可靠度理论论文范文

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第1篇

完善的监理管理制度是落实电力工程监理管理的前提条件，因此电力企业要根据电力工程的实际特点完善安全监理制度。由于电力工程建设监理单位对相关法律法规认识不深，这在很大程度上制约了监理制度的发展，工程监理也难以与国际接轨。因此，为了有效发挥监理单位的作用，应通过完善工程监理法律法规体系来促进监理行业的发展，使监理单位在电力工程建设中发挥重要作用。在工程监理法律法规体系中，应明确规定监理单位的责任和义务，包括:第一，监理单位需要对电力工程建设的质量、安全、成本、施工进度进行控制，进行工程建设信息和合同管理，积极协调相关单位间的工作关系。第二，明确电力工程监理的工作范围，包括设计方案讨论;检查施工图方案;参与对承包商的招标评标;参与施工图交底、组织图纸会审;检查施工现场原材料及构件数目及质量等。第三，监理单位必须与业主签订监理合同，合同内容应包括监理工作范围，双方权利、义务和责任，合同必须按照《火力发电、输变电工程监理招标程序及招标文件范本》的相关规定，双方必须严格执行合同内容。第四，实行总监理师负责制，设立由专业监理工程师、总监理师及其他监理人员组成的监理机构，在施工现场设立监理机构，并配备相应的监理人员，各自履行自己的监理职责，由总监理师相关指令，总监理师有一定的授权范围，有权终止工程建设单位合同。

2电力企业应加强员工安全施工培训

安全管理监督管理体系的建立和设备定期的维修，在很大程度上可以提高变电站的运行安全。在变电站的电力设备操作过程中，存在较大的危险，尤其是在变电运行的过程中，需要大量的工作人员对设备进行操作，如果工作人员在操作过程中，安全意识不高，违规操作或者在操作的过程中发生失误，就有可能造成严重的后果，不仅有可能造成无法挽回的损失，更有甚者会造成人员伤亡。因此，电力企业要加强对员工安全施工的培训。同时，在变电站安全运行管理中，工作人员的文化素质及道德水平在很大程度上影响着电力工程的建设质量，加强对工作人员的培训工作，既要加强安全知识技能的学习，也要加强安全管理和相关法律法规知识的学习。通过制定绩效考核制度充分调动监理人员学习的积极性和主动性，只有提高了工作人员的文化素质，工作人员才能做好电力工程监督管理工作。对于高空作业的工作人员，必须要求持证上岗，加强对工作人员的知识教育，给予业主和施工单位更多的专业指导，做到“三控、两管、一协调”的管理，提高电力工程质量。在电力工程建设中，只有工作人员的业务技能得到提升，同时具备相应的法律道德观念，才能促进电力工程建设活动的顺利开展。通过对电力工程建设实行全过程的动态管理，充分发挥监督管理的作用，以促进电力工程建设持续、稳定地发展，提高电力安全监督的可靠性。

3加强电力安全监督队伍的建设

面对当前电力企业存在的问题，要顺应时代的发展，充分利用科学技术和法律对电力进行有效的监督。电力企业首先就要建立一支高效的监督队伍，定期对监督人员进行培训，使监督人员通过培训不断提高监管知识，熟练掌握和运用国家关于安全生产方面的法律法规，提高监管人员的综合素质。同时，为了提高监管人员在执法中的工作效率和提高监管人员的事故调查能力，要求监督人员具备对特殊事故的应急处理能力。只有建设起高素质的监督管理队伍，才能实现电力企业安全监督的可靠性。其次，电力企业还要明确划分安全检查的主要任务。电力企业电力安全监督的主要任务，就是彻底解决变电站运行过程中的热点问题和突发事件，把电网和电力供应安全作为电力企业安全监督的核心，及时了解安全生产的动态，掌握电力生产过程中发生的新问题，并根据问题的实际情况，制定相关的解决方案。再次，电力企业还要提高变电作业的风险意识。安全监察工作就是对风险进行管理，在传统变电作业中，缺乏风险防范意识，这种传统的方式已经不能满足当下社会主义经济建设对安全作业的要求，因此，要求电力企业对变电作业风险管理工作引起重视，建立完善的风险控制体系，将变电作业的风险降到最低。

4结语

第2篇

关键词：重力式挡土墙；稳定性；结构体系可靠度；验算点法；等效平面法；蒙特卡洛法

0、引言

重力式挡土墙结构是我国目前最常用的，而且在工程中被认为比较简单的一种挡土墙。重力式挡土墙结构最常见的失稳模式是倾覆失稳和滑移失稳，因此对这两种失稳模式的研究是很必要的。传统上主要采用以安全系数为度量指标的定值法来分析重力式挡土墙稳定性，但定值法不足之处在于无法充分考虑土的各项物理力学指标的随机性，有一定误差。导致一些挡土墙通过定值法估计得出的安全系数是足够的，认为该挡土墙是安全的，但是往往在一段使用后很快就发生了工程问题。给工程带来了巨大的经济损失，为了克服此方法的缺点，人们通过不断的努力发展了一门能够更好解决工程问题的新学科――结构可靠度。

近年来，对重力式挡土墙的稳定性研究方面，人们主要是利用可靠度理论分析的方法不断研究，不断更新方法。如王良等运用一次二阶矩法中的中心点法计算了忠州隧道进洞口道路挡土墙的抗滑移可靠度。蔡阳则在研究重力式挡土墙的可靠度设计方法中，对概率极限状态设计中分项系数的确定进行了较为系统的讨论。虽然较之前的安全系数法较好，但不足之处是他们只考虑一种破坏模式，对于各个破坏模式之间存在的相互关系，他们没有做出进一步分析。他们的计算结果也不可能准确的反映出挡土墙结构稳定的可靠性，其结果也是不令人满意的。靳静、梁小勇通过用结构可靠度的一次二阶矩法的验算方法和重力式挡土墙稳定性的功能函数分别计算出某重力式挡土墙各单失效模式的可靠指标。虽然他们考虑的因素比较齐全，但对各失效模式之间的相互影响没有进行分析，也就是对结构整体性没有进行可靠度分析。而杜永峰等则是先建立重力式挡土墙结构抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的功能函数，然后利用JC法分别计算了两种失效模式时的可靠指标。他们考虑了两种失稳模式的相互影响，视它们为串联系统。运用逐步等效平面法计算结构体系可靠度指标，最后用结构体系可靠度指标计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。该方法考虑的因素较之前的结果比较可靠。但所运用的方法比较复杂，而且JC法相对蒙特卡罗法来说其精度不如后者。蒙特卡罗法可以直接有效的模拟结构体系的可靠度，计算结果相对其他方法较为精确。本文主要是通过比较说明蒙特卡罗法在重力式挡土墙的稳定性分析方面更为理想。

1、基本原理

目前，蒙特卡罗法被认为是一种相对精确法，它所涉及的原理基于概率定义。即，先大量随机抽取影响了结构可靠度的随机变量，然后将抽取的抽样值一组一组地带入所得到的功能函数式，通过计算求出结果，分析后确定结构失效与否，最后从中求得结构的失效概率。

2、结构体系可靠指标分析

对结构体系可靠度的研究不仅仅只是单方面的，而是要考虑各个影响因素，通过多个功能函数解决结构可靠度问题。对于一个结构它的失效总是由多干失效模式组成，如果多个失效模式中任意一个失效模式发生时就导致结构的整体破坏，则认为该结构体系为串联系统；对于当只有全部失效模式都发生时才导致的结构整体破坏则认为是结构体系的并联系统。串联系统和并联系统在结构体系可靠度的计算问题中是考虑最多的两种可靠度的计算方式。而对重力式挡土墙来说发生倾覆失稳或滑移失稳时都会导致结构破坏，因此，它们被视为串联系统来进行分析计算。

3、计算实例

4、结论

本文通过计算某挡土墙的稳定性，对JC法和蒙特卡罗法作了比较性计算，相比较JC法，蒙特卡罗法不受随机变量的分布概型的影响，无需因当量正态化而带来误差，其计算精度较高，不足之处就是计算量较大，但随着计算机的发展蒙特卡罗法在重力式挡土墙设计计算中会越来越普遍。

参考文献：

[1]王良，刘元雪.重力式挡土墙抗滑移的可靠度分析[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2005

[2]蔡 阳.重力式挡土墙可靠度研究[D]. 成都： 西南交通大学， 2005.

第3篇

论文关键词：学科馆员　学科结构　文科学科馆员

“学科馆员”(Subject Librarian)，是指图书馆既具有某个学科的专业学历，又具有情报信息专业知识和技能的复合型人才，通常被誉为学科文献专家(Bibliographer)。我国的学科馆员制度是在借鉴国外学科馆员制度成功实施的基础E发展起来的。1998年清华大学图书馆成立了“学科馆员小组”，开创了我国图书馆学科馆员制度的先河。随后，西安交通大学、北京大学、武汉大学等高校图书馆纷纷效仿，到目前为止我国已有近60所大学实(试珩了学科馆员制度)。

1我校的学科结构现状与图书馆建设

1．1加强重学科建设。我校自1954年成为国家首批确定的6所重点大学以来，一直重视重点学科的发展，例如材料、航天、土木、计算机等学院都都取得了辉煌的成绩。其中，一级学科博士、硕士学位授权点18个；二级学科博士、硕士授权点81个。国家工科基础课程教学基地(5个)，国家重点实验室(8个)，省、部级重点研究(院、所、中心)、实验室(36个)，国家工程研究中42，(3个)，中国科学院院士、中国工程院院士(22人)。1996年我校首批进入国家“2l1工程”重氨彦没的院校。经过“211工程”、‘’985工程”的重点建设我校已经发展成为一所以理工为主，理、工、管、文、经、法相结合，多学科、开放式、研究型的国家重大学。

1.2促进薄弱学科发展。近几年来，随着我国高等教育改革的深化，高等院校纷纷合并，学校规模、专业规模不断扩大。在这一形式下，我校也加大了薄弱学科的发展力度。文科专业是我校的薄弱环节，1995年哈工大文与社会科学学院成立了，它标志着我校的文科建设迈上了—个新的台阶。人文学院学科门类涉及哲学、经济学、法学、文学、历史学、管理学，一级学科8个。有社会学、国际经济与贸易、汉语言文学、思想政治教育4个本科专业，社会学和国际经济与贸易是黑龙江省重点建设专业；有哲学、社会学和理论3个硕士学位—级学科授枧(覆盖22个二级学科硕士点)，其中有9个二级学科硕士学位授权点招生，1个社会工程与管理博土；承担面向全校开设的从本科生层次到博士生层次的思想政治理论公共课，以及大量的人文素质教育公共选修课。

