結(jié)構(gòu)設計入門——結(jié)構(gòu)設計安全度綜述

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1、關于可靠度設計理論
    可靠度理論是分析結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國已頒布統(tǒng)一標準，要求結(jié)構(gòu)設計規(guī)范按可靠度理論設計。70 年代的我國混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范分別采用不同的設計方法體系，在安全度的表達形式上互不相同，給設計或教學都造成不便，80 年代用可靠度理論率先加以統(tǒng)一。但是，對規(guī)范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結(jié)構(gòu)的安全度都統(tǒng)一在同一體系中，專家們持不同意見：
    1.1 認為我國規(guī)范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經(jīng)驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中，這是我國規(guī)范先進性的一種表現(xiàn)。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織（ISO）所提倡，是國際上大勢所趨；多次國際安全度會議也傾向于采納ISO 提出的在設計規(guī)范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯?jīng)驗，可靠度取值用校準法確定。
    1.2 認為可靠度理論是分析和度量結(jié)構(gòu)安全性的一種先進手段，但在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比如結(jié)構(gòu)可靠度分析的三個約束條件：將抗力與作用效應分離，隨機過程變?yōu)殡S機變量，以及將截面承載力的安全指標β 作為結(jié)構(gòu)的可靠指標，隨著認識的發(fā)展都值得質(zhì)疑。用概率可靠度理論需要進行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，但不論荷載統(tǒng)計或抗力統(tǒng)計都還存在一些問題，規(guī)范安全度還需考慮將來可能出現(xiàn)的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經(jīng)濟因素等?？煽慷壤碚搹娬{(diào)三個正常，即正常設計、正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規(guī)范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎規(guī)范中，地基承載力強度的設計值竟比標準值還高，抗震設計規(guī)范中不得不引入調(diào)整系數(shù)。又如地下結(jié)構(gòu)的荷載與其作用效應高度耦合，其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。有的專家指出，水工結(jié)構(gòu)的大壩設計目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國家都用安全系數(shù)k 大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統(tǒng)計確定，影響壩基穩(wěn)定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數(shù)鉆孔取樣確定其統(tǒng)計特性，所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結(jié)構(gòu)規(guī)范要確定火車的荷載譜，現(xiàn)在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統(tǒng)計出了50 年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車荷載及其變化，更多地由鐵路部門指令所確定，與那些統(tǒng)計多不相關。