可靠指标：对结构构件正常使用的可靠指标根绝结构效应的可逆程度选取0~1.5，可逆程度高的取较低值，可逆程度低的取较高值，在国际标准ISO1394中对可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为0，对于不可逆的正常使用极限状态其可靠指标取为1.5。

为了使结构在使用的过程中能够达到计划的可靠指标目前结构设计中采取概率设计法。概率设计法就是要使所设计的结构的可靠度满足某个规定的概率值，即失效概率Pf在规定的时间内不超过规定值P0.目前有直接概率法和基于分项系数的概率极限状态设计法这两种设计方法。直接概率法的设计准则在基本概念上比较合理，可以给出结构的可靠度定量概念，但对于计算过程比较复杂，而且要掌握组够的实测数据，包括各种影响影响因素的统计特征值。但是由于有很多影响因素的不定性尚未能统计，因此在实际工程中并不能普遍应用。基于分项系数表达的概率极限状态设计方法是为了照顾传统习惯和实用上的方便，结构设计时不直接按可靠指标β，而是根据两种极限状态的设计要求，采用以荷载代表值、材料设计强度（设计强度等于标准强度除以材料分项系数）、几何参数标准值以及各种分项系数表达的实用表达式进行设计。这种形式跟之前使用的安全系数法看似区别不大，但是在实际上是有着本质的区别，其中分项系数的取值是以概率极限设计法为背景，反映了以β为标志的结构可靠水平，使结构的可靠度指标与目标可靠度指标的差距缩小，各类结构构件的安全度水平趋于一致。

由于分项系数反应可靠度，在设计的时候对于分项系数的选取就是特别重要了。分项系数确定的步骤和方法详见本规范61-62页E5分项系数的确定方法。本人觉得这部分是本规范中关于概率极限设计方法的最直接的体现，也是设计人员最需要了解掌握的部分。

影响结构可靠度的因素主要有：荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析五种，这些因素一般都是随机的，所以工程设计应符合国家现行的有关于荷载、抗震、地基基础和各种材料结构设计规范的规定。为了保证结构具有应有的可靠度，仅仅在设计上加以控制是远远不够的，必须同时加强管理，对材料和构件的生产质量进行控制和验收，保持正常的结构使用条件等都是结构可靠度的有机组成部分。