1.3图书馆的学科化服务模式。图书馆是学校的文献信息中心，是教学科研的重要组成部分和辅助部门。高校图书馆为各学科服务的宗旨是：以其丰富的文献信息资源重点支持优势学科，辅助薄弱学科。面对我校各学科迅猛发展的形势，图书馆也必须紧跟时代步伐，转变观念。如何发挥各院系原有的学科优势，促进新成立学科专的发展，是学校教学科研中的一件大事。许多高校图书馆的学者同仁们就此问题进行了积极的探讨，提出了许多具有指导作用的建议和对策，其主要观点就是建立学科馆员制度。建立学科馆员制度，图书馆就可以加强同院系之间的紧密联系，及时了解他们在文献信息方面的需求，有针对陆地开展工作。

2我校建立文科学科馆员制度的必要性及学科馆员的服务要求

2．1文科学科馆员制度建立的必要性。我校文科发展已初具规模，完备的学科建设对高校图书馆的发展提出了更高的要求：

(1)对藏书建设提出更高的要求：我馆藏书传统以重点学科为主，忽视薄弱学科。新兴学科尤其是文科的发展，促使我馆要重视文科文献资源的建设，以满足文科科研需求。

(2)对信息服务的整体水平提出更高的要求：以往信息服务的对象主要是重点学科，而今随着人文学科的发展壮大，服务对象已扩大到各个学科领域。这一突如其来的变化领馆员们猝不及防，加强对薄弱学科的服务力度势在必行。

(3)对服务手段、服务方式提出更高的要求：以往馆员注重的是重点学科的服务，对薄弱学科，从藏书到信息检索都不太重视。而新学科的发展要求馆员应迅速了解新学科的发展动态，为各学科的学生及科研人员提供完善的基础和高端服务。

(4)对用户信息教育提出更高的要求：关于外文数据库，以往馆员只重视重点学科数据库的使用和检索，而对于一些文科方面的数据库了解不够深入。学科馆员应该熟练掌握文科期刊数据库，如SAGE。并能根据用户的需要进行科技查新。

2．2文科学科馆员的服务要求。首先，学科馆员要融人一线，服务—线。作为我校的文科学科馆员跟其他学科有所不同，重点学科的服务较为成熟。而文科在学校由于是后起之秀，好多科研人员对图书馆的服务并不十分熟悉。这就要求文科学科馆员尽可能多的到院里，到科研一线。为用户提供随时随地的服务。其次，用户在信息保障、信息需求、信息服务上存在的问题，服务该院(所)的学科馆员都必须履行全责。学科馆员要为服务的过程和效果负责。解决不同研究所的不同问题，没有既定的模式可以遵循，没有现成的经验可以借鉴，只有学科馆员自己去探索，去创新。最后，对大量原始文献进行集中分析论证后编写成述评、专题报告、综述等浓缩型情报资料，直接供大家利用以加快教学科研进程。

3关于我馆建立文科学科馆员的几建议

3.1提高馆员素质，加强专业人才的引进。图书馆应加强。专业人才的引进，针对学科专业情况，按照合理的结构比例，有计划地在瞳上和结构上不断完善学科馆员队伍。现有人力资源的开发，则是对现有图书馆员的培养和提高，以期尽快达到学科馆员的条件和要求，这是现实而紧迫的任务。

3.2建立突出专业性和服务综合性相结合的全新管理模式。固有管理模式与学科馆员制度冲突的问题，可以考虑将学科馆员按照对口学科设为各个书库的主管(如文科学科馆员可以分管中文社科阅览室)，而不是隶属于信息咨询部，避免与文献资源部门和网络资源部门协作的不通畅。学科馆员成为专业书库的主管后，承担专业书库文献资源的建设、管理和服务工作。还可以跟踪学科前沿课题，围绕教学和科研课题搜集整理资料，配合所负责学院开展定题跟踪服务，从而充分发挥其学术价值和服务价值。

3.3建立合理的考评体系。学科馆员可以实施优胜劣汰的考核评价体系，根据各个馆员的具体工作内容(馆藏发展、经费合理使用、参与咨询课题的情况、举行讲座的数量及效果等)进行年终测评。除了上述测评之外还要收集各个学科的师生对本学科的学科馆员工作的评价意见，将服务对象的满意度作为测评的另—个重要标准。与此同时，馆内还可以定期开展各类学科的考试考核，让更多的有实力的工作人员有机会参与竞争，优胜劣汰。这样，既保证学科馆员服务的高质量，又促进了工作人员整体素质的提高，有利于学科馆员人才的培养和更新。

结语：图书馆已不再是—个封闭的系统，而是—个开放的多功能的信息中心。尽管传统图书馆与现代图书馆将并存发展，但传统图书馆那种被动的服务方式已经没有生存的根基。用户信息环境已发生根本性变化，图书馆也必须因需要而变，动态适应用户的变化。学科馆员制度要达到既定的目的和成效，不是一朝一夕就能实现的，基础的薄弱要求我们不能只看一时的效果，要从长远的目标来看制度实施后所带来的虽迟缓但持续的进步。我们要在创新中不断摸索，寻找符合本馆实际的发展途径和方式，探索出一条适合我国学科馆员制度发展的道路，以适应社会化和信息化相结合的现代图书馆。

2．2文科学科馆员的服务要求。首先，学科馆员要融人一线，服务—线。作为我校的文科学科馆员跟其他学科有所不同，重点学科的服务较为成熟。而文科在学校由于是后起之秀，好多科研人员对图书馆的服务并不十分熟悉。这就要求文科学科馆员尽可能多的到院里，到科研一线。为用户提供随时随地的服务。其次，用户在信息保障、信息需求、信息服务上存在的问题，服务该院(所)的学科馆员都必须履行全责。学科馆员要为服务的过程和效果负责。解决不同研究所的不同问题，没有既定的模式可以遵循，没有现成的经验可以借鉴，只有学科馆员自己去探索，去创新。最后，对大量原始文献进行集中分析论证后编写成述评、专题报告、综述等浓缩型情报资料，直接供大家利用以加快教学科研进程。

3关于我馆建立文科学科馆员的几建议

3.1提高馆员素质，加强专业人才的引进。图书馆应加强。专业人才的引进，针对学科专业情况，按照合理的结构比例，有计划地在瞳上和结构上不断完善学科馆员队伍。现有人力资源的开发，则是对现有图书馆员的培养和提高，以期尽快达到学科馆员的条件和要求，这是现实而紧迫的任务。

3.2建立突出专业性和服务综合性相结合的全新管理模式。固有管理模式与学科馆员制度冲突的问题，可以考虑将学科馆员按照对口学科设为各个书库的主管(如文科学科馆员可以分管中文社科阅览室)，而不是隶属于信息咨询部，避免与文献资源部门和网络资源部门协作的不通畅。学科馆员成为专业书库的主管后，承担专业书库文献资源的建设、管理和服务工作。还可以跟踪学科前沿课题，围绕教学和科研课题搜集整理资料，配合所负责学院开展定题跟踪服务，从而充分发挥其学术价值和服务价值。

第4篇

关键词：地下工程，支护结构，可靠性

 

0.前言

地下支护是一种复杂的工程结构体系，其构筑过程中整个结构体系的力学特性和稳定性不仅受到岩石的生成条件和地质作用的影响，还受到隧道开挖方法、支护类型、支护时机、支护参数等因素的影响。若岩体强度高，整体性好，断面形状有利；岩体的变形发展到一定程度将自行终止，围岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由发展下去，最终导致围岩整体失稳而破坏。这种情况下，在开挖后适时地沿周边设置支护结构，对岩体产生抗力，形成约束。但考虑到地下结构体系的稳定性和安全性，应当结合围岩和支护的相互作用，达到一种可靠性设计。

1.概述

地下工程设计的目的是使所设计的结构能够完成全部功能要求，并且有足够的可靠性。论文参考网。所指的基本功能是由其用途决定的。性能指标有安全性、适应性和耐久性。一个建筑结构在

具有了这三种性能之后，称之为具有可靠性。支护结构的基本作用就是和围岩一起组成一个有足够安全的地下结构体系，能够承受可能出现的各种荷载，保持地下工程断面的使用净空。同时支护结构还要确保围岩性能的进一步恶化。因此，对既定的地下工程选择适当支护结构应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性与可靠性。在支护结构具有极大刚度的情况下围岩可以一点不产生变形；但支护结构必须使围岩保持原有的应力状态。若支护结构设施过迟，将会引起围岩结构松弛，自重能力下降。所以从可靠性和经济性考虑，在进行既定工程实施开工时，须考究工程围岩特性和支护对其作用机理。

2.支护结构可靠性的确定

可靠性是非数量的概念，为了把可靠性作为建筑结构性能的数量化指标，我们将在规定的条件下和规定的时间内完成预定功能的概率称为可靠度。结构完成预定功能的标志由极限状态方程来衡量。结构整体或部分在超过某状态时，结构就不能满足设计规定的某一功能的要求的这种状态，称为结构的极限状态。结构的极限状态一般由状态函数(或称功能函数)加以描述。设结构状态函数为

当z＞0时，结构处于可靠状态；当z＜0时，结构处于失效状态；当z＝0时，结构处

于极限状态。结构的可靠度即功能函数z＞0时的概率为

结构的失效概率即功能函数z<0时的概率为

显然有

可靠度分析中常用可靠度指标β来表示结构的可靠度，β定义为

若将正态变量S、R变为标准正态随机变量，则可靠度指标的几何涵义就是标准正态坐标系SOR中原点到权限状态直线的最短距离，引入到多个正态随机变量情况，可靠度指标就是标准正态空间中原点到极限状态面的最短距离，如图所示。

