結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度專題討論綜述

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討論會(huì)由中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任劉西拉教授主持。與會(huì)專家各抒已見(jiàn)，其中既有共識(shí)，也有不同乃至對(duì)立的意見(jiàn)。以下是討論發(fā)言的簡(jiǎn)要?dú)w納。
1、關(guān)于可靠度設(shè)計(jì)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(guó)已頒布統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范按可靠度理論設(shè)計(jì)。70年代的我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范分別采用不同的設(shè)計(jì)方法體系，在安全度的表達(dá)形式上互不相同，給設(shè)計(jì)或教學(xué)都造成不便，80年代用可靠度理論率先加以統(tǒng)一。但是，對(duì)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(jiàn)：
　?。?）認(rèn)為我國(guó)規(guī)范采用了先進(jìn)的可靠度理論，用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過(guò)將抗力和作用效應(yīng)相互獨(dú)立。將隨機(jī)過(guò)程化為隨機(jī)變量并以經(jīng)驗(yàn)為校準(zhǔn)點(diǎn)，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，這是我國(guó)規(guī)范先進(jìn)性的一種表現(xiàn)。工程設(shè)計(jì)采用可靠度理論為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）所提倡，是國(guó)際上大勢(shì)所趨；多次國(guó)際安全度會(huì)議也傾向于采納ISO提出的在設(shè)計(jì)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(yàn)，可靠度取值用校準(zhǔn)法確定。
　　（2）認(rèn)為可靠度理論是分析和度量結(jié)構(gòu)安全性的一種先進(jìn)手段，但在應(yīng)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(gè)約束條件：將抗力與作用效應(yīng)分離，將隨機(jī)過(guò)程變?yōu)殡S機(jī)變量，以及將截面承載力的安全指標(biāo)β作為結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展都值得質(zhì)疑。用概率可靠度理論需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，但不論荷載統(tǒng)計(jì)或抗力統(tǒng)計(jì)都還存在一些問(wèn)題，規(guī)范安全度還需考慮將來(lái)可能出現(xiàn)的荷載變化。概率可靠度理論會(huì)有意或無(wú)意地簡(jiǎn)化、忽略本應(yīng)考慮但又無(wú)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(huì)。經(jīng)濟(jì)因素等?？煽慷壤碚搹?qiáng)調(diào)三個(gè)正常，即正常設(shè)計(jì)。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時(shí)不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規(guī)范，會(huì)帶來(lái)一些不必要麻煩，比如地基基礎(chǔ)規(guī)范中，地基承載力強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值竟比標(biāo)準(zhǔn)值還高，抗震設(shè)計(jì)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(yīng)高度耦合，其不確定性遠(yuǎn)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(qiáng)度不確定性的總和，而前者又難以估計(jì)，這時(shí)勉強(qiáng)采用可靠度設(shè)計(jì)往往徒有形式而無(wú)實(shí)效。有的專家指出，水工結(jié)構(gòu)的大壩設(shè)計(jì)目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國(guó)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(jì)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(jì)特性，所以用可靠度理論估計(jì)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(wàn)條荷載譜，統(tǒng)計(jì)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(jì)多不相關(guān)。
　?。?）認(rèn)為分項(xiàng)多安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法要比可靠度方法更為靈活實(shí)用。在確定安全系數(shù)時(shí)，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數(shù)值。鑒于現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)采用了可靠度理論，不足之處可繼續(xù)改進(jìn)，而其設(shè)計(jì)公式的表達(dá)形式又與分項(xiàng)多安全系數(shù)基本相似，所以也不必再回到老路上去?，F(xiàn)行可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范中的分項(xiàng)系數(shù)，其含義可以模糊些，考慮更多的經(jīng)驗(yàn)因素，這在可靠度理論中也是說(shuō)得過(guò)去的。規(guī)范采用可靠度理論應(yīng)采取實(shí)事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來(lái)再用，不宜用行政手段一刀切去追求“統(tǒng)一”。
　?。?）認(rèn)為可靠度理論是美國(guó)專家于40年代最早提出的，這方面的研究工作和成果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們，可是到現(xiàn)在為止，他們大部分的重要規(guī)范都還沒(méi)有用可靠度方法。在西方，主張可靠度理論用于規(guī)范的主要是可靠度理論家們的觀點(diǎn)，搞工程實(shí)踐的人多持反對(duì)或懷疑態(tài)度。所請(qǐng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》，主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的，并無(wú)約束力。前不久，曾長(zhǎng)期擔(dān)任過(guò)美國(guó)混凝上設(shè)計(jì)規(guī)范ACI-318委員會(huì)主席的國(guó)際著名學(xué)者Siess教授，就在《Concrete lnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設(shè)計(jì)理論的見(jiàn)解?？煽慷壤碚撌欠窦和晟频娇梢杂糜谝?guī)范的程度，這個(gè)問(wèn)題在國(guó)際上是有爭(zhēng)論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，但更多的須依靠經(jīng)驗(yàn)、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規(guī)范這一點(diǎn)上，我們大可不必去爭(zhēng)天下先。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范還是用安全系數(shù)方法好，對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)用分項(xiàng)安全系數(shù)表達(dá)安全度要比可靠指標(biāo)β更直觀。更明白?？煽恐笜?biāo)雖然有一個(gè)相應(yīng)的失效概率，可是這個(gè)所謂的失效概率其實(shí)也不是真實(shí)的，但在一定程度上可用于相對(duì)比較。