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文檔簡介
1、 淺談結(jié)構(gòu)可靠度在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 況建國摘要:結(jié)構(gòu)可靠度理論是目前水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用的數(shù)理基礎(chǔ),它適應(yīng)了水工結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性特征,為水工結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)水平提供了科學(xué)的量化手段。本文著眼于水工結(jié)構(gòu)當(dāng)下的理論依據(jù),通過對研究設(shè)計(jì)情況的結(jié)構(gòu),來探討不同的可靠度設(shè)計(jì)方法在水工結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)可靠度 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 道路設(shè)計(jì)引言:由于道路自主設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)科學(xué)精確度的嚴(yán)格要求,相關(guān)單位對于各類不穩(wěn)定的變動結(jié)構(gòu)因子的把控更加嚴(yán)格,可靠度理論范圍被應(yīng)用化擴(kuò)大到水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個方面。安全系數(shù)方法和概率計(jì)算法是水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩種最常
2、用的設(shè)計(jì)方法,由于現(xiàn)階段水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜性、特殊性及不穩(wěn)定性特征的凸顯,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)由傳統(tǒng)的安全系數(shù)方法向概率計(jì)算法轉(zhuǎn)變,不斷完善和加強(qiáng)可靠度的理論及實(shí)際概率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,提高水工工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和其水平的高穩(wěn)定性。一、可靠度設(shè)計(jì)在水工結(jié)構(gòu)中的功能概述(一)可靠度設(shè)計(jì)在水工結(jié)構(gòu)中的重要性??煽慷仍O(shè)計(jì)對水工結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)架構(gòu)的穩(wěn)定性、整體的安全性有決定性的維持作用。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),工程總耗資中水工結(jié)構(gòu)的投入系數(shù)比重較大,水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差,很可能會導(dǎo)致工程工期延長,建設(shè)方經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加重,工程停擺;從工程本身出發(fā),它不但會威脅到施工單位人員的人身安全和日后的公共安全,而且會加大水工結(jié)構(gòu)更新的設(shè)
3、計(jì)難度,對施工周邊范圍的自然生態(tài)造成二次或多次損害,對后續(xù)的設(shè)備調(diào)控部署產(chǎn)生重大影響。因而要求,施工設(shè)計(jì)單位從上到下貫徹落實(shí)檢驗(yàn)水工結(jié)構(gòu)可靠度方式方法,包括水工結(jié)構(gòu)的施工角度校驗(yàn),工程地基的荷載力、防水材料的選用、地形建構(gòu)合理性、水地邊界條件及計(jì)算模型等,將動態(tài)因素設(shè)為隨機(jī)變量,以數(shù)理方式地推算不定因素對整體施工完工質(zhì)量的影響,用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度為完善和優(yōu)化總體效果提供最基本的理論指導(dǎo)。(二)可靠度設(shè)計(jì)方法在水工結(jié)構(gòu)中的意義。可靠度的基礎(chǔ)數(shù)理理論在當(dāng)下工科課程中,已經(jīng)成長為一門理論與應(yīng)用并重的學(xué)科,水工結(jié)構(gòu)的施工角度校驗(yàn),工程地基的荷載力、防水材料的選用、地形建構(gòu)合理性、水地邊界等多個不定因素,
4、對水工結(jié)構(gòu)自身的耐適性、安全性及后續(xù)可發(fā)展性產(chǎn)生不良影響,需利用安全系數(shù)法或概率統(tǒng)計(jì)法將它們數(shù)據(jù)直觀化,方便施工人員對相關(guān)的部門單位進(jìn)行檢測或設(shè)計(jì)規(guī)避。(三)可靠度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在水工結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。從當(dāng)前可靠性的數(shù)據(jù)應(yīng)用情況來看,數(shù)據(jù)采集及整理應(yīng)用效率與全國整體的水工結(jié)構(gòu)工程數(shù)量相比較低下,使水工結(jié)構(gòu)可靠度分析缺乏廣譜的樣本內(nèi)容,呈現(xiàn)出區(qū)域的局限性,無法在全國推廣應(yīng)用集成工作,因此建立全國性質(zhì)水工結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)村存儲總庫和地方分庫,能為日后全國乃至地方的水工結(jié)構(gòu)可靠度不定因素參考提供較為全面和切實(shí)的理論資料基礎(chǔ),通過概率統(tǒng)計(jì)法可按可能性大小排列出水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)指數(shù),能夠有效規(guī)避水工結(jié)構(gòu)中的明顯設(shè)計(jì)缺陷,
