基于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設計院(有限公司)，山西 太原 030027)

基于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定

郝 驍 瑋

(山西建工設計院(有限公司)，山西 太原 030027)

建筑結(jié)構(gòu)隨著使用的年限越來越長，自身不再完全滿足結(jié)構(gòu)的要求，性能逐漸弱化，可靠性降低，目前國內(nèi)現(xiàn)役建筑的房齡大部分維持在20年～30年左右(正常設計年限為50年)，因此對于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)可靠性鑒定是必要的，從現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的影響因素出發(fā)，從而進行可靠性鑒定。

現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)，性能，可靠性，鑒定，影響因素

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)的原材料是現(xiàn)代混凝土、鋼、木以及磚石等材料通過一定的比例加上人類的智慧造就的成品?？煽啃詮慕ㄖY(jié)構(gòu)的角度出發(fā)就是在設計年限內(nèi)滿足建筑使用性能的要求，可以完成設計規(guī)定的功能的能力。一般來說，可靠性分為安全性、適用性以及耐久性。

1 國外建筑結(jié)構(gòu)可靠性研究

第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭的原因?qū)е潞芏鄸|西發(fā)生了致命性的破壞，因此可靠性這個概念開始引入。其中建筑結(jié)構(gòu)可靠性是可靠性研究中的一個分支，20世紀40年代的時候，《結(jié)構(gòu)安全度》[1](作者是A.M.Freudenthal)的論文發(fā)表了。之后可靠性指標β作為一種數(shù)量指標被提出，同時建立了一次二階矩陣模式[2]。但是前面的研究有相當大的局限性，只有隨機變量在正態(tài)分布圖下才具有真實意義。與此同時，各國也在對課題進行深入研究[3]，制定各種技術(shù)標準，標準化的鑒定以及驗收，而且隨著科研的繼續(xù)，不僅僅局限于本國的研究，還成立了國際化組織——國際建筑研究和信息委員會和建筑物維修改造委員會從事課題的研究。日本[4]作為經(jīng)濟發(fā)展好的國家，更是對此課題進行定時的匯報以及總結(jié)，然后提供大量的資金用于委托編制規(guī)程以及標準，鼓勵學者從事此項研究。截止目前為止，國際上鑒定建筑結(jié)構(gòu)的可靠性基本分為三個階段：

1)從40年代到50年代，研究探索主要圍繞建筑結(jié)構(gòu)的缺陷原因分析以及維修方法。

2)60年代到80年代初，研究探索主要圍繞檢測技術(shù)以及評價方法進行，而且很多現(xiàn)代化的檢測技術(shù)出現(xiàn)在這個階段，譬如：物理檢測、非破損檢測以及破損檢測。

3)從80年代至今，研究探索主要圍繞規(guī)范以及標準的制定工作進行以及檢測技術(shù)的不斷更新和完善，逐漸趨于完善的理論。

2 國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)可靠性鑒定技術(shù)研究

建國初期，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究相對較少，直至文革期間，研究的重點還沒有開始，之后建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究有了明顯的發(fā)展，特別是經(jīng)歷過了唐山大地震[5]之后，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性成為了人們關(guān)注的重點，如何提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，不僅僅是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)本身的問題，更是人類安全的問題，同時如何加固建筑結(jié)構(gòu)也是很重要的，關(guān)于國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究從以下幾個方面開始：

1)基本理論。

變量之間的相連性，廣義隨機空間的出現(xiàn)使得可靠度分析的范圍逐漸擴大，還有基于Laplace[6]逼近理論，提高了計算的精確度。

2)線性可靠度理論。

關(guān)于這個課題的研究，主要是側(cè)重于用數(shù)學方法解決可靠度，建立極限狀態(tài)方程，通過求解狀態(tài)方程求解理想狀態(tài)下的未知數(shù)。

3)蒙特卡洛[7]方法。

該方法主要解決結(jié)構(gòu)失效狀態(tài)下發(fā)生的概率問題，基于抽樣方法，此方法適用于計算量不大，同時效率可以提高。

4)隨機有限元[8]。

該方法大大的減少了隨機變量的數(shù)量，通過迭代求解的方式進行求解，將結(jié)構(gòu)動力學較復雜的問題簡化為靜力學問題，一方面將復雜結(jié)構(gòu)簡單化，一方面便于求解，得出準確數(shù)值，用失效模式串聯(lián)的結(jié)構(gòu)體系進行可靠度計算。

5)結(jié)構(gòu)抗震可靠度。

此研究比較貼合于實際情況，實驗室假定現(xiàn)實一模一樣的情況，然后通過模擬進行結(jié)構(gòu)抗震的可靠性研究。

6)施工期的可靠度。

主要是建筑材料的抗力變化進行研究，比如鋼筋、混凝土在施工過程中是否就出現(xiàn)了不能負載的情況，或者是負載損失，然后提出相關(guān)的應對措施，提高可靠度。

7)其他。

還有很多是研究結(jié)構(gòu)老化以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計等可靠度的研究，甚至有專家經(jīng)驗對網(wǎng)絡進行訓練，提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法[9]，主要針對的是現(xiàn)役結(jié)構(gòu)的可靠度研究。

3 影響現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素

隨著社會的發(fā)展以及人類生活水平的提高，建筑功能不斷的被完善滿足新的需求，然而這與現(xiàn)實是存在悖逆的，原有建筑結(jié)構(gòu)隨著時間的推移，性能開始減化，在人類需求不斷增加的情況下，要對現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)進行可靠性研究具有十分重要的意義。