3.工程中支护结构的可靠选择

在地下施工中，支护结构的选择应根据客观需要和实际可能相结合的原则。客观需要是指围岩和地下水的状况，其状态有可能对稳定性和可靠性产生影响。实际可能就是支护结构本身的能力、适应性、经济性、及施工的可能性。比如，在多变的地质条件、块裂岩体及形状复杂的地下洞室，从使岩体强度增强的角度讲应采用锚杆。锚杆是一种能迅速起作用的支护类型，而且在复杂环境下不占作业空间，分布均匀。在软弱岩体、塑性或流变岩体和膨胀性岩体中，以及在围岩压力较大的条件下，保证工程的稳定安全，支护结构必须封闭。论文参考网。混凝土的抗拉伸和弯曲能力较浅，因此在素喷混凝土时通常都配合金属网一起使用。还有，在工程中对于抗拉性能较差的混凝土支护结构应尽量避免受弯矩作用，如设计的薄一点，圆顺些，在支护结构中设置铰或纵向伸缩缝，增加支护结构的柔性，减少弯矩，但必须结合地下工程的防水要求一并考虑。此文对支护结构中铰的防水问题不做讨论。

4.支护结构可靠性分析

通常，地下工程文护结构计算需考虑地层和支护结构的共同作用，一般都是非线性的二维和三维问题，而且，计算还与开挖方法、支护过程等有关。对于这类复杂问题，只有在特殊情况下才可能得到解析解答。目前，对支护结构数值的分析大都采用有限元法。根据地下下程的支护结构与其周围岩体共同作用的特点，通常可把支扩结构与岩体作为—个统一的组合体来考虑，将支护结构及其影响范围内的岩体一起进行离散化。地下工程有限元法多数采用内部加载方法求解，需要求调用内部边界上的释放荷载，并将其化为节点力。没沿预计开挖线上各点初始应力，在离散化的情况下，可假定沿开控面上两相邻节点之间的初始应力呈线性变化，如图所示，当开挖边界节点按逆时针次序排列时，开挖所引起的等效荷载释放。

有限元法作为一种广泛应用的数值解法，其计算的准确性与精度是不用怀疑的。然而应用于地下工程中，计算结果往往与实际有一定距离。一般来说，有限元法获得的围岩稳定计算结果的可靠性，取决于下述三个因素：(1)岩体参数取值的可靠性和准确度，主要是地应力和岩体力学参数。(2)围岩力学模型选用的正确性。(3)有限元的正确剖分和非线性计算的收敛情况。当然各种计算方法所得的安全度是不一样的，都缺乏非常严格的理论依据。从可靠性讲，有限元法当前普遍适用。

5.支护结构的设计原则和要求

一个可靠的支护结构应满足三点基本要求。一、保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作，过去工程的常用的木支撑和模板灌注混凝土衬砌，因为其施工工艺原因很难做到牢固接触，所以支护效果较差。由于接触点不固定，围岩压力极不均匀，常常造成衬砌受力异常，发生开裂甚至丧失使用功能。设计理论应全面接触为出发点，尽量选用能达到这个要求的结构形式。二、允许地下结构体系产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少支护结构的作用，使两者更加协调地工作。当然，柔性支护结构的柔度也应该有一定的限度，绝不是越柔越好。三、要能分期施工，并使早期支护和后期支护相配合，主动控制围岩的变形。论文参考网。当变形发展到一定程度时，初次支护可能因强度不足而产生问题，要随时补强到变形趋于基本稳定后再做后期支护结构。这种可分式的支护结构不仅使作业灵活，而且可以保证支护结构的经济性和可靠性。

基于要求，我们对各种支护结构都要有一个正确的评价，以便根据变化的地质条件加以合理的选择。

【参考文献】

[1]徐干成,白洪才等.地下工程支护结构.北京：中国水利水电出版社, 2001.

[2]贺少辉.地下工程（修订本）.北京：清华大学出版社;北京交通大学出版社,2008,3.

第5篇

［关键词］钢筋混凝土梁式桥耐久性系统可靠度剩余使用寿命

系统可靠度理论是一门新兴的边缘学科，将其应用于桥梁结构评估中，可以科学准确地评价桥梁结构系统的可靠性，从而正确指导桥梁结构的设计，同时也可以为不同类型桥梁的评估提供统一的标准。本文采用增量荷载的全局临界强度分枝-约界准则搜寻体系的主要失效模式。分析计算流程见图1.1所示。

1 计算体系可靠指标

1.1 系统中随机变量的相关性

实际的结构系统的能力之间、荷载之间是互相联系的，同时由于各失效模式都包含着部分相同的随机变量，因此多个构件可靠度与体系可靠度的本质区别在于必须考虑各组成构件之间的相关性。桥梁本身是一种较复杂的结构系统，针对钢筋混凝土梁式桥，进行整体分析时，相关性影响不可忽视，梁式桥结构各构件随机变量的相关性主要分为：构造相关性、荷载与加载工况相关性和破坏模式相关性等几类。

梁式桥结构是由若干构件（包括：主梁、传力系统、墩台、基础等）组成，共同承受外荷载的结构系统。因此不同的构造方式都会使不同构件之间产生影响作用，它们之间的相关性不可忽视。

桥梁在设计基准期内，结构可能同时受一种或多种荷载的作用，同时结构必然会承受设计预期要求的恒载、汽车荷载、人群荷载、温度变化以及混凝土收缩徐变等荷载影响，以上诸多荷载作用及其影响因素之间也或多或少的相关性。对于梁式桥，同一种荷载的中载和偏载工况，受力主梁截面抗力包含相同的影响因素，因此包含相同影响因素的不同加载工况之间的相关项必须考虑。

梁式桥体系破坏依次包括构件失效和整体失效。构件失效的相关性是由作用在结构中各构件上的共同荷载组合或构件中具有共同的抗力因素形成的，对于梁式桥而言结构体系存在着不同的失效模式，任何一种失效模式出现，体系都会破坏。所以各种失效模式间相关性无法忽视，这也就是梁式桥体系可靠度相关性研究的关键。

综上所述，梁式桥体系可靠度分析时，上述前两种相关性通过对实际工程的结构构造分析和受力分析可以做出判断，第三种相关性的判定，必须通过对结构的分析找出各种失效模式之间的层次关系，适当的将其分为串联和并联结构的子系统，对于并联系统就必须关注其相关性。

1.2 系统可靠度指标的计算

梁式桥是个n次超静定结构，因此当桥梁结构中某一部分构件失效后，整个桥梁系统不会因此而破坏失效，而是剩下的构件进行内力重分配，使结构系统能继续承受外荷载的作用，当失效的构件数目达到一定数目时，系统形成机构进而失效破坏。

梁式桥的失效包括脆性破坏、延性破坏以及弹性破坏，每种失效模式可视为一个并联子系统，这些子系统的串联构成了整个系统，一般用混联模型描述桥梁结构系统，如图1.2为梁式桥结构系统可靠度指标的计算通用模型图。

通过图1.1可知，要计算梁式结构体系的失效概率，必须首先计算出各主要失效模式的失效概率，再根据基本模型计算出具有相关性的失效模式之间的相关系数，然后再采用以低维联合概率近似多维联合概率的近似方法，本文采用微分等价递归算法计算结构体系的失效概率和可靠度指标。

2 确定体系系统的目标可靠度指标及寿命预测

2.1 确定体系目标可靠度指标

桥梁结构系统目标可靠度指标即可靠指标的目标可靠度，是桥梁结构设计所预期的可靠度指标，在理论上应该按照各种结构的重要性、失效后果、破坏性质、经济指标等因素以优化的方法，通过分析确定。确定了目标可靠指标，就有了桥梁体系可靠性评估的标准。现行的基于可靠度理论的桥梁评估的基本思路就是通过各构件影响因素的统计参数，得出构件的可靠度，然后与评价体系中的最低可靠度指标进行对比，从而评价既有桥梁的当前承载力状态以及其剩余使用寿命。同理基于桥梁结构系统可靠度的评价和剩余使用寿命，其基本思想是类同的。当桥梁的可靠指标大于目标可靠指标时，认为结构处于安全状态；当桥梁的可靠指标小于目标可靠指标时，则认为桥梁结构处于危险状态，需要采取一定的措施(维修或加固)方能继续使用或者直接拆除。然而现行的设计规范以及评价规范都是基于构件的可靠度理论来确定的。考虑到统计资料的不足，一般构件的目标可靠度指标采用校准法来确定。

目前《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GBT 50283-1999）规定了构件目标可靠度指标值。既有桥梁在极限状态下的结构系统可靠度评估时基于结构整体承载性能和整体失效，从现有的工程事故实例分析结果以及实验结果观察看，结构失效后，桥梁的某些主体构件并没有破坏失效，因此认为既有桥梁的系统目标可靠度指标应该大于结构中关键构件的目标可靠度指标。由此本文认为，对于既有梁式桥的可靠性评估及剩余使用寿命预测，桥梁结构的系统目标可靠度指标值应该在构件目标可靠度指标的基础上提高。

由于统计资料不够完备以及在结构可靠度分析中本身就引入了近似假定，计算出来的目标可靠度指标与结构的实际失效概率还是在某一范围内的近似，并且国内针对于既有桥梁结构体系的的目标可靠度指标以及最低可靠度指标尚无比较科学的研究成果。为了既有桥梁结构自身的安全性和考虑经济上的合理性，因此本文建议基于结构系统可靠度的评估，可参考对于目标可靠度指标的取值在当前规范关于构件可靠度指标的基础上提高一个水平，具体建议值见表1.1。

关于最低可靠度指标的取值采用基于构件可靠度评价的方法，根据工程实际情况等因素适当选用下面两种标准：

2.2 基于系统可靠度的既有梁式桥剩余寿命的预测

我们认为当梁式桥结构系统可靠度指标低于最低可靠度指标时，即为桥梁使用寿命的终止。

第6篇

关键字:可靠度,工程结构,不确定因素

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

目前,国际上大多数国家的结构设计规范虽然已经采用了基于概率的极限状态设计方法,但是由于土木工程结构的特殊性和复杂性,结构可靠度分析的应用只局限于构件的层次上,并采用分项系数来考虑不确定性因素的影响。由于土木工程结构都是具有很高冗余度的超静定结构,结构体系的特性要比结构构件的特性重要得多,因此,在设计中如何考虑结构体系的特性是一个十分关键的问题。基于功能的结构体系可靠度分析,最初由美国学者在结构抗震设计中提出,其基本思想就是使结构在荷载作用下能够维持所要求的功能水平。将结构体系可靠度与结构的某种功能联系起来,使得体系可靠度的概念更加明确,也更符合实际情况,而且计算也更加简便。因此,近年来,基于功能的结构体系可靠度分析引起了工程界的广泛关注。

一、工程结构要求具有一定的可靠性,是因为工程结构在设计、施工、使用过程中具有种种影响其安全、适用、耐久的不确定性. 这些不确定性大致有以下几个方面.

