關(guān)于結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的重要性

1、<p>　　關(guān)于結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的重要性</p><p>　　摘要: 從可靠性與可靠度之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)的不確定性，影響結(jié)構(gòu)可靠性鑒定因素以及常用的鑒定方法等一系列方面入手，闡述了結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工和使用過程中，如何更好具有最優(yōu)的可靠度水平，以保證建筑物擁有一個(gè)更合理的使用壽命。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 可靠性 可靠度結(jié)構(gòu)不確定性影響因素 鑒定方法使用壽命 </p>

2、<p>　　中圖分類號(hào)： TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　0引言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)民對(duì)于建筑物使用追求的期望值也日趨增高，繼而各式各樣的建筑開始不斷興建，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用，但是隨著使用年限的增加和工作環(huán)境的劣化，這些結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命肯定會(huì)逐年降低，破損將是一個(gè)必然的

3、、不可逆轉(zhuǎn)的過程，因此從國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度出發(fā)，為了節(jié)約能源和資金，相關(guān)的從業(yè)人員有必要對(duì)建筑物的可靠性進(jìn)行全面科學(xué)地鑒定與分析，以保證建筑物在服役期間具有最優(yōu)的可靠度水平，進(jìn)而完成延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命的任務(wù)與目標(biāo)。 </p><p>　　1可靠性與可靠度之間的關(guān)系 </p><p>　　我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[1]中同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性和結(jié)構(gòu)可靠度分別進(jìn)行了定義。 </

4、p><p>　　結(jié)構(gòu)可靠性:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)可靠度:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。 </p><p>　　通過定義不難看出結(jié)構(gòu)可靠性主要強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力，它的度量是通過結(jié)構(gòu)可靠度來反映的，也就是說一個(gè)系統(tǒng)的可靠度反映了對(duì)工程設(shè)計(jì)的綜合性要求，表現(xiàn)了安全和經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一，并

5、且可用以協(xié)調(diào)工程的近期投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)效益之間的矛盾。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)可靠性鑒定則是以結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的概念和實(shí)用方法為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。自1638年伽利略奠定了現(xiàn)代建筑力學(xué)基礎(chǔ)以來，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法→破損階段設(shè)計(jì)法→極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的過程，目前采用較多的是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。 </p><p><b>　　2結(jié)構(gòu)的不確定性 </b></p>

6、;<p>　　工程結(jié)構(gòu)需要有一定的可靠性，是因?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、使用過程中，具有種種影響結(jié)構(gòu)安全、適用、耐久的不確定性。這些不確定性，很早以前就受到人們的重視。 </p><p>　　早期，人們采用安全系數(shù)法來籠統(tǒng)地考慮影響結(jié)構(gòu)安全的各種不確定性，設(shè)計(jì)方法為容許應(yīng)力法。容許應(yīng)力法的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，一般情況下能夠滿足使用要求，缺點(diǎn)是安全系數(shù)全憑經(jīng)驗(yàn)選取，缺乏科學(xué)依據(jù)，不能定量地確定安全性。所取的

7、安全系數(shù)不能說明結(jié)構(gòu)的可靠程度，因?yàn)椴牧蠌?qiáng)度、作用效應(yīng)的概率分布沒有被考慮。不同的工程采用的安全系數(shù)往往有不同的可靠性?；诳煽慷鹊乃枷雭韺?duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)是土建工程的一大進(jìn)步[2]。它用數(shù)學(xué)方法對(duì)工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，建立了有明確可靠指標(biāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。用可靠指標(biāo)代替了原有的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)的失效概率得到量化。自 1969 年A． M． Frendenthal 教授提出將可靠性理論用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域后，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的努力，結(jié)構(gòu)可靠性

8、分析已經(jīng)從理論研究階段進(jìn)入實(shí)用階段。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)在經(jīng)過設(shè)計(jì)、施工等一系列工序后由最開始的虛擬模型計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的空間實(shí)體, 這時(shí)相應(yīng)的一些問題也就產(chǎn)生了，最早設(shè)計(jì)時(shí)考慮的隨機(jī)因素, 如荷載、荷載效應(yīng)、材料性能、構(gòu)件幾何參數(shù)等, 會(huì)改變其不確定的程度, 甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^上確定的因素。而同時(shí)因?yàn)椴牧线x擇、施工等因素引起的不確定性卻隨著結(jié)構(gòu)的建成而消除。 </p><p>　　就簡(jiǎn)