5、有利于集合結(jié)構(gòu)可靠度目標(biāo)及局部細(xì)節(jié)規(guī)整。但由于水工結(jié)構(gòu)不定因子日漸復(fù)合化,相關(guān)工作人員也應(yīng)將工作重點(diǎn)放水工結(jié)構(gòu)的施工角度校驗(yàn),工程地基的荷載力、防水材料的選用、地形建構(gòu)合理性、水地邊界條件等因子的判斷,并在概率計(jì)算法上不斷優(yōu)化組合,爭取形成以部位聯(lián)系整體的可靠新形勢。我國目前水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)仍處在對單個構(gòu)件或關(guān)鍵部位的單向階段,對整體可靠度的分析還停留在初始的階段,需要建構(gòu)各結(jié)構(gòu)可靠度標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方式進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。二、水工結(jié)構(gòu)可靠度具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)投資回報(bào)、公共資源、公共安全效益、地區(qū)資源生態(tài)保護(hù)、社會人文建造價值利益等方面綜合考量,對水工結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)方法模式進(jìn)行地區(qū)性式篩選和地
6、區(qū)性淘汰,從現(xiàn)實(shí)出發(fā),因地制宜。(一)解析水工結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算模型1.構(gòu)建水工結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)表達(dá)式。在水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)中,把多個不同累動因子列成多項(xiàng)式,根據(jù)影響大小設(shè)置分項(xiàng)系數(shù),這樣一套的分項(xiàng)表達(dá)式,在數(shù)理上描述結(jié)構(gòu)中存在的累動因素對水工結(jié)構(gòu)的影響。在使用此種方式時,應(yīng)交錯明確變異性水工結(jié)構(gòu)不同的可靠度分項(xiàng)系數(shù),水工結(jié)構(gòu)的施工角度校驗(yàn),工程地基的荷載力、防水材料的選用、地形建構(gòu)合理性、水地邊界條件都應(yīng)該協(xié)同進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置,以更好地對水工結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定因素進(jìn)行判斷。2.設(shè)立量化的可靠指標(biāo)。在解析水工結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算模型構(gòu)建的階段中,相關(guān)部門施工測算人員還應(yīng)建立明確的量化指標(biāo)。舉例,工程目標(biāo)可靠指標(biāo)要同
7、工程維修維護(hù)成本、投資風(fēng)險、工程周期排布、施工測算環(huán)境生態(tài)補(bǔ)償金等現(xiàn)實(shí)量化指標(biāo)相結(jié)合,從現(xiàn)實(shí)意義的角度反映出水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)投資回報(bào)效益,地區(qū)分布經(jīng)濟(jì)效益、地區(qū)資源生態(tài)及安全效益,還應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)法、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化法及事故類比法能夠聯(lián)系附近水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,量化明確可靠指標(biāo)。3.試算水工結(jié)構(gòu)可靠度。以抽樣法、一次二階矩法、高次高階矩、遺傳算法等測算方式對水工結(jié)構(gòu)內(nèi)部可靠性進(jìn)行系統(tǒng)功能系數(shù)測算??煽慷仍O(shè)計(jì)遺傳測算法能夠在水工結(jié)構(gòu)種群個體中表現(xiàn)為遺傳操作,對相似種群個體結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平統(tǒng)一的數(shù)測調(diào)整,以極限方式最大地優(yōu)化排除該類別種群中不穩(wěn)定的累動因子,促使結(jié)構(gòu)可靠度達(dá)到計(jì)劃理論最優(yōu)解。(二)結(jié)構(gòu)可靠度的現(xiàn)實(shí)原因架構(gòu)可靠度理論在水工設(shè)計(jì)的不定因素排除分析、概率模型建構(gòu)等方面存在其理論和現(xiàn)實(shí)的局限性,在與水利工程結(jié)構(gòu)相關(guān)的單位及施工部門沒有得到人手及人員的配備,也就相應(yīng)阻礙了提升水工結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)的整體可能性,如工程鋼閘門、土石壩、水電站廠房等西北荒漠地區(qū),落后于沿海江浙地區(qū)的實(shí)際水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論總體水平。水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗力荷載效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并采用校核法及其他研究
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