1.事物的随机性。 所谓事物的随机性,是由于事件发生的条件不充分,使得在条件与结果之间不能出现必然的因果关系,从而事件的出现与否表现出不确定性,这种不确定性称为随机性. 研究事物随机性问题的数学方法主要有概率论、随机过程和数理统计.

2.事物的模糊性。事物本身的概念是模糊的,即一个对象是否符合这个概念是难以确定的,也就是说一个集合到底包含哪些事物是模糊的,非明确的,主要表现在客观事物差异的中间过渡中的“不分明性”,即“模糊性”. 研究和处理模糊性的数学方法主要是1965年美国自动控制专家查德(L.A.Zadeh)教授创始的“模糊数学”.

3.事物知识的不完善性。 事物是由若干相互联系、相互作用的要素所构成的具有特定功能的有机整体。人们常用颜色来简单地描述掌握事物知识的完善程度,并把事物(或称系统)分为三类：白色系统、黑色系统、灰色系统。对知识的不完善性处理还没有成熟的数学方法,在工程实践中只能由有经验的专家对这种不确定性进行评估,引入经验参数。例如, “待建”桥梁未来承受的车辆荷载可引入经验的发展系数,作为一种权宜的处理方法。

二、结构可靠性基本理论与方法

1. 一次二阶矩法:按照现行结构可靠度设计统一标准的定义,结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。结构可靠性理论的研究,起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的不确定性的认识,以及结构设计风险决策理论中计算结构失效概率的需要。早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所谓“二阶矩模式”,可靠度用可靠指标表示。

对于结果功能函数随机变量服从正态分布的情形,在概率密度曲线坐标中,功能函数的平均值为曲线的峰值点到结构功能函数等于0(极限状态方程)点的距离,可用标准差的倍数表示,这个倍数就是二阶矩模式中的可靠指标。而如果将结构功能函数随机变量线性变换为一个标准正态随机变量,则在新的概率密度曲线坐标中,可靠指标为坐标原点到极限状态面的距离。将这一几何概念进行推广,提出了结构可靠指标的新定义,将可靠指标定义为标准正态空间内(随机变量的平均值为0,标准差为1),坐标原点到极限状态曲面的最短距离,原点向曲线垂线的垂足为验算点。可以很容易的证明,如此定义的可靠指标,也是将非线函数在其验算点处线性化后的线性函数所对应的二阶矩模式的可靠指标。国际上常用的变换方法称为JC法,国内提出了简便实用、精度与JC法相差不多的实用分析法。

在上面的可靠度分析方法中,无论随机变量服从正态分布,还是不服从正态分布,无论随机变量是相关的,还是不相关的,都只使用了结构功能函数的一次项(或泰勒展开级数的线性项)和随机变量(或当量正态化随机变量)的前二阶矩,因此统称为一次二阶矩方法。为与中心点法相区别,一般将同时求验算点的可靠度分析方法称为验算点法,有时也称为改进的一次二阶矩方法。

2. 二次二阶矩法:如前所述,以标准正态空间内坐标原点到极限状态曲面的最短距离定义的结构可靠指标,所对应的是在验算点处线性化的极限状态方程(或超切平面)的可靠指标,它没有反映极限状态曲面的凹凸性,在极限状态方程的非线性程度较高时,误差较大。BREITUNG在1984年给出一个考虑了极限状态曲面在验算点处主曲率的失效概率渐近计算公式,具体分析时,首先根据计算可靠指标时得到的灵敏系数(或方向余弦)向量,应用GRAM-SCHMIDT标准正交化方法产生正交矩阵,然后对随机变量进行正交变换(即转轴),整个计算过程要涉及复杂的矩阵分析和行列式运算。由于计算时考虑了结构极限状态方程的二次非线性,故称为二次二阶矩方法。

3. 其他方法:上面介绍的可靠度分析方法,无论是一次方法还是二次方法,都是在标准正态空间建立的,当随机变量不服从正态分布时,要按照前面的方法映射或正态化为正态随机变量。除此之外,还有一种不需要变换而直接进行分析的方法,称为原始空间内的可靠度分析方法,同样也包括一次方法和二次方法。 在结构可靠度理论的研究中,还提出了同时考虑其他不确定性的可靠度分析方法,如将随机性与模糊性相结合而形成的模糊可靠度分析方法,考虑随机变量概率分布参数(如平均值标准差)统计不确定性的可靠度分析方法。将传统的有限元方法与可靠度方法相结合而形成的随机有限元方法,是分析大体积结构可靠度的有效方法,等等.

在实际工程中,有些变量不仅具有随机性,而且其随机性与时间有关,如作用在结构上的可变载荷,这意味着结构的受力状态时时在变化,只有当设计基准期内结构每一时刻都处于安全状态时,结构才是安全的,因此产生了时变可靠度的概念。

5结语

1)将结构体系可靠度与结构的某种功能联系起来,使得体系可靠度的概念更加明确,也更符合实际情况,而且计算也更加简便;2)基于功能的结构体系可靠概率是不同结构计算模型下条件概率的加权求和值;3)将结构的刚度作为确定性变量,即结构计算模型为确定性的,计算出的结构体系可靠度是偏大的,其偏大的程度与结构的类型和各随机参数有关。

土木工程结构的安全性与耐久性一直是设计者与使用者非常关心的问题，关系到安全与经济的协调(基础设施的投资$并与国家现行政策(法规以及未来的经济发展息息相关，是一个复杂的系统工程问题，因此，正如上述观点，事物不确定性有多方面，有的问题还缺乏有效的(可为工程实践应用的数学方法，我们只在极为复杂的问题中做了极为有限的工作，其大量更有意义的工作期望同仁完成。

参考文献

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[2］ 佟晓利,赵国藩. 一种与结构可靠度发现几 何法相结合的响应面法［J］. 土木工程学报, 1997,30(4):51-57.

第7篇

关键词：剪压复合作用；混凝土空心砌块砌体；抗震抗剪强度；下降段；破坏形态

中图分类号：TU398 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05000105

随着竖向压应力σy的增加，混凝土空心砌块砌体的剪切破坏依次表现为剪摩、剪压和斜压3类破坏形态[15]，如图1所示，而与之对应的分别是库仑、主拉应力和主压应力理论[1， 612]，如图2所示。但是，中国现行《砌体结构设计规范》[13]（简称砌体规范）和《建筑抗震设计规范》[14]（简称抗震规范）对混凝土空心砌块砌体的静力和抗震抗剪强度采用了各自不同形式的库仑理论公式，两者不仅在计算方法上不统一，而且在可靠度的取值上也与相对成熟的烧结普通砖砌体相差较大。具体表现在以下几个方面：

〖=D（〗 吕伟荣，等：混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度〖=〗 1）正如图1、2所示，单一的库伦理论公式仅适用于其对应的剪摩破坏，而对于另两类破坏形态，特别是具有明显下降段的斜压破坏，则拟合较差，甚至偏于不安全[1]。

2）如图3所示，尽管现行抗震规范较2001版规范在混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度计算上进行了调整，但当σ0/fv大于16时，按水平段取值仍不具备下降段，与实际明显不符，不能满足日益增长的高层配筋砌体结构设计[1516]的要求。

3）以MU10、M75的烧结普通砖砌体和MU10、Mb7.5的混凝土砌块砌体为例（取永久荷载分项系数γG=1.2），如图3所示，对于国内试验数据相对较多，运用也较为成熟的烧结普通砖砌体，其静力抗剪强度曲线①普遍高于抗震抗剪强度曲线③；而对实验数据相对较少的混凝土空心砌块砌体，其静力抗剪强度曲线②普遍低于抗震抗剪强度曲线④。两本规范对于这两类砌体结构在抗剪强度计算上表现出来的不同规律，值得商榷。

综上所述，现行抗震规范采用库伦理论公式计算混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度不仅不全面，而且其可靠度也值得质疑。针对以上问题，李晓文[17]、骆万康[18]、蔡勇[8， 12]、梁建国[19]等中国学者均对此进行了系统地研究，并提出了各自的计算公式，但均无法实现对剪摩、剪压和斜压三类破坏形态的全面模拟。

为此，本文作者于2008年提出了砌体剪压破坏区理。该理论认为，既然在多数的砌体剪压试验中剪摩与剪压破坏或剪压与斜压破坏共同出现，不妨将砌体的三类剪压复合破坏分为剪摩剪压破坏区和剪压斜压破坏区，通过引入权函数，推导出相应的砌体静力与动力抗剪强度简化公式[11]：

其中A、B及a需根据试验结果确定。在文[11]中，尽管也曾提出了混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度公式，但该公式中A、B及a等参数的确定仅仅是在其静力抗剪强度公式的基础上，简单的对其曲线峰值折减15%得到，缺乏试验支持。

因此，本文将基于砌体剪压破坏区理论，引入近年来收集到的中国58片混凝土砌块砌体墙的剪压试验结果[19]，在保证可靠度的基础上，运用曲线拟合方法，确定式（1）的3个参数，提出了剪压复合作用下混凝土砌块砌体抗震抗剪强度设计值全曲线公式，解决了现行砌体和抗震规范中存在不合理和不安全的问题。1 剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体的抗剪强度全曲线 砌体剪压破坏区理论简化公式（1）具有下降段，能较全面的模拟砌体剪压破坏全曲线。为此，本文根据图1曲线中相关数学特征，可对公式（1）中的参数A、B及a确定如下：

根据中国现有的58片不同高宽比、不同试件尺寸、不同加载方式的混凝土空心砌块砌体结构试验结果[19]，如图4所示，同时参考相关文献研究成果，对剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体抗剪强度曲线的关键参数取值如下：

1）曲线峰值点坐标（b， ymax）的取值

如图5所示，对于坐标系统为x=σy/fm、y= fvm/fm的混凝土空心砌块砌体的剪压相关曲线而言，相关文献中横坐标b的取值各不相同：重庆建筑大学骆万康教授（1999年）对于普通粘土砖动力剪切试验回归曲线峰值点取为0502；湖南大学刘桂秋教授（2000年）对于砌体结构统一取为067[10]；而对于混凝土而言，其剪压相关曲线峰值坐标为060。综合以上取值，并考虑到动力试验的取值相对偏低，本文建议取为055。

