袁丕果

（邵阳学院　422000）

试论结构可靠度在土木工程中的应用

袁丕果

（邵阳学院422000）

由于社会经济和科学技术的发展日新月异、突飞猛进，人们对土木工程项目的要求已不仅仅局限于安全性，工程结构也随之日益繁杂。那么设计人员要面临的挑战便是如何应对复杂的结构并能保证其安全性和可靠性。在土木工程设计和施工中最基本的是要确保结构的安全可靠，并能够对突发情况进行推测和预防。作者首先阐明了我国在工程可靠度方面的理论发展状况，并由此引出了两种理念来阐释可靠度理论：①一次二阶矩中心点法；②Monte-Carlo法。期望能够实现在结构中各种可变性对结构的不良作用，并有利于社会经济的发展。

工程结构；可靠度；土木工程

基于作者对目前工程建筑过程中对可靠性的理解和研究，总结出其主要有以下几个特征∶①结构可靠即安全；③适应性及应用性良好；③工程结构的耐久性十分出众。这三个特征相互依存，联系密切，缺一不可，共同构成了结构的可靠度，并为工程建设各自贡献力量，为理论基础铺平道路。本文将聚焦工程项目中可靠度的应用情况及方法。

1　工程结构可靠性的不确定性因素分析

不确定性因素并不罕见，时刻在工程的各个阶段影响着结构可靠度，由此可能对工程质量和安全产生深远影响，例如应用性、安全性和耐久性。在以下篇幅中，作者将深刻剖析工程结构的可靠度，主要从事物的缺陷、模糊和随机来逐一分析。

1.1事物的缺陷性

宇宙中缤纷多彩的要素建构了多种多样的事物，这些要素相互依赖、相互依存，共同形成了和谐共生、欣欣向荣的统一体。在工程实施过程中，设计人员需要提前对各种事物了如指掌，事无巨细，并通过分类事物来进行管理，将事物划分成三类，分别是灰色系统、黑色系统、白色系统。其中，灰色系统常用来分析可靠度。

1.2事物的模糊性

设计人员在工作过程中，可能会经常遇到对某一事物的属性以及涵义不能完全确定，这种情况主要是由于事物的模糊性造成的。针对这一特性，设计人员需要运用模糊数学来应对和处理。

1.3事物的随机性

事物的发生和发展都是有条件的，如果某些条件不够充分，便会造成原因和结果的关系无法联接。因此，事物的发展过程中会出现显而易见的可变性，即随机性。

2　土木工程结构可靠度求解所运用的基本理论与方法

2.1一次二阶矩中心点法

一次二阶矩中心点法是设计人员求解可靠度问题行之有效的方法和途径。在利用该方法求解可靠度时，由于基本变量的概率尚无法清楚得知，设计人员采用均值（一阶原点矩）和标准差（二阶中心矩）的数学模型去分析可靠度。由于功能函数Z=g（X1，X2，…，Xn）不是线性函数，在这种情况下很难求解平均值和标准差，设计人员需要将其线性化，然后求解，这便是可靠度求解的过程。这种方法的优点是精确度和计算效率较高，可以清晰明了地展示出可靠度β和其他参数之间的关系。此外，随着β值减小，得出的Pf值无法精准地对功能函数所得的概率分布类型进行定位。

2.2 Monte-Carlo法

Monte-Carlo法，即随机抽样技术，顾名思义，是一种通过随机抽样的方式来求解某随即事件发生概率的数值方法。在实际操作中应用蒙特卡罗方法主要进行两种工作∶在模仿某一过程时，利用该方法得出随机变量来分析各种概率分布；统计方法发挥效力，将函数模型的数字特征估算出来，从而得到可靠度的数值。因此，设计人员用这种方法来求解可靠度是十分有效的。从概率论的角度来理解，某事件A的发生概率是通过某种“实验”的方法，得出其频率，当频率出现的次数够多时，便认为该频率为此事件A的发生概率。同类分析，在分析可靠度时，要先进行抽样研究，然后利用Monte-Carlo法进行估值，求解得出可靠度。其主要的计算步骤为∶

（1）设计人员首先要确定该工程项目中的随机变量、概率密度函数以及功能函数。

（2）通过计算得出各随机变量对应的分位值，可以采用随机抽样方法。

（3）设计人员将各数值带入到功能函数并以此计算出结果。

（4）设计人员需要计算出分位值以及与其所对应的功能函数值。

由此得知，当随即抽样数值趋于无穷时，根据随机变量服从大数定律及正态随机变量的特性，设计人员可以得出失效概率和可靠度。至此我们可以得出其与判别函数及变量类型没有关系，不论是何种情况（包括状态函数线性与否、随机变量正态与否），可靠度指标仅在于模拟的次数是否做够多。

3　结语

在土木工程设计和施工中结构的可靠度至关重要，尤其是对于解决设计和施工过程中不确定因素引起的问题极为关键。于此同时，对其研究将是一项长期复杂而又任务艰巨的工作，设计人员要不间断地积累，上下探索。设计人员只有将理论与实际相结合，将知识应用于实际操作中，不断更新知识体系，才能创造出更多科学合理、可靠度高的工程结构。

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TU311.2

A

1673-0038（2015）11-0068-02

∶2015-2-25

∶袁丕果（1992-），男，汉族，湖南岳阳人，本科。