水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法

孫志丹

【摘要】隨著水工工程的不斷增多，水工結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足如今水利工程的要求，本文針對水工結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)方法，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，通過數(shù)值進(jìn)行分析，再結(jié)合一些實(shí)際工程案例，對水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的方法提出一些建議。

【關(guān)鍵詞】水工結(jié)構(gòu)；可靠度；設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常采用比較單一的安全系數(shù)法，這一方法操作簡單、結(jié)果明了，在以往的水利工程中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，被設(shè)計(jì)人員廣為熟知，應(yīng)用十分廣泛。但此方法在理論上存在著許多不足，以固定的模式來對不穩(wěn)定的情況進(jìn)行處理，沒有考慮到設(shè)計(jì)工作的隨機(jī)性。很多情況下無法對水工結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況進(jìn)行判斷，使水工結(jié)構(gòu)的可靠度大大降低。

1、水工結(jié)構(gòu)可靠度概念

在水利工程中壩體的可靠程度受到很多因素的影響，絕對的可靠是不存在的，只能盡量將失效率降到最低。國家先后頒布了多個(gè)相關(guān)規(guī)定文件，將陳舊的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行替換，在提高水工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面起到了一定作用。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，一些施工地點(diǎn)環(huán)境極為復(fù)雜，水利工程對當(dāng)?shù)匕l(fā)展起著至關(guān)重要的作用，目前采用的設(shè)計(jì)方法對比性仍然存在著很多不足，需要對水工結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行進(jìn)一步探究。

2、水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)具體方法

2.1理論分析

其具體應(yīng)用辦法為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，它是安全系數(shù)設(shè)計(jì)法的一種延伸，但此種方法仍然具有很大的局限性，水利工程壩體的承受能力是一種隨機(jī)參數(shù)，通常極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法需要依靠極限方程來進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)可靠度設(shè)計(jì)理論可分為三種情況：一、采用一半計(jì)算一半經(jīng)驗(yàn)的方法進(jìn)行判斷，建筑使用的材料對結(jié)構(gòu)的可靠性也有著很大影響，需要將工作人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與參數(shù)相結(jié)合，對結(jié)構(gòu)可靠度進(jìn)行評價(jià)。二、使用概率計(jì)算方法進(jìn)行判斷，將各種隨機(jī)變化的參數(shù)進(jìn)行概率分布，對可靠性進(jìn)行估算，根據(jù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值與平均值進(jìn)行比較，從而做出判斷。三、將結(jié)構(gòu)中的所有變量進(jìn)行統(tǒng)一概率分布的全概率方法，雖然能夠使復(fù)雜的問題變得簡單，但操作過程十分麻煩，在水工結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計(jì)中很少出現(xiàn)。方法二得到了較多使用，其運(yùn)用了變化量平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的概率函數(shù)，在整體運(yùn)算中采用了JC方法，此方法具有能夠?qū)⒆兞空龖B(tài)化的優(yōu)勢，符合水工結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計(jì)規(guī)范。這一方法與其他方法相比，可靠性更高、失效率較小，對于水工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到了保證。但JC方法也存在著一些弊端，其計(jì)算過程過于繁瑣，需要多次帶入計(jì)算，才能得到需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)得到后不能直觀的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可靠度，還需要通過一些解析方式。可見，要將JC方式與顯示信息技術(shù)充分結(jié)合，使操作過程更加便捷。

2.2極限狀態(tài)表達(dá)方式分析

在水工結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)中，極限狀態(tài)表達(dá)方式應(yīng)用的最多，在此方法的使用過程中，各分項(xiàng)系數(shù)的概念一定要明確，根據(jù)準(zhǔn)確的作用系數(shù)與材料系數(shù)判斷出這一方法中存在不確定性的分項(xiàng)。作用與材料兩項(xiàng)分項(xiàng)技術(shù)的參考值可能會出現(xiàn)過高或者過低的情況，一般不會對結(jié)構(gòu)可靠度造成影響。極限狀態(tài)表達(dá)方式中的分項(xiàng)系數(shù)，可用于材料是否變異等不確定項(xiàng)的判斷，在具體計(jì)算過程中，將分項(xiàng)系數(shù)引用，確定水工結(jié)構(gòu)的可靠性指標(biāo)，不同水利工程具有不同結(jié)構(gòu)，其可靠性指標(biāo)也存在很大差異，要按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。

2.3結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的目標(biāo)確立

水工結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)中，可靠性指標(biāo)是判斷標(biāo)準(zhǔn)，與整個(gè)水利工程的方方面面都緊密相關(guān)。投資風(fēng)險(xiǎn)與后續(xù)使用的安全性也是衡量結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。因此，結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)要有明確的標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)要綜合當(dāng)前的社會經(jīng)濟(jì)條件、科學(xué)技術(shù)水平與施工人員素質(zhì)來進(jìn)行設(shè)定。目前目標(biāo)設(shè)定有經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法、經(jīng)驗(yàn)判斷法與事故對比法三種。同時(shí)還應(yīng)考慮到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論融合，避免出現(xiàn)材料使用量過大的問題。在指標(biāo)確立過程中，經(jīng)驗(yàn)判斷法使用較為頻繁，相比其他兩種方法，操作更加簡單，結(jié)合原有的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)進(jìn)行多次計(jì)算，找到原有指標(biāo)中存在的問題，加以調(diào)整，使結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的確立更加合理。

3、水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

3.1變化量過多

在極限狀態(tài)表達(dá)方式中，存在著許多不確定的部分，這些部分給可靠度的設(shè)計(jì)造成了一定程度上的阻礙，其中承受力等因素具有隨機(jī)性和模糊性，可靠度設(shè)計(jì)的計(jì)算中樣本也會受未知性的影響。這些基礎(chǔ)問題若不能及時(shí)得到解決，會對水工結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)造成很大影響。

3.2結(jié)構(gòu)安全判斷太過局限

雖然可靠度理論作為判斷水工結(jié)構(gòu)安全性的重要指標(biāo)，但實(shí)際應(yīng)用中仍然具有很大局限性，一些理論上的問題沒有得到根本解決，仍然受到許多隨機(jī)性因素制約。隨著時(shí)間的推移和人們安全意識的增加，這些約束可靠度設(shè)計(jì)的因素遭到質(zhì)疑，其數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，概率的計(jì)算與實(shí)際情況極有可能存在差距。從可靠度的設(shè)計(jì)規(guī)范方面來看，一些利用數(shù)學(xué)計(jì)算方法無法準(zhǔn)確得出的數(shù)據(jù)，要依靠工作人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，所以在結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)中，不但要考慮隨機(jī)變量因素還要對不可替代因素的準(zhǔn)確性進(jìn)行充分考慮。

結(jié)語：

綜合本文所述，水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，可以采用概率極限表達(dá)設(shè)計(jì)方法。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，對水利工程的可靠性提出了更高的要求，對于國計(jì)民生，水利工程也起著至關(guān)重要的作用。要對水工結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計(jì)方法不斷探索與完善，更好的應(yīng)用在水利工程的建設(shè)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李樹山，李紅梅，解偉等.水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法[J].河南科技：上半月，2011，（6）：76-77.

[2]王坤.水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法[J].中國水能及電氣化，2014，（11）：61-63.