如图4所示，文[19]的试验值与式（6）计算值比值的平均值为1.27，变异系数为0245，两者吻合较好，且式（6）的计算值偏于安全。

同时，与文[19]的公式相比，式（6）的改进在于：1）具有下降段，能全面的反映剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体的剪摩、剪压及斜压3个破坏阶段；2）解决了文[19]的计算取值偏于保守的取值，即当σy，m/fv0， m>5，文[19]取值为水平直线。同时，当σy，m/fv0， m>13.1，文[19]的计算取值由于缺乏下降段而导致不安全，无法适用于高层配筋砌块砌体结构。

2 混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值公式2.1 γ的取值

与试验平均值公式取值不同，现行砌体规范中已明确给出了fv0和f的取值，根据砌体规范表322所列的混凝土砌块砌体类型，可计算出γ的范围在（0.015～0.050）之间，平均值为0.026，

2.2 抗震抗剪强度设计公式的确定

根据可靠度理论，砌体的强度设计设计值f与强度平均值fm的关系为：

（8）

如图5所示，本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计公式（8）与试验平均值公式（5）相比，不仅具有可靠度保障，而且具有与试验曲线及理论分析相同的特征。为方便工程应用，本文对表1中的各种混凝土砌块砌体组合按式（8）的计算结果与现行规范中所采取的公式计算结果进行了对比，部分结果如下图6所示。

图6的计算结果表明：1）本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度公式（8）普遍低于现行规范规定的混凝土砌块砌体静力抗剪强度计算值，不仅提高了其抗震可靠度，而且较好的统一、协调了烧结普通砖砌体和混凝土砌块砌体的抗震与静力抗剪强度设计值之间的变化关系。2）不同类型的混凝土砌块砌体按式（8）计算的抗震抗剪强度均在σy=f时趋于0，较好地实现了对砌体剪压相关曲线中3个破坏形态的模拟，避免了现行规范中抗剪强度单调递增的不合理和不安全。3 结论

1）在砌体剪压复合破坏区理论基础上，根据中国已有的58片灌芯砌块砌体墙片试验结果，推导出混凝土砌块砌体的剪压相关性试验值曲线公式（5）。与传统砌块砌体剪压相关曲线相比，该曲线不仅光滑连续，而且具有下降段。

2）通过对式（5）曲线顶点按f=0.42 fm进行折减以及起点、终点的相关处理后，本文推导出具有一定可靠度保证的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值公式（8）。如图5所示，经式（8）的计算得到的凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值不仅低于现行抗震规定的抗震抗剪强度，而且也普遍低于现行规范砌体规定的静力抗剪强度，这表明式（8）不仅满足设计可靠度要求，而且较好的统一、协调了烧结普通砖砌体和混凝土砌块砌体的抗震与静力抗剪强度设计值之间的变化关系。

3）如图6所示，本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计公式（8）不仅具有下降段，且对于不同类型的砌块砌体组合基本上均在主压应力σy=f时趋于0，较好地实现了对砌体剪压相关曲线中各种破坏形态的模拟，能直接运用于高层砌体结构设计，避免了现行规范中抗剪强度单调递增的不合理和不安全。

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第8篇

关键词：预应力混凝土；刚构-连续组合梁桥；施工期；可靠性分析

引言

近年来桥梁坍塌事故不断发生，其中施工建造过程中发生的事故占有相当大的比例。因此，研究结构施工期可靠度，建立以施工期可靠度理论为基础的结构施工规范和管理制度，不仅对控制结构施工期的安全性，而且对包含结构使用期和老化期在内的结构生命全过程的安全性，以及降低结构的维修、加固费用等都有重要意义。

挂篮对称悬臂施工是大跨度桥梁施工中常用的一种方法，随着悬臂长度加大，风险也随之加大。本文在考虑施工期结构各施工阶段的功能函数相关性的可靠度分析方法基础上，重点分析悬臂施工中结构的可靠性问题。

1、工程概况

本论文以某客运专线特大桥为工程背景，该桥孔布置为34.955＋2×66.5＋57.5+40.045，全桥共分68梁段，中支点0号梁段长度10.0m，一般梁段长度分成3.0m、3.5m和4m，合拢段长2.5m，左边跨直线段长3.555m，不设合拢段；右边跨直线段长15.145m，最大悬臂浇筑块重1059kN。该桥的桥型布置及梁段划分见图1，几何断面尺寸见图2。

图1桥型布置图及梁段划分图

图2 断面图

主梁的施工采用挂篮（挂篮重55t对称悬浇施工，施工中悬臂最长为33.25m。主梁混凝土采用C55高性能混凝土，普通钢筋采用Ⅱ级钢筋，纵向和横向预应力采用钢绞线。对该桥进行施工期的可靠度分析主要是悬臂施工中最后一个梁段浇筑混凝土阶段时（即最大悬臂施工阶段）进行施工期的可靠性分析。

2、悬臂施工结构的施工期可靠性分析方法

悬臂浇筑的刚构―连续组合梁桥是结构随浇筑梁段增加而逐步“生长”的过程，其中任意时刻的施工恒载、施工活载、风载也在逐步增大的，结构的抗力也随时间而变化。据调查：在最大悬臂状态和浇注最后一块梁段的时候结构的质量事故发生率比较高。其原因主要是：正在悬臂浇注最后一块梁段时，虽然会避开异常大风，但是此时不平衡荷载偏差最大；最大悬臂状态时，不仅结构受力最不利，而且有可能会出现大风天气。在此时容易造成结构构件（甚至整个结构）发生质量事故，如结构裂缝、混凝土压碎、过大变形甚至倒塌等。

施工期结构抗力R和荷载效应S都是时间的函数，因此施工期可靠性分析模型是动态模型，其功能函数为：

但是实际上施工期结构抗力和荷载随机过程的模型建立是十分困难的，其结构动态可靠性分析也是相当复杂。施工期活荷载在各施工阶段各具特点，故可在各施工阶段上将其简化为随机变量，这不仅与施工期结构分析的思想相符，而且可简化可靠性计算过程。事实上已经有资料就针对类别浇筑前和刚刚浇筑两阶段施工期活荷载分别进行了调查和统计工作。这样在各施工阶段建立的功能函数为

式中，i表示第i个施工阶段。由此，结构动态可靠性分析模型简化为半随机过程模型。进一步对抗力随机过程在各施工阶段上进行极小化变换，有

显然，这是静态可靠性计算模型，可以应用结构可靠性的基本方法或近似计算方法求解。

3、施工期可靠性分析

3.1结构抗力计算

由《铁路桥涵设计规范》，截面的抗力：

式中：为混凝土的抗压设计强度；为受压区普通钢筋的抗压设计强度；构件破坏时，受压区预应力钢筋的计算应力；为腹板宽度；为顶板有效宽度；为顶板的有效高度；受压区普通钢筋截面面积；受压区预应力钢筋截面面积；截面有效高度；为受压区高度；受压区普通钢筋合力点至构件截面上缘的距离；受压区预应力钢筋合理点至构件截面上缘的距离。

=23.1×11600×1600×（4568-1600）+210×1059.75+976.5×140×30×（4568-550）

=167058.3 kN・m

＝1.2262＝203188.4kN・m

＝0.1414＝23430.8kN・m

＝/＝0.1153

3.2构件可靠度计算

最大悬臂施工阶段墩顶弯矩功能函数为：

利用验算点法计算墩顶截面的可靠度。

（1） 初始验算点为：

＝243188.4 kN・m ＝125345.3 kN・m＝25069kN・m

（2） 当量正态化处理

对于抗力而言：

==24318.84×=23350.3

= [1-ln+ln]=609565.2

计算的可靠度指标：

＝＝38.4

利用自编程序循环计算几次后可以得到＝8.41。

为了进一步了解变量对可靠指标的影响程度，改变恒载变量的变异系数，其它变量的变异系数不变，依次取值0.1，0.15，1.2，0.25。对于每一变异系数，分别计算墩顶截面的可靠指标。

表1墩顶截面的可靠指标

从上述分析结果中可以看出，该桥悬臂施工至最大长度时，墩顶截面的可靠性指标比较大，说明失效概率比较小，说明该结构在施工过程中是比较安全的。恒载的变异系数对结构的可靠性影响比较大，因此，在施工中应严格控制结构构件的尺寸，控制好混凝土构件的生产质量。

3.3在负弯矩失效模式下计算构件可靠度

抗力的表达式中包括材料性能参数和几何参数，根据资料，几何参数的不定性较小，因而其变异性对可靠指标影响很小。因此在这里忽略几何参数的影响，考虑材料性能参数混凝土轴压强度不定性变量、钢筋强度不定性变量和计算模式不定性变量，负弯矩失效模式下构件实际抗力可表示为：

功能函数中不定性变量，，的统计参数根据交通部“公路桥梁可靠度研究”课题组的数据见下表：

表2不定性变量，，的统计参数

本文根据一次二阶矩法计算得到施工至8号梁段时，即悬臂施工至最长时负弯矩失效模式下各梁段的可靠性指标见下表。

表3 负弯矩失效模式下各梁段的可靠指标

从上述分析结果中可以看出，在负弯矩失效模式下各梁段的可靠指标均比较大，说明失效概率比较小，该结构在施工过程中是安全的。

4 结论

第9篇

Abstract： This paper mainly analyzes the typical fuel system fault and evaluates the reliability of the fault components for the aircraft in operational process， takes a comprehensive analysis of the possibility of failure in troubleshooting process， finally finds the problem， and analyzes the reliability data， so as to be used in the fuel system work.

