建筑结构设计的可靠度研究

近年来,随着中国市场经济的快速发展,国家实力的提高,各项高科技技术水平也在的不断提升,建筑工程如雨后春笋遍布全国各地,建筑业赢得了一个新的发展平台?在此期间建筑结构的设计及其理论技术日趋成熟,对建筑结构可靠度的研究也取得了重大发展?建筑结构设计作为建筑行业技术中一项核心技术环节,也将得到科学管理,并逐步发展起来?在建筑工程设计过程中,结构设计的可靠度是整个工程设计的重心,结构设计的可靠度不仅决定了工程的可行性与质量保障,而且还决定了企业的经济效益,不仅关系到国家经济建设的发展,还关乎到人民生命财产安全?因此,在建筑结构设计中,必须站在安全与发展的高度来重新审视这项研究技术,加大对建筑结构设计的可靠度研究,使其更加完善,从而为企业获得更多的经济效益与社会效益?
【引言】
近年来国内的建筑业的发展十分迅速,人们对建筑业的关注度也日益增加,城市化的加速使得建筑工程发生巨大变化?然而,人口密集?财富集中的城市在面对地震灾害时,就可能会造成众多的人员伤亡与巨大的经济损失,结构的耐久性以及抗风?抗震性都是影响结构可靠性的因素?因此建筑结构设计技术对可靠度的研究提出了巨大的挑战?我国现行结构设计标准的可靠度原则已经不能适应当前发展,提高可靠度的水平有利于国家发展,同时也符合建筑业的要求,从而缩短与社会发展同步的差距,使其该行业具有更广的发展前景?
一. 结构设计可靠度基本理论
结构可靠度的基本理论是建筑结构设计可靠度分析的前提,安全性?适用性和耐久性是检验结构可靠性的标志?了解建筑设计可靠度基本理论,有利于企业在建筑设计中能够将结构的安全性稳定性体现出来,增大建筑物的安全性能?结构设计可靠度基本理论包括建筑结构体系可靠度?结构承载能力可靠度?结构疲劳抗震可靠度?钢筋混凝土结构可靠性等?1.建筑结构体系可靠度在建筑结构体系中存在各种失效模式?只有失效概率值较大的模式才会对结构体系可靠度失效分析起到参考作用?目前,已有多种寻找结构失效模式的方法:如荷载增量法?网络搜索法?分支约界法?线性规划法?约界法?截止枚举法等,其中在寻找结构失效模式应用较多的是分支约界法?在寻找主要失效模式的过程中需要进行大量的概率计算?因此,概率计算也是结构体系可靠度分析的一部分?结构体系失效概率的计算可归结为是计算多维正态概率分布的问题?该函数是由一次二阶矩方法确定的可靠指标和失效模式间的线性系数建立的?
2.结构承载能力可靠度对于结构进行概率极限设计时,首先要考虑的是安全标准问题?就承载能力极限而言,结构失效包括两种形式:一种是首次超越失效(在设计基准期内),若结构荷载效应只要有一次超过结构抗力,结构就会遭到破坏;另一种是累积损伤失效(结构的破坏是由于荷载的反复作用引起),当损伤累积到一定程度而引起结构破坏?在结构设计中,要保证结构能在极端载荷下的安全性?同时也要确保结构在正常载荷下的功能,满足其适应性的要求?要按统一的标准,对正常使用时变形?局部损坏和振动等极限状态的分析?有时虽然超过正常使用极限,却不会造成结构灾的破坏与损失,但是很大程度会严重影响结构的正常使用?
3.结构疲劳抗震可靠度结构疲劳破坏或地震破坏是一种积累损伤失效?疲劳破坏属于高周疲劳,结构一般处于低应力水平,若处于弹性状态,并且在一定荷载反复作用较多次数下,需要利用概率法进行分析结构是否会破坏?地震破坏是低周疲劳,结构一般处于高应力水平,反复荷载作用较少次数,其结构抗震的概率分析应该以随机振动理论和以结构抗震设计规范作为分析方法?4.钢筋混凝土结构可靠度钢筋混凝土结构可靠度包括施工期与老化期?施工期结构施工是将设计图纸转化为真实结构的过程?结构施工过程中的复杂性与不确定因素性使得建筑结构性能的难以确定?除此之外,对材料力学性能研究的不充分或是施工管理的不善导致结构施工期风险较高?结构老化期的可靠度分析可以根据抗力衰减方法进行评估?因此,研究钢筋混凝土结构的施工期与老化期的可靠度,建立相应的结构施工规范管理制度,不仅能够提高结构施工期的安全性,而且还能够对结构使用期和老化期的安全性起着重要作用?
二. 结构设计可靠度的影响因素
了解影响结构设计可靠度因素,能够及时意识到建筑工程上的缺陷,增加建筑得稳定性与安全性?但首先需要了解两个专业术语,即作用效应与结构抗力?结构抗力指结构抵抗环境影响的能力,包括抵抗承载极限能力和抵抗正常使用极限能力?作用效应指作用的施加使结构产生了内力?结构设计可靠度影响因素包括四个方面,即目标可靠指标?可变荷载水平与分布参数?工程质量?抗力衰减等方面?(1)目标可靠指标?目标可靠指标是影响结构可靠度水平的指标?(2)可变荷载水平与分布参数?荷载设定大小不同,结构可靠度水平也不同?可变荷载概率分布将影响结构设计的可靠度?(3)工程设计,施工?使用和维护的质量导致设计抗力与实际抗力的偏差?因此,加强各个环节质量控制,是提高结构设计可靠度的关键措施?(4)抗力衰减?载荷疲劳导致积累损伤等不利影响,构件抗力会随时间衰减,准确把握抗力分布变化规律,能够保证结构设计可靠度?
三.建筑结构可靠度理论发展趋势
随着建筑结构可靠度理论的不断成熟与完善,建筑行业得到新的发展?在未来建筑工程项目中,建筑设计尽管会向多元化,复杂化方向发展,但建筑物的稳定性以及安全性将得到大大提升?在未来发展中,建筑结构可靠度理论可能会在一些方面发生变化,例如1.结构系统的可靠度分析?在未来,结构系统可靠度分析会根据结构破坏水平,以及根据不同的极限状态,计算出一套针对性结构设计的方法?其表现是系统可靠度分析内容更为丰富,难度程度加大?2.结构极限状态分析的改进?考虑的因素将会更加全面,如除了强度极限状态外,还需要考虑结构破坏安全极限状态?正常使用极限状态等其他情况?3.人为差错的分析?许多结构的失效并不一定是由荷载不确定性造成?有可能是由于设计使用环节中人为造成的?因此,在未来可靠度研究中,会减少人为分析的出错?4.模糊随机可靠度的研究?模糊随机可靠度理论会随着数学理论方法的完善得到进一步的改善?总之,在未来建筑行业中,建筑结构可靠度理论将会得到更加科学合理的运用,并且在该行业中起着不可替代的作用?
四.结束语
建筑业的飞速发展使得建筑结构可靠度理论日趋成熟?在实际运用中也越来越广泛?建筑结构设计的可靠度是一项关乎到国计民生的研究项目,不仅关系到国家经济建设的发展,还关乎到人民生命财产安全?其水平能够反映出国家的建筑业?工程设计以及施工技术能力,甚至是一个国家的国民经济水准?近年来由于建筑结构的复杂性,多样性,越来越多的人对建筑结构可靠性研究有了一个全新的认识,这对建筑行业具有重大的现实意义?学习和完善建筑结构设计可靠性理论,合理正确的运用到建设中,为我国的建设发展贡献出自己微薄之力?