關(guān)于水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計策略探究

馮起超

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院,130000,吉林長春)

近年來我國在經(jīng)濟領(lǐng)域取得了長足發(fā)展，與此同時水利工程對于區(qū)域性的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不可或缺的作用，尤其對于地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展以及水利設(shè)施建設(shè)都至關(guān)重要。隨著當前技術(shù)的快速發(fā)展，水工建筑結(jié)構(gòu)朝著規(guī)?；?、多樣化方向不斷邁進。我國幅員遼闊，不同地區(qū)存在著不同的地質(zhì)環(huán)境，因此需要結(jié)合區(qū)域性特點進行水工設(shè)計，同時要站在更加宏觀角度注重大中型灌區(qū)配套改造，以水利為重點推進農(nóng)村地區(qū)技術(shù)設(shè)施建設(shè)。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)擺脫傳統(tǒng)的安全系數(shù)概率計算方法，加強可靠度理論數(shù)據(jù)統(tǒng)計及運用，以此提高水工工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提升水利工程穩(wěn)定性。

1 可靠度設(shè)計在水工結(jié)構(gòu)中的功能特點

1.1 可靠度設(shè)計的重要性

水利工程中水工結(jié)構(gòu)的投資比例較大，因此如果設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很可能造成工程延期或返工，不僅增加建設(shè)成本，還會威脅到相關(guān)工作人員的安全及影響項目的日后使用，造成區(qū)域自然環(huán)境遭到二次擾動，對整體項目的規(guī)劃具有深遠影響?？煽慷仍O(shè)計對于水工結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性具有決定性作用，需要相關(guān)工作人員秉承科學(xué)謹慎的態(tài)度，對水工結(jié)構(gòu)整體效果進行理論推演，包括地基承載力、防水材料選用以及地形建造合理性等，有效提高水利項目的安全性，同時也能讓后期的施工更加有序，根據(jù)水地邊界條件計算模型，讓設(shè)計更趨于合理，減少各類可能的風險因素[1]。

1.2 可靠度設(shè)計的價值

結(jié)構(gòu)安全性是結(jié)構(gòu)設(shè)計最主要的追求目標之一，水利工程的安全性歷來是工程領(lǐng)域具有爭議的因素。我國自從改革開放以來在基建領(lǐng)域取得了重要成就，隨著社會經(jīng)濟總量的提升以及建設(shè)規(guī)模的增大，水利正處于大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的重要階段，因此結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性是我國邁向現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，可靠度設(shè)計方法已經(jīng)成為了理論與實踐結(jié)合的重要學(xué)科，利用安全系數(shù)法或概率統(tǒng)計方法，可以將水工結(jié)構(gòu)自身的安全性和不良影響進行數(shù)據(jù)化展現(xiàn)，對于設(shè)計人員進行設(shè)計規(guī)避以及消除不穩(wěn)定因素具有重要價值。設(shè)計人員在早期的水工結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往缺乏安全度認知，因此會采用數(shù)值上的折中方式，但是實踐過程表明其效果并不理想，而結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計可以克服這種缺陷，為安全性能提供重要決策依據(jù)。

1.3 可靠度數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀

水工結(jié)構(gòu)由于長期位于水下環(huán)境，結(jié)構(gòu)及材料會受到多方面因素影響，需根據(jù)施工場地進行合理分析，制定可行性計劃，因此可靠度數(shù)據(jù)要符合國家相關(guān)標準，同時也要結(jié)合地區(qū)性的特點進行系統(tǒng)化分析。從目前的可靠度數(shù)據(jù)應(yīng)用來看，我國整體的水工結(jié)構(gòu)工程數(shù)量與采集數(shù)據(jù)及利用率不成正比，尤其是區(qū)域性的可靠度設(shè)計數(shù)據(jù)沒能進行大范圍分享和推廣。水工結(jié)構(gòu)屬于水利工程的重要組成部分，因此在設(shè)計時應(yīng)注重宏觀角度，目前的水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計仍處于單個構(gòu)件或關(guān)鍵部位階段，沒能形成整體性的可靠度設(shè)計模式[2]。