关键词： 燃油；故障；可靠性

Key words： fuel oil；fault；reliability

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）28-0060-02

1 故障概述

B-2649为国航重庆维修基地737-800型飞机，该机机组曾多次反映飞机空中左右油箱燃油量不平衡，每小时相差200公斤，1号油箱低于2号油箱油量，故调机回基地排故。

2 检查与排故过程

2.1 初步判断：根据波音系统原理手册对燃油系统进行分析，飞机燃油量处理器（FQPU）有三个信号调节器电路卡（SCCC）和一个BITE显示卡（BDC）。其中三个信号调节电路卡用于给每个油箱组件和补偿器提供低Z信号，并获取高Z的返回信号，并且由BITE显示卡（BDC）来记录故障数据（图1），排故人员怀疑该燃油处理计算故障，对其进行与其他飞机串件故障依旧。

2.2 故障原因及排故过程：按照故障隔离手册继续对该故障进行排除，为了确信燃油箱指示系统正常，工作者将1、2号油箱中的燃油调入中央油箱，并刚出1、2号油箱中的剩余燃油，检查确信1、2号油箱油量指示为零，后对燃油量的指示系统进行测试，检查正常。为了确保油箱组件线路正常，工作者又对油箱组件进行详细目视检查，确保组件安装牢固、外观无异常、导线无松动、导线无损伤，并且按线路手册量线检查油箱组件和补偿器均在正常范围内。

为证实交输活门及燃油泵是否有缺陷，确信2号油箱未处于满油量的状态，并且记录时间和燃油量，此时将1号燃油泵打开，将交输活门关闭，打开抽油活门，并且确信在驾驶舱指示交输活门在关闭位置（图2），运行30分钟后，工作者发现1号油箱油量有明显减少，此时检查发现可能是燃油交输活门渗漏导致的油箱内的燃油流动。按照飞机维护手册更换了交输活门后测试检查该机工作正常。

3 部件可靠性分析

系统可靠性表示系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。从整体上看系统能否完成预期的功能，有多个衡量指标。一般对于可修系统、机器设备常用可靠度、平均故障间隔时间（MTBF）、平均修复时间（MTTR）、可用度、有效寿命、和经济性等指标表示。对于不可修系统或产品常用可靠度、可靠寿命、故障率、平均寿命（MTTF）等指标表示。

通过对交输活门的分析可见有四个部件组成均为不可修产品，所以可用系统可靠度R表示其可靠性，其中R可靠度实质上是时间的函数R（t），即表示该产品的寿命大于时间t的概率。表中数据总共有20组样本，被一组样本由组成整个系统的4个部件的数据构成。数据的来源全部为生产过程中的试验，其中试验设定的t为两万飞行小时，即标准所哟数据体现出的是个部件的工作寿命超过两万小时的概率。而又因为整个系统是串联模型，所以根据可靠性理论，整个系统的可靠度等于组成该系统的各部件可靠度的乘积（图3）。

4 讨论与总结

在实践维护过程中，工作者应该根据飞机基本的燃油系统原理进行对飞机可能出现的故障进行分析，从基本的原理分析，判断，进行梳理，从根本源头上找到问题，在对一些机械航材进行详细目视检查，做到具体问题具体分析。从可靠性方面对一些部件进行分析，做可靠性分析，对今后的排故工作具有很大的意义。

参考文献：

[1]波音公司.波音公司B737NG AMM维护手册.

第10篇

【关键词】神经网络；可靠度计算；悬索桥

引言

悬索桥作为一种缆索承重的结构，20世纪后期，桥梁工程取得了很大的技术进步，人们也开展了许多基于确定性结构参数的静力问题的研究。然而，在实际中，结构参数中存在着大量不确定性，悬索桥结构的受力状态及可靠性会受这些参数的影响，这些问题的解决需要借助基于可靠度的分析方法。蒙特卡罗法能够应用于大型复杂结构系统，但是计算量非常大，消耗大量的有限元分析时间。

近年来，神经网络技术由于具有良好的学习能力和推理能力，适合处理对大量数据进行分析、建立复杂的非线性映射等问题，已逐渐运用于各领域。本文引用前人的研究成果，将BP神经网络技术运用到悬索桥结构可靠度分析中，作为结构可靠性分析的一种参考方法。

1 BP神经网络

单层BP神经网络如图 1所示，图中为输入信号，表征各个信息对神经元刺激的强弱，或称之为权值，为神经元的阈值，是神经元的输出信号，其表达式为：

（1）

式中，为激活函数，表示神经元的输入-输出关系。

常用的传递函数，有线性函数、对数S型函数、双曲正切S型函数。

线性函数的表达式为

（2）

对数S型函数的表达式为

（3）

双曲正切S型函数的表达式为

（4）

在一般情况下，在隐含层均采用S型传递函数，而输出层可采用线性传递函数或者S型传递函数。

根据多层神经网络映射存在定理，理论上证明一个任意的连续函数都能与一个3层神经网络建立映射关系。因此一般选3层网络。在确定网络结构参数后，使用一定数量的表示结构性能的基本变量如结构尺寸、材料性质、温度、力等作为输入变量，而将所关心的结构上的作用效应如应力、 变形等作为输出变量组成训练样本训练，确定神经元间的权值与阈值。由于样本矢量各基本变量的物理单位不同，数值差距甚远，因此，训练样本一般先进行归一化处理。在训练过程中，通过对网络权值和阈值进行调节，使网络的输出目标尽量的接近期望目标，准确地模拟结构的响应。

2 可靠度分析

基于BP神经网络的一次二阶矩法是以结构可靠度理论为基础，将均匀设计方法、结构有限元分析、人工神经网络以及一次二阶矩法等理论与方法有效地结合起来，解决求解功能函数为隐式、高次非线性的大跨度桥梁结构可靠度问题。具体的实施过程如下：

（1） 确定桥梁结构基本变量的个数，并统计其特征，选择适当的均匀设计表得出样本点；

（2） 建立有限元模型，计算归一化处理后样本点处的结构响应值，以此为目标矢量和样本点共同组成训练样本；

（3） 建立BP神经网络模型，确定所采用网络的结构形式，利用训练样本训练网络；

（4） 利用一次二阶矩方法完成桥梁结构的可靠度计算。

3 工程实例

珠江黄埔大桥南汊桥是位于广州市的东郊。主桥为290m+1108m+350m的单跨双索面钢箱梁地锚式悬索桥，采用预制平行钢丝索股，主梁为带风嘴的闭口钢箱梁，梁高3.5m，全宽41.69m。图1为该桥的总体布置图。

图1珠江黄埔大桥南汊悬索桥总体布置图

采用有限元分析软件MIDAS建立考虑几何非线性的有限元模型，在正常使用极限状态下，主梁在汽车荷载（不计冲击力）作用下的最大竖向挠度为 （为中跨跨径），建立极限状态方程：

（5）

式中：为基本变量，包括结构上各种作用、材料性能、几何参数等。

本文考虑的基本变量分别为主梁、吊索、主缆弹的性模量，截面面积，主梁截面惯性矩以及活荷载，其统计参数见表1。

表 1珠江黄埔大桥南汊桥结构随机输入变量的统计特征

随机变量

变量符合

分布类型

均值

方差

主梁弹性模量（Pa）

E1

正态

2.06E+11

2.06E+10

吊索弹性模量（Pa）

E2

正态

1.10E+11

1.10E+10

主缆弹性模量（Pa）

E3

正态

2.00E+11

2.00E+10

主梁截面面积（m^2）

A1

对数正态

1.54696

0.077348

吊索截面面积（m^2）

A2

对数正态

0.00596

0.000298

主缆截面面积（m^2）

A3

对数正态

0.39648

0.019824

主梁截面惯性矩（m^4）

I

对数正态

3.21482

0.160741

活荷载（N/m）

F

正态

39060

5077.8

选取8-8-1的BP神经网络结构，隐含层传递函数采用对数S型函数，输出层传递函数采用线性函数，选着适当的均匀设计产生的100个设计样本，建立起输入与输出的关系（即极限状态函数）。

为了验证神经网络拟合的准确性，按各参数的随机特征，随机产生30个检验样本点，利用有限元分析可以得到检验样本的真实极限状态函数值，并将检验样本点代入神经网络计算，可以比较其值，测试拟合的准确性，如图2所示。

然后利用一次二阶矩方法，计算得到的结构可靠指标为4.9731，通过有限元-BP神经网络-遗传算法计算得到的可靠指标5.021，结果比较接近，说明此方法可以提供作为参考。

图2检验样本下拟合函数计算值与真实功能函数值的比较

结 论：

大型复杂结构的功能函数一般不能显式明确表达，此时采用神经网络技术是进行可靠度分析比较方便的选择。本程序可以直接将可靠度分析与有限元分析结合起来，文中的工程实例分析验证了神经网络技术在可靠度分析中的有效性，能为工程应用提供依据。

参考文献：

[1]张明. 结构可靠度分析：方法与程序[ M].北京： 科学出版社， 2009.

第11篇

研究并讨论了荷载、荷载效应及抗力的特点并进行必要的安全分析。

论文关键词：施工期 荷载效应 安全分析

现今的建筑业在钢筋混凝土结构施工过程中，建筑单位不仅要保证整个工程结构的安全性，更要努力抓紧工程进度从而缩短工程的施工周期。为了达到上述两个方面的效果，在施工期必须有一个合理、安全的结构设计。但就目前我国的钢筋混凝土结构设计规范及施工规范来看，并没有对施工期结构的安全要求做出明确的要求，从而使得我国施工期结构安全事故发生率明显高于使用期结构安全事故发生率。对钢筋混凝土结构施工期的安全性研究，涉及结构在施工过程中的结构特征、抗力、荷载、荷载效应。

一、施工期荷载的特点

（1）随着施工过程的不断进行，施工期结构的荷载类型也不断发生着变化。如在楼板浇注时，模板与支架的重量就应该归为恒荷载的范畴；但是当浇筑完成、模板拆除时，附近单元拆下来的模板与支架堆就应该归为活荷载。

（2）在施工期由于混凝土内含有大量的水分，随着水分的蒸发以及混凝土的不断收缩变化，混凝土的重量也会随之产生变化。所以，虽然混凝土在正常使用过程中的重量变化是可以忽略的，但在施工期混凝土重量的变化是影响施工结构安全的重要因素。

（3）由于施工所在地的经济、地理、结构类型以及施工单位的现场管理水平、施工方案、环境温湿度、施工场地条件等因素的影响，从而使得在施工的不同阶段所产生的活荷载类型有很大的不同。

（4）一些处于施工期的工程活荷载有着显著的动力荷载特征，荷载效应大大增加，按照相关规定的要求对于此类的活荷载应该乘以1.1～1.3的动力系数；某些建筑材料堆积在建筑中的局部面积上，这些材料堆就会以集中荷载的形式出现。

二、施工期抗力的特点

1、施工期与正常使用期抗力的异同

2、不同阶段抗力的变化存在着较大的差异

在施工期内钢筋混凝土结构的抗力会随着时间的不断增加而逐渐增长，这一增长值在前期会较大。当达到28 d龄期后，增长值会逐渐变小，而抗力也会逐渐接近设计时所要求的范围。而在使用期前期结构的抗力变化较小，但随着时间的推移，混凝土碳化、钢筋腐蚀的影响从而使得整个结构的抗力逐渐下降。 转贴于 中国论文下载