9、單的從荷載方面來說吧, 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上的活荷載和設(shè)計(jì)中的活荷載具有程度不同的隨機(jī)性, 因?yàn)樵O(shè)計(jì)中活荷載的統(tǒng)計(jì)特性是針對(duì)某類建筑的,而現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上活荷載的統(tǒng)計(jì)特性則應(yīng)針對(duì)特定的具體建筑, 兩者的變異性往往有很大差別，同時(shí)結(jié)構(gòu)自重在結(jié)構(gòu)建成之后不應(yīng)再是隨機(jī)的, 而是客觀上確定的量。 </p><p>　　此外, 一些隨機(jī)因素的不確定性還與人類的控制行為有關(guān), 如設(shè)備運(yùn)行荷載、屋面積灰荷載的隨機(jī)性便與實(shí)際的設(shè)備管理制度、清灰

10、制度及其執(zhí)行情況有關(guān)。這些結(jié)構(gòu)的不確定因素都需要我們相關(guān)的從業(yè)人員在各自的工作環(huán)節(jié)中做出仔細(xì)的分析。 </p><p>　　3影響可靠度鑒定的因素 </p><p>　　3．1 建筑物在使用期內(nèi)可能會(huì)遭受自然災(zāi)害侵蝕，而自然災(zāi)害會(huì)使建筑物在不同程度會(huì)受到損害，需要通過技術(shù)手段對(duì)受損建筑進(jìn)行安全鑒定及維修加固施； </p><p>　　3．2 因地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)、施工等

11、因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成質(zhì)量缺陷，就需要對(duì)建筑物的安全性進(jìn)行評(píng)估，然后運(yùn)用相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行加固或補(bǔ)強(qiáng)處理； </p><p>　　3．3 隨著建筑物的使用時(shí)間的增長(zhǎng)，建筑物性能會(huì)逐漸衰退，再加上碳化、腐蝕、碰撞、凍融等不利因素作用，建筑物的可靠度水平將逐漸降低，甚至有可能危害人們的生命安全； </p><p>　　3．4 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展，人們對(duì)居住、工作環(huán)境的要求發(fā)生巨大的變化，導(dǎo)致相

12、當(dāng)數(shù)量的老舊建筑的功能不在適用，這就需要對(duì)這些建筑進(jìn)行技術(shù)改造； </p><p>　　3．5 建筑物的可靠性鑒定也為法律仲裁、質(zhì)量糾紛、合同理賠、房屋保險(xiǎn)投保等提供依據(jù)。而且通過結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，對(duì)為末辦理相關(guān)產(chǎn)權(quán)的既有建筑的產(chǎn)權(quán)辦理及銀行抵押貸款提供了必要條件； </p><p>　　3．6 受不同時(shí)期經(jīng)濟(jì)環(huán)境和政治形勢(shì)影響， 有的房屋建造時(shí)未按基本建設(shè)程序進(jìn)行，導(dǎo)致房屋工程質(zhì)量不能得到

13、有效保證，并且這些建筑均在不同程度上存在各種安全隱患，需要經(jīng)過安全性鑒定，并依賴定期檢查來保證其安全使用； </p><p>　　3．7 維修改造既有建筑有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，與新建建筑物相比，維修改造具有投資少、工期短、省空間等優(yōu)點(diǎn)，這些均會(huì)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 </p><p>　　4 可靠指標(biāo)的確定以及常用的鑒定方法 </p><p>　　4.1 設(shè)

14、計(jì)可靠指標(biāo)的確定 </p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，限于目前的條件，并考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，現(xiàn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中給出的可靠指標(biāo)值是采用“校準(zhǔn)法”確定的[3]。即通過對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范安全度的校核，利用反演計(jì)算，找出按原規(guī)范設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)中隱含的相應(yīng)可靠指標(biāo)值，經(jīng)綜合分析和調(diào)整，以此來制定基于概率分析的可靠性設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠指標(biāo)。這在實(shí)質(zhì)上是充分考慮到了工程建設(shè)長(zhǎng)期積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，繼承了原有設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的可靠度水準(zhǔn)，接受了

15、其總體上的合理性。目前我國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中采用的可靠指標(biāo)如表1 所示。 </p><p>　　表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) </p><p>　　破壞類型 安全等級(jí) </p><p><b>　　一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) </b></p><p>　　延性破壞 3.7 3.2 2.7 </p><p&g

