港口工程時變可靠度的發(fā)展概況

(重慶交通大學(xué) 水利工程　重慶　400074)

引言

工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計、施工、使用過程中具有種種影響結(jié)構(gòu)安全、適用、耐久的不確定因素，主要表現(xiàn)為事物的隨機性、模糊性和認知的不完善性?？煽慷壤碚摮姓J這種不確定性，以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為分析的理論基礎(chǔ)，以失效概率與可靠指標評定工程結(jié)構(gòu)的安全與性能，目前已成為土木工程結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計和維護的重要理論依據(jù)[1]。進行港口工程結(jié)構(gòu)可靠性分析能夠揭示各種力學(xué)響應(yīng)量對構(gòu)件幾何尺寸、荷載作用、材料特性等隨機性因素的敏感度，為評估碼頭結(jié)構(gòu)的安全耐久性提供量化的指標。因此，開展此項研究工作具有重要的理論意義和工程實用價值。

一、國內(nèi)外時變可靠度研究現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)，荷載效應(yīng)和抗力都是隨時間變化的，因此可靠度的問題就成為了時間可靠度的問題。早在上世紀 70 年代，Kameda 就提出了時變可靠度的概念[2]。貢金鑫、趙國藩[3]將 Kameda 給出的計算時變可靠度方法與我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范相結(jié)合給出了一個時變可靠度計算公式，該公式可將時變可靠度轉(zhuǎn)化為時不變可靠度，從而可以利用一次二階矩理論計算。此外，一些學(xué)者研究了抗力及荷載均隨時間變化的可靠度分析方法，考慮鋼筋銹蝕導(dǎo)致抗力衰減情況下的混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命，以及不同服役環(huán)境下，結(jié)構(gòu)時變可靠概率[4]，將累積破壞與時變可靠性結(jié)合在一起，以計算結(jié)構(gòu)的損傷可靠度。王光遠[5]根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)和抗力隨時間變化的特點提出了已建結(jié)構(gòu)在使用中的動態(tài)可靠度的概念，給出了結(jié)構(gòu)維修策略.

目前時變可靠度的研究主要集中在承載能力這一方面。文獻[6]研究了既有結(jié)構(gòu)的承載能力可靠度分析方法，驗證了荷載歷史對結(jié)構(gòu)可靠度提高的有利影響。文獻[7][8]對考慮抗力隨時間變化的結(jié)構(gòu)承載能力可靠度分析進行了研究，提出了一些不同的分析模型和計算方法。文獻[9]以鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度極限狀態(tài)及最大撓度極限狀態(tài)為例，提出了正常使用極限狀態(tài)可靠度分析的基本模式。

二、可靠度理論在港口工程中的應(yīng)用

上世紀50年代末，結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范把結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟的平衡這一理想目標作為必須解決的問題之一?！督ㄖこ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》[10]已于1984年頒布，隨后又完成了有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的修訂。我國于1992年頒布了國家標準《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50015-92)[11]，從此港口結(jié)構(gòu)的設(shè)計大部分采用了以可靠度理論為基礎(chǔ)的分項系數(shù)設(shè)計方法，實現(xiàn)了我國港口工程結(jié)構(gòu)設(shè)計全面地從經(jīng)驗為基礎(chǔ)的定值設(shè)計步入統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)概率設(shè)計法。近 20 多年來，我國完成了新一輪的以概率極限狀態(tài)為基礎(chǔ)的設(shè)計標準、規(guī)范的修訂工作，《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50158-2010)[12]提出了港口工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，將設(shè)計使用年限劃分為兩個檔次，并增加了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況，將地震狀況從偶然狀況中分離出來，給出了極限狀態(tài)設(shè)計的抗力表達式。

三、結(jié)語

當下，港口工程中時不變可靠度理論的研究已經(jīng)比較成熟,而時變可靠度理論的研究還不夠充分。用結(jié)構(gòu)時變可靠度理論對結(jié)構(gòu)進行時變可靠度分析、設(shè)計是對結(jié)構(gòu)體系的一種更加精確的描述,也是結(jié)構(gòu)可靠性理論的一大進步,其必將促進混凝土耐久性、結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測和工程抗震可靠度等工作的發(fā)展。