3、抗力分析的时间有着很大的差异

根据相关建筑结构可靠度设计统一标准的规定，一般建筑的设计基准期为50 a，但结构施工期只有2～3 a。施工期的抗力分析应该归为短暂工况抗力分析，一些外界因素的影响可忽略不计，如地震作用、强风作用等。

4、施工期抗力的影响因素

影响钢筋混凝土结构构件抗力的主要因素有混凝土时变强度、钢筋与混凝土间黏结、早期抗力计算方法、构件几何尺寸、纵筋配筋率、钢筋类别等。 在施工期中，混凝土的抗压强度与浇注龄期呈正比关系，而早龄期构件的抗力直接受混凝土强度的影响，早龄期构件抗力的增长速度又与拆模时间有着密切的关系。在实际工程中，混凝土强度的推算是以同条件下养护试块为依据的，因此，进行必要的试块与实体强度的对比分析，在施工期中的安全分析上是一种有效的手段。

5、施工期结构的可靠度

相比较于使用阶段和老化阶段，在施工期结构的整体风险较大。所以，进行钢筋混凝土结构施工期可靠度和安全性分析是必要的，而且这一分析应该建立在准确把握荷载及荷载效应、抗力的时变特性及可靠度指标合理计算的基础上。在我国现在对施工期结构的可靠度分析方法较少，并且对施工荷载的统计资料很不全面。在建筑施工期内，安全性和可靠度的分析是随时间的变化而不断变化的，多数情况下，采用的是离散型的时间冻结进行处理，把施工期建筑结构化为一序列时不变结构进行受力分析，研究结构工作过程中若干最不利状态，在每个状态的分析过程中均不考虑结构性能随时间的变化。在实际分析中，首先力学分析的最不利工作状态的确定，应根据建设经验、现场调查、结构特点和建造过程确定；其次确定各个最不利工作状态的荷载种类，并对其进行适当的荷载组合；最后确定在结构强度、刚度和稳定性计算校核中使用的安全系数，并考虑结构所处的工作状态及其在各个工作状态的持续时间、施工超载发生的概率等因素的影响。

施工期结构构件的可靠度应根据实际施工过程中结构的外形、施工进程、材料性能的变化来进行计算。定义结构施工期各施工进程的经时结构功能函数为：Z（t）=R（t）-SG（t）-SL（t）

第12篇

【关键词】建筑结构，设计安全度，表示法，耐久性

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

为了确保我们每天所生活的建筑物的稳定和安全，就需要确保建筑物的主要承重结构构件具有可靠的坚固性以及耐久性，实现安全正常的支撑作用。承重结构构件主要包括垂直构件和水平构件两类，其中垂直构件包括桩、柱、墙等等，水平构件包括如梁、桁架、网架等等。建筑结构设计专业技术人员在进行结构设计时，需要明确具体建筑物的基本功能需求，比选多种结构方案，从中优选最经济合理的方案，然后针对各个结构构件与结构体系，采用结构设计规范规定的安全系数，进行结构分析以及内力计算，准确分析计算各构件之间的连接方式和构造措施。

二、建筑结构设计安全度的定义

衡量建筑物结构是否安全是否可靠，我们需要看其三条性能，安全性、适用性以及耐久性，而这也是建筑结构设计的最终目标。而在建筑结构设计中，用来度量结构这三条性能的指标就叫做安全度。三条性能的具体阐述如下：

第一条，是建筑结构的安全性。最终建成的建筑物，在正常的使用条件下应当完全能够承受可能出现的各种外荷载作用，具体包括其自重、各种机械设施设备、各类家具、各种人流以及自然风雪和气温变化等等，同时，在某些特殊情况下，比如地震、火灾、飓风等等，也仍然能在一定程度的作用下，保持建筑物的整体稳定性，不至于轻易倒塌。

第二条，是建筑结构的适用性。最终建成的建筑物，在正常的使用情况下，应当拥有比较良好的工作性能，可以正常地发挥建筑物内部各组织的使用功能。

第三条，是建筑结构的耐久性。最终建成的建筑物，在正常的使用和维护条件下，应当实现足够长的安全使用寿命，也就是设计使用年限。

三、安全度表示法

建筑结构设计方法不同，相应地，其安全度表示法就有所差异。自上世纪5O年代，我国的建筑结构设计方法历经四个阶段，分别是容许应力设计方法、破坏阶段设计方法、极限状态设计方法以及概率极限状态设计方法。

在结构设计规范中，安全系数表示容许应力法的安全度，分项系数表示破坏阶段法的安全度，可靠指标表示概率极限状态法的安全度。建筑结构安全度即可靠度，与众多因素有关，都需要进行准确分析和计算，包括建筑结构的构造规定，构件荷载标准和材料强度的标准值、结构内力分析的精确度以及构件承载力的计算公式等等，这些数据根据结构设计方法的不同而有所不同。不同的安全度表示方法，有其不同的数据标准。设计时应当根据具体的建筑物选择恰当的设计方法和相对应的合适的安全度表示方法。

建筑结构可靠度理论也叫安全度理论，可有效地对建筑结构安全性进行分析计算。对此，我国已经实施了相关的建筑结构设计统一标准，进行建筑结构设计时，应当严格按照可靠度理论进行相关设计工作。可靠度理论中，是使用失效概率，以进行对结构可靠性的度量，可以将建筑结构自身的抗力和外荷载的各种作用效应互相独立。在此理论中，把随机过程转化成了随机变量，并且将经验数据当作校准点。我国现行的建筑结构设计规范中，这一理论被成功应用其中。不过技术在不断发展，这一理论仍然有待完善之处。在进行具体的建筑结构设计时，设计人员应当切实结合工程项目的实际情况，灵活地应用理论。

四、恰当地确定结构设计安全度

在进行建筑结构设计时，结构设计安全度的确定，也是一项很重要的任务。建筑结构设计安全度的高低，应根据建筑所在地的经济和地理环境所决定。一般来说，安全度的高低，可视为此区域经济、技术等各方面的综合反映，具体包括地区经济和资源状况，以及建筑施工各项技术的水平高低和建筑材料的质量优劣。进行实际确定时，应当根据概率论和统计学理论作为理论基础，参照本区域建筑的成功的经验数据，经过多因素分析和综合的考虑。但现实情况是，结构设计中太多依赖于结构工程师的实践经验，往往从结构选型、施工技术水平和建材的质量优劣等方面着手分析，一般都很少考虑工程项目所在地的经济发展水平以及资源状况，这样很容易造成安全系数确定得偏高或是建筑物造价设计得偏高，最终导致一些经济欠发达地区在财力上很难承受该工程的建设。

我国现阶段，整体上施工技术水平不高，建料质量参差不齐，各地区经济发展不平衡，现行的混凝土结构设计规范中，结构安全度刚刚能适应实际工程的需要，但与国际上通行的工程结构质量标准相比，仍有增长的空间。毕竟，国家经济实力在不断增强，施工技术也在不断提高，新材料新工艺得到了极大的推广应用，而且大跨度大空间结构是越来越多，因此，现行的结构设计安全度应当适当提高。我国混凝土结构设计规范中，与国外相关规范比，结构计算时所采用的荷载标准值和构件之间的构造要求，都低一些。

五、结构构件的耐久性问题

建筑物在其工作年限内必须实现足够的强度，足以经受各种外来荷载的作用，充分发挥其使用功能，即使再恶劣环境因素的强力作用下，也仍然能够继续保持建筑物的强度和整体性。在进行建筑物结构设计时，除了需要合理准确地确定建筑结构设计安全度，还应当重视结构的耐久性，主要是混凝土结构构件的耐久性。我国，现行的相关规范中，对混凝土结构设计和施工规范有明确规定，注重于结构构件在各种荷载作用下的强度要求，但是对于建筑物在恶劣环境因素作用下的结构耐久性，却没有给予足够的关注和重视。

调研报告和数据表明，诸多因素将影响混凝土结构构件的耐久性，可以将这些因素分为内部因素和外部因素两类。

一是，内部因素，主要包括氯离子含量、混凝土的水胶比即水灰比、混凝土的强度等级、水泥用量、骨料中的碱含量和外加剂用量以及混凝土保护层厚度等；外部因素就是混凝土结构构件所处的外部环境，包括地上环境和地下环境、水上环境和水下环境，包括温差、冻融和湿度、某些化学成分的含量、各种腐蚀性化学介质以及含酸碱地下水等等。而这其中，对混凝土结构耐久性的影响最为严重的，则是混凝土碳化、碱骨料反应以及钢筋锈蚀。外部恶劣环境可谓是对混凝土碳化和钢筋锈蚀起直接影响作用的主要因素，需要我们给予足够的关注和重视。

对于建筑工程和港口、桥梁等基础设施工程，其使用寿命和结构耐久性都十分重要。在对港口、桥梁、水利和建筑工程等混凝土结构工程，进行耐久性设计时，应当严格按照国家相关的规范规定，切实满足各项系数要求，确保此类工程在工作年限内的安全使用。

六、结语

建筑结构设计专业技术人员，在进行结构设计的时候，必须根据建筑物的基本功能要求，结合具体实际情况，在多种方案中，进行比选分析，择优选择出最经济、最合理的结构设计方案，然后要针对每个结构构件以及结构体系，进行合理的结构分析和准确的内力计算，最后还需要各构件之间的连接方式和构造措施进行正确分析和精准计算。在设计时，切记采用结构设计规范中所规定的各项安全系数，以切实保证建筑物结构构件和整体建筑能够安全使用。

参考文献：

[1]范涛 试论结构设计安全度 [期刊论文] 《科技信息》 2012

[2]王伟 建筑结构安全度设计思考的探究 [期刊论文] 《价值工程》 2010

[3]熊志军 浅议建筑结构设计安全度 [期刊论文] 《科技信息》 2010

[4]周涛 混凝土结构耐久性的设计探析 [期刊论文] 《科技信息》 2009

第13篇

关键词:可靠度分析；不确定性；随机有限元；桥梁地震易损性

Abstract：The importance of reliability analysis of highway bridges in the lifetime performance is addressed in the introduction. Then, structural uncertainty and reliability methods are briefly outlined and categorized in a compact form. Some techniques of time-independent reliability methods are presented with basic formulations, among which FORM/SORM, MC method, response surface method, Neumann expansion solution are particularly highlighted. Moreover, attention is given particularly to seismic fragility of bridges. Basic principles of probabilistic seismic analysis are summerized. Finally, a practicable scheme is presented to give guidelines for future study.

