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结构可靠度在水工结构设计中的研究 魏保兴聂俊琴 (广西水利电力职业技术学院，南宁530023) 摘要：当前结构可靠度理论和应用研究已取得很大进展，并且在水工结构的设计和研究领域得到具体运用。本文根据 现有的资料和文献，对结构可靠度在水工结构设计领域的研究和应用现状进行了概括性总结，针对存在的问题提 出了一些合理建议，为我国在水工结构可靠度的进一步研究提供有益借鉴。 关键词：水工结构；可靠度；结构设计 自20世纪20年代，国际上开始研究结构可靠度基本理论以来，已有80多年的历史，结构可靠性理 论从无到有、从简单到复杂，知识系统不断扩展，并渗透到许多工程领域，使工程设计向经济、合理的方 面迈进了一大步，成为当前结构设计领域的代表。结构可靠度研究的主要对象是工程结构的抗力R 工程结构可靠指标口。当前，基于结构可靠度理论的设计方法在建筑、港口、水利等行业中发挥了重要 作用。 由于利用结构可靠度理论进行设计能够更为真实地反映结构的性能，这促使现在尚未采用此方法 进行设计的领域开始着手研究结构可靠性理论的应用，以便使其设计水平逐步提高。 1结构的极限状态方程 在结构可靠度分析中，结构的极限状态一般由功能函数加以描述，即 Z=g(Xi，X2，…，xn) (1) 其中，X(i_1，2，…，n)为荷载、抗力或它们的影响因素等随机变量。 Z0时结构安全，Z0时结构失效，Z=0为极限状态。极限状态方程为： g(X1，X2，…，X。)=0 (2) 构件的可靠度可表示为： Ps=P(g(X1，X2，…，X。)0) (3) 式中，P；——满足功能要求的概率。 结构可靠度设计通过正态变换转化为以可靠指标表示的设计表达式： B[p](i_1，2，…，n) (4) 式中，B、[p]——分别为构件i的设计可靠指标和目标可靠指标。 目前各国编制的工程结构可靠度设计规范都是基于上述构件可靠度理论采用一次二阶矩法制定。 2水工结构可靠度设计研究现状 为进一步提高我国水利工程结构可靠度设计水平，建设部和国家技术监督局于1994年颁布了《水 利水电工程结构可靠度设计统一标准》[1】(GB50199—94)(以下简称《水工统标》)，按照国家规定，今后 各类水工建筑物结构设计规范均应按照《水工统标》的规定进行编制或修订。 2．1可靠度设计规范 按此规定修编完成并发布。其它水工建筑物结构设计规范也将按照《水工统标》的原则陆续进行修编和 134 发布。这些规范的制定为水工建筑物的结构设计符合安全可靠、经济合理、实用耐久、技术先进的要求 提供了很好的基础。 2．2可靠度设计研究 由于可靠度设计理论在分析方法、概率模型简化等方面的不完善性，使该理论还不能应用到水工结 构设计的各个领域，如：水工钢闸门、土石坝、水电站厂房等方面的设计依然按照过去的设计方法，这些 设计方法不能定量准确地评价结构的安全性，落后于采用可靠度设计水工结构的总体设计水平，因此， 国内众多学者针对不同的领域，从结构抗力R和荷载效应S两个方面，采用校核法或其它方法对不同的 结构进行了大量的可靠度设计的研究，并取得了一些十分重要的结论，这为那些使用传统设计理论的领 域早日过渡到采用可靠度设计理论奠定了基础。 文献[6、7、8、9 J对水工钢闸门进行了大量研究、分析和总结，并提出了钢闸门设计规范修订时采用 的设计可靠指标，为以后钢闸门设计规范运用可靠度设计提供了很好的借鉴；文献[10、11]对可靠度理 论在压力钢管设计应用作了广泛的研究，给出了压力钢管在采用可靠度设计时的可靠指标，进一步完善 了可靠度理论在压力钢管设计领域的研究；另外，文献[12、13、141也对土石坝、面板堆石坝、拱坝等水工 结构进行了可靠度研究。 目前，暂时还不具备统计资料的水工结构设计规范，可以按结构可靠度理论修编或“套改”，这种方 法虽然只是形式上与可靠度设计相似，但这为以后设计方法向以可靠度理论为基础