16、t;　　脆性破壞 4.2 3.7 3.2 </p><p>　　4.2 結(jié)構(gòu)可靠性常用的鑒定方法 </p><p>　　目前，結(jié)構(gòu)可靠性鑒定方法大致包括: 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法、實(shí)用鑒定法、概率鑒定法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鑒定法和響應(yīng)面法等[4]。 </p><p>　　1) 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法是以原設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，根據(jù)個(gè)人專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)，然后對(duì)建筑物的可靠性給出評(píng)價(jià)的一種經(jīng)

17、驗(yàn)判定方法。此方法鑒定程序簡(jiǎn)單，荷載計(jì)算以實(shí)際調(diào)查為準(zhǔn)，材料強(qiáng)度取值一般按經(jīng)驗(yàn)確定，受個(gè)人主觀因素影響較大，缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因此，難以對(duì)結(jié)構(gòu)的性能和狀態(tài)做出全面的分析，評(píng)判過程缺乏系統(tǒng)性，鑒定結(jié)論往往因人而異。 </p><p>　　2) 實(shí)用鑒定法。實(shí)用鑒定法是在經(jīng)驗(yàn)鑒定法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，應(yīng)用各種檢測(cè)手段對(duì)建筑物及其環(huán)境條件進(jìn)行周密的調(diào)查、檢測(cè)、測(cè)試結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)性能參數(shù)，然后經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后用于結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，

18、由此判定建筑物的性能和狀態(tài)，全面分析建筑物所存在問題的原因。然后，以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，按照統(tǒng)一的鑒定程序和標(biāo)準(zhǔn)，從安全性、使用性多個(gè)方面綜合評(píng)定建筑物的可靠性水平的方法。與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法相比，該法鑒定程序科學(xué)，實(shí)用鑒定法十分強(qiáng)調(diào)檢測(cè)手段和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，對(duì)建筑物性能和狀態(tài)的認(rèn)識(shí)較準(zhǔn)確和全面，可以為建筑物維修、加固、改造方案的決策提供可靠的技術(shù)依據(jù)。 </p><p>　　3) 概率鑒定法。在實(shí)用鑒定法的

19、基礎(chǔ)上，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，進(jìn)一步利用統(tǒng)計(jì)推斷方法分析影響特定建筑物可靠性的不確定因素的評(píng)定方法。概率鑒定法則針對(duì)具體的既有建筑物，找出建筑物在正常使用條件下和預(yù)期的使用期限內(nèi)發(fā)生破壞或失效的概率，通過對(duì)建筑物和環(huán)境信息的采集和分析，評(píng)定建筑物的可靠性水平，確定結(jié)構(gòu)的使用壽命。應(yīng)用該方法得出的鑒定結(jié)論更符合建筑物的實(shí)際狀態(tài)。 </p><p>　　4) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鑒定法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元互聯(lián)組

20、成的非線性、自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)。具有高度的并行處理、聯(lián)想記憶、良好的自適應(yīng)性和自組織能力。它無需預(yù)先確定系統(tǒng)的模型，而是以實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過有限次迭代計(jì)算，從而獲得一個(gè)反映實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能和容錯(cuò)性，可以模擬專家推理，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)評(píng)定中的應(yīng)用日益受到重視。 </p><p>　　5) 響應(yīng)面法。響應(yīng)面法是近年來發(fā)展起來的進(jìn)行可靠度分析的一種有效的方法

21、，其思想是通過一系列確定性試驗(yàn)擬合一個(gè)響應(yīng)面來模擬真實(shí)的極限狀態(tài)曲面。從本質(zhì)上講，響應(yīng)面是統(tǒng)計(jì)學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)技術(shù)，用于處理幾個(gè)變量對(duì)同一體系或結(jié)構(gòu)的作用問題，也就是體系或結(jié)構(gòu)的輸入與輸出的轉(zhuǎn)化關(guān)系問題。 </p><p><b>　　5 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性鑒定是對(duì)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和未來工作能力了解和掌握的必要途徑，鑒定方法的發(fā)展在一定程度上還要

22、依賴于鑒定手段和技術(shù)的發(fā)展，理論上的突破同樣是不可或缺的重要條件，合理的鑒定方法是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)可靠性鑒定安全性的重要保證，也是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使用壽命延長(zhǎng)的必要環(huán)節(jié)。 </p><p>　　[1] GB50153—2008, 工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) [ S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2009. </p><p>　　[2] 趙國(guó)藩.工程結(jié)構(gòu)可靠度理論與應(yīng)用［M］．大連:大連理工大學(xué)出