現(xiàn)役結(jié)構(gòu)相比于新建結(jié)構(gòu)，更加的復雜，究其緣由，在于其先天的缺陷問題不可避免，其次所處環(huán)境的影響。根據(jù)對現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的影響來說，可靠性的影響因素包括三類：分別是隨機性影響因素，模糊性影響因素以及信息不完備影響因素。隨機性影響因素，是指時間發(fā)生的偶然性以及結(jié)果的不確定性，這種影響因素的數(shù)學方法主要通過統(tǒng)計學的方式進行，包括數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程以及概率論方法。模糊性影響因素主要是客觀事物差異的中間過度中的不確定性，對于現(xiàn)役建筑結(jié)構(gòu)的不確定性，一部分可以理解為裂縫的寬度和允許變形的界限，哪些界限范圍是安全的，哪些又是不安全的，而現(xiàn)在對于這些的定義只是局限于人類的接受程度而已，并沒有完全基于理論的解釋，信息不完備影響因素主要指的是掌握資料的不完備性，事物的三類狀態(tài)，白色系統(tǒng)，黑色系統(tǒng)以及灰色系統(tǒng)，其中灰色系統(tǒng)指的就是不完備性，如高速公路建設可承受的荷載和實際車輛通過所帶來的荷載不是完全一致的，存在信息的不完整性。

目前關(guān)于現(xiàn)役結(jié)構(gòu)的可靠性的影響因素還處于探索和發(fā)現(xiàn)階段，需要進一步的理論和數(shù)據(jù)值支撐。

4 可靠性鑒定的因素

可靠性鑒定的因素主要從以下幾個方面進行：

1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力；建筑結(jié)構(gòu)主要由構(gòu)件構(gòu)成，只要通過部分的研究，最后才能確定結(jié)構(gòu)整體的情況，在建筑結(jié)構(gòu)中1+1=2的概念不完全適用，但是單獨對構(gòu)件的研究還是有現(xiàn)實意義的。對構(gòu)件的研究可以分為幾個等級，其中最高的等級就是實物完好，其次是達到可靠度水平，即質(zhì)量的下限，然后是不符合工程質(zhì)量的要求，但是還未達到破壞的程度，最后是構(gòu)件嚴重不符合規(guī)范，這種構(gòu)件不適合承重，或者是實物可能處于瀕臨危險的階段，這種類型的構(gòu)件是不允許應用于建筑中。

2)混凝土的保護層厚度：混凝土的保護層的厚度越厚，對于材料越好，主要是有利于鋼筋的承重，保護混凝土內(nèi)部的鋼筋不受到空氣的腐蝕，保證鋼筋的耐久性能，至于鋼筋是否被銹蝕，可以通過自然電位法、局部鑿開法以及直觀檢查法進行鑒定。

3)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限和歷史情況要定期進行盤查，人為以及自然的現(xiàn)象都會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞力，定期的檢查可以做出適時的修補，提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

4)裂縫開展情況：建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以存在一定程度的裂縫寬度，但是裂縫寬度發(fā)展到一定的階段將會導致結(jié)構(gòu)不能承重，失去其功能性，因此要定期檢查裂縫的情況以及發(fā)展趨勢，切不可亡羊補牢。

5)構(gòu)造和連接同樣影響建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，因此也作為建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定的一個項目。

5 結(jié)語

對于建筑結(jié)構(gòu)可靠性的研究，一定在影響因素上下功夫，只要有果必有因，掌握了發(fā)生破壞的各種可能性，就有機會從源頭杜絕破壞發(fā)生的可能性。

[1] Freudenthal,A.M.The safety of structures.Transation,ASCE,V112,1947:11-21.

[2] 趙國藩，曹居易，張寬權(quán).工程結(jié)構(gòu)可靠度[M].北京：水利電力出版社，1984:8-15.

[3] lfredo,H.S.Ang,Wilson H.Tang,Probability concepts in engineering planning and design,John Wiley and Sons,VolumnⅠ,1975,VolumnⅡ,1984:23-32.

[4] 中國土木工程學會橋梁及結(jié)構(gòu)工程學會結(jié)構(gòu)可靠度委員會.結(jié)構(gòu)可靠性的十年[A].工程結(jié)構(gòu)可靠性全國第三屆學術(shù)交流會議論文集[C].1995:1-20.

[5] 趙國藩，王恒棟.廣義隨機空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠度實用分析法[J].土木工程學報，1996，29(4)：47-51.

[6] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Asymptotic analysis methods for structural reliability[J].China Ocean Eng,1995,9(3):303-310.

[7] ZHAO Guofan,LI Yungui,WANG Hengdong.Forth moment for structural reliability analysis based on maximum entropy theory.[A].The Sixth Workshop on Concrete Model Code for Asia[C].1996：155-160.

[8] 佟曉利，趙國藩.改進的Rosenblueth方法及其在結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應用[J].大連理工大學學報，1997，37(3)：316-321.

[9] 貢金鑫，趙國藩.原始隨機空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠度分析[J].水利學報，1999(5)：30-34.

Reliabilityidentificationofexistingbuildingstructure

HaoXiaowei

(ShanxiConstructionIndustryDesignInstituteCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Building structure with the use of life more and more, it is no longer meeting the structural requirements, performance gradually weaken, reduced the reliability. Currently existing building age stayed mostly in 20 to 30 years (normal designing for 50 years), so it is necessary for the existing building structure to run for reliability appraisal. This paper starts from the influence factors of the existing building structure, and then carries on the reliability appraisal.

existing building structure, performance, reliability, identification, influencing factors

2017-10-01

郝驍瑋(1969- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0043-02

TU311

A