2 水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計應(yīng)用的發(fā)展瓶頸

2.1 變量不確定

眾所周知，水利工程并非可以完全采用統(tǒng)一化模式進行建設(shè)的，而是需要進行可靠度、抗力、結(jié)構(gòu)應(yīng)用效應(yīng)以及極限狀態(tài)等分析的，尤其是抵抗力分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)用效應(yīng)分析當中的不確定因素較多，同時具有隨機性、未知性等特點，因此造成了變量不確定的情況。另外，可靠度計算結(jié)果還會受到使用材料及外界不可控因素等影響，缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使得所有數(shù)據(jù)分析都無法完全肯定，這也造成了可靠度設(shè)計應(yīng)用障礙[3]。

2.2 結(jié)構(gòu)安全的局限性

縱觀水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計發(fā)展，可靠度理論較為先進，但是在應(yīng)用過程中也具有結(jié)構(gòu)安全的局限性，其主要原因是理論中的部分問題尚未得到完美解決，例如以往對結(jié)構(gòu)可靠度約束、抵抗力應(yīng)用效應(yīng)、隨機變量等問題的認知可能存在偏差，隨著當前技術(shù)的發(fā)展也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計中的約束條件會受到更多因素影響。另外，在結(jié)構(gòu)安全評價過程中使用可靠度理論一般包括作用效應(yīng)和抗力因素，而非隨機的不確定因素中還包括認知性指標和模糊性指標，這些指標無法通過計算取得，往往需要通過以往經(jīng)驗進行分析。

3 水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中的應(yīng)用探索

3.1 制定水工結(jié)構(gòu)標準化等級

制定結(jié)構(gòu)標準化等級可以提高水利工程的安全性，同時將等級標準作為參考，不能單單憑數(shù)據(jù)進行分析，還要結(jié)合區(qū)域性的水利工程地質(zhì)實際情況，針對建設(shè)規(guī)模、建設(shè)環(huán)境以及建設(shè)質(zhì)量等進行動態(tài)調(diào)整，避免漏洞出現(xiàn)，以合理的設(shè)計劃分作為標準化的參考。我國正處于社會改革的深化階段，基礎(chǔ)建設(shè)是我國長期發(fā)展的重要工作，水利工程對于改善自然資源條件、促進農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義，因此制定結(jié)構(gòu)標準化等級是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，同時也能通過科學(xué)的標準化等級控制水工結(jié)構(gòu)成本，對于后期可能存在的問題進行數(shù)據(jù)收集，為整體數(shù)據(jù)模塊的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

3.2 構(gòu)建水工結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)表達式

水工結(jié)構(gòu)的安全性受到外界影響的因素較多，雖然部分影響因素無法確定具體數(shù)值，但是可以將不同類動因子列成多項式，根據(jù)所設(shè)計的水工結(jié)構(gòu)特點，區(qū)分不同因子的影響范圍和數(shù)值，這樣可以從整體設(shè)計角度提高水工結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。值得注意的是構(gòu)建水工結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)表達式時，應(yīng)交錯異型結(jié)構(gòu)分項系數(shù)，并考慮地基承載力及防水材料合理性，通過多項數(shù)據(jù)的協(xié)同考察，能夠?qū)Σ环€(wěn)定因素進行更加明確的判斷[4]。

4 結(jié)語

我國雖然是基建大國，但是在部分領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍處于探索階段，水工結(jié)構(gòu)設(shè)計具有復(fù)雜性和特殊性，尤其在特殊地段需要考慮的因素較多；因此相關(guān)工作人員要注重可靠度設(shè)計理論的運用，深入了解其在水工結(jié)構(gòu)中的功能特點，并結(jié)合發(fā)展瓶頸進行分析，不斷探索更加優(yōu)化的計算方式，提高水利工程的整體設(shè)計水平。