Keywords：reliability analysis; uncertainty; SFEM; seismic fragility of bridge

中图分类号： U448.14文献标识码：A 文章编号：

1 引言

近年来，随着经济的快速发展，我国桥梁建设事业迅猛发展。虽然桥梁数目众多，但公路桥梁的总体技术并不乐观[1]。早期的桥梁存在结构体系上的弱点，改革开放以后修建的桥梁，则在安全性和耐久性方面存在隐患。近年来又由于经济的快速发展，交通流量出现了持续迅速的增长，超载致使桥梁损坏和疲劳破损现象频出。历年交通部的桥梁调查结果也显示，我国桥梁有相当一部分处于“带病”工作甚至在“危险”状态。因此，为确保这些耗资巨大并与国计民生密切相关的大桥安全耐久的使用，就必须对这些大桥进行系统的桥梁评估。

在对桥梁进行评估时，传统的方法常常基于外观调查或者基于专家经验，在评估时，一般请有经验的工程师对既有桥梁状况进行评价，继而给出相关意见[2]。由于在桥梁评估中，影响评估的因素众多且关系复杂，因此评估与人的工程经验有着密切的联系，这也使得评估中包含了许多不定因素。结构可靠性理论[2]采用失效概率或可靠指标β来衡量其结构的安全水平。由于以概率统计为基础，该理论可以处理荷载和抗力的不定性，并可以处理这些不确定性对桥梁结构可靠度的影响。因此，它可为桥梁评估提供一个合理的理论框架。

2 可靠度分析

目前国内外可靠度研究[3]可分为两个方面：从荷载的角度可分为静力可靠度和动力可靠度，从时变特性可分为时变可靠度和时不变可靠度。在进行桥梁结构的设计时，一般要保证一定的桥梁使用年限，在此期间桥梁不发生倒塌或者发生不可修复的破坏。以下的两种方法常用来保证桥梁结构的安全：a）规范中在结构抗力与荷载上分别使用分项系数来保证结构安全，b）使用结构的可靠度方法分析在结构设计和评估中所涉及到的随机性对结构的影响。如今可靠度的思想越来越多的应用在设计中，很多国外的规范比如Eurocode8、AASHTO，也已经规定了在设计与评估中使用可靠度分析的相应条款。在既有桥梁而言，随着桥梁服役年限的增加，桥梁结构中的缺陷逐渐扩展，设计时预留的安全边际会因桥梁构件的恶化而减少[4]。介于桥梁中结构的缺陷、服役环境、荷载工况等都具有较强的随机性，采用确定性的分析理论和方法并不全面，因此，引入可靠度理论进行分析更为合理。

在进行结构可靠度分析的时候，第一个重点就是如何设定最低的安全等级，使桥梁的功能与维修的费用之间达到一个平衡。由于既有桥梁在经过一段时间的使用后和原设计的时候有很大的差距，一些人为因素或者随机的自然灾害可能会导致桥梁结构的失效。在实际中，造成桥梁结构破坏的因素是复杂的，在这里大致可分为三类[5]：a）在设计时由于安全系数过低，导致安全边际并不能完全覆盖荷载和结构抗力的随机性，从而导致失效。b）可能出现的自然灾害和过载荷载使结构失效。c）结构在设计和施工过程中可能出现的易损部位使结构存在潜在的危险。

桥梁结构体系中存在很多的不确定性因素[5]，其中包括材料性能参数、结构几何参数和结构所承受的荷载，如车辆荷载、风荷载或地震波等。这些不确定性均影响桥梁的性能与服役年限。而结构的不确定性的认识需要大量的试验和研究资料，一些这方面的工作[6] [7]已经很好的完成，为结构可靠度方法的使用和应用打下了良好的基础。由于结构失效的模式可分为单个构件的破坏和整个结构系统破坏两类。因此，对桥梁的可靠度分析有两个水平，构件水平上的分析和结构体系水平上的分析。在结构体系水平的分析中，根据结构体系的破坏模式[2]，将结构分为串联结构体系、并联结构体系和混联体系，其中混联体系是指由串联体系和并联体系共同构成的结构体系。因此，对于一个具体的结构都有转化为串联体系或并联体系来分析。串联模型一般要分析桥梁的多个失效模式，其中任意一个失效即判定结构失效，而并联模式则用单一构件的失效路径来判定结构的失效。

另外，大部分可靠度分析都可以简化为与时间无关，而当结构的功能函数并非平稳随机过程[4]时，相应的问题即应该用时变可靠度分析。时变可靠度分析常用在荷载随着时间改变或者结构抗力随着时间持续恶化，比如结构在腐蚀，疲劳等情况下。Kamenda[8]在1974年对钢筋混凝土结构提出了时变可靠度分析的概念与理论。Nowak[9]对桥梁结构使用时变可靠度理论，研究了结构抗力退化对桥梁结构的影响。Mori和Ellingwood[10]则将时变可靠度理论应用在混凝土结构的寿命预测与维修决策上。

在结构的可靠度分析中，一般按大类分为分项系数的方法和概率方法。由于分项系数的方法较为简单，分项系数的取值并不能很好的体现结构抗力和荷载的随机性，实际中应用较多的是第二种方法。

2.1分项系数的方法

这种方法[5]的一般形式如下：

（1）

是结构的抗力，是结构上i荷载的作用，是用来考虑结构几何参数和力学性能上的随机性的。是i荷载上的分项安全系数。（1）仅用在构件水平的评估上。对于整桥水平的分析，由于单一的构件的破坏也许并不能使整个桥梁破坏，因此必须要考虑到整个桥梁的延性，那么（1）式，将变为下式

（2）

（2）式中，用来考虑桥梁体系的延性。

2.2概率的方法

这种方法[4]的检验方程如下：

（3）

是计算出来的失效概率，是目标失效概率。通常，失效的概率也用其他的方法来表达，即可靠度指标。

（4）

是失效概率的标准正态分布的反函数。另外，可用下式表示。

（5）

是极限状态函数，用下式表示

（6）

是结构的抗力，是荷载的作用。两者皆是随机变量，可用分布函数或者概率密度函数来计算。在进行可靠度分析时，直接计算（5）式是有困难的，一般采用近似方法或者数值计算的方法。由于文章篇幅所限，这里仅介绍FORM/SORM方法，MC方法，随机有限元方法等。

2.2.1 FORM/SORM方法

FORM方法由Rackwits[11]、Hasofer和Lind[12]等人先后提出，由于该法被国际安全度联合委员会（JCSS）所推荐，所以也被称为JC法。

在FORM方法中，失效函数在验算点的线性展开[12]为

（7）

式中，是验算点的梯度向量，即

（8）

是正态分布向量，那么也就是高斯分布。在验算点，均值和方差可由下式计算

（9）

（10）

上式中，上标T表示转置，是正态随机变量的均值向量，是正态随机变量的协方差，并且是一个对角矩阵。随后，可由下式可靠度指标

（11）

并可由（4）式计算失效概率。

在FORM方法中，均值法是最常用的方法，在这种方法中，验算点取在均值处，比如。此外，验算点的取值也可由其他方法（文献）通过迭代方式获得。

由于在很多情况下，失效函数并不能完全的用线性函数来近似，那么这个时候FORM方法并不能很好的来计算失效概率，这个时候可以使用对于失效函数更好的近似的SORM方法[13]。相对于FORM方法，SORM方法更加耗时和复杂。在这种方法里，失效函数是用两个独立的随机变量来表示的，一个是线性函数，另外一个是二次的。Breitung[15]基于FORM方法推导出了SORM方法失效概率的近似计算式，

（12）

式中，下标A表示渐进的近似，n是表示空间U的维数，是失效面的曲率，是Hasofer和Lind的可靠度指标[12]。Rackwitz[13]给出了这种方法的优点与缺点，并给出了一个计算的更好的计算式。

2.2.2 MC方法

在实际应用中，计算（5）式的失效概率时，无法直接用理论解的方法来求得，因此可以用Monte-Carlo方法[16]，应用这种方法的一般程序是，首先结构的基本参数由基本变量（材料属性，几何参数等）的分布给出，随后通过随机抽样来得到一定数量的随机数，接着进行确定性分析（比如有限元分析）来计算出结构响应，并通过（6）式来判断结构是否破坏，并计算出相应的失效概率。比如，共抽样次，结构失效次，那么，

（13）

从上式可以看出，越大，越收敛于。Hines和Montgomery[17]根据大数定律，给出了的方差估计，并因此而给出抽样次数的估计，

（14）

从上式可以看出，当很小时，抽样次数很大，极大地影响了计算效率，特别是在分析过程中包含着较多单元计算的有限元分析，这也是MC方法最大的缺点。基于MC这种缺点，另外的一些方法被开发出来来解决大样本的问题，拉丁超立方法, 直接抽样方法和重要抽样方法[18]等。也有一些方法[19]将马尔可夫过程与MC方法结合来提高计算效率。

2.2.3 随机有限元SFEM

现今有限元法已成为广泛应用于结构体系力学性能的分析，由于传统的确定性有限元计算方法无法考虑结构与荷载的随机性，随机有限元法,也称概率有限元法因此产生。它是随机分析理论与有限元方法相结合的产物，是在传统的有限元方法的基础上发展起来的随机的数值分析方法。 1972年， Shinozuka[20]等首先将 Monte-Carlo 法引入结构的随机有限元法分析。这是最初的随机有限元方法，也称统计有限元方法。这种方法并不是真正意义上的随机有限元法。

随机有限元法一般可分为统计逼近和非统计逼近两种类型。前者运用概率和统计理论对样本进行分析，如MC方法。后者则通过分析找出结构体系的随机信号的输入与输出之间的关系，得到输出信号的各阶随机统计量的数字特征，如各阶原点矩或中心矩等。通过对随机变量的进行不同形式的展开来近似逼近功能函数，从而形成了不同的随机有限元方法。最初出现的是一次二阶矩方法，这种方法将功能函数用Taylor级数展开，在分析过程中，只考虑基本变量的平均值和标准差，一般也称这种为 Taylor 展开随机有限元（TSFEM）。1987年，Yamazaki 和 Shinozuka[21]创造性地将Neumann级数展开式引入随机有限元分析。由于Neumann级数展开方法中，随机刚度矩阵是正定的且随机扰动量很小，从而保证了解的正则性和收敛性,得到了具有较好计算精度和效率的Neumann随机有限元方法（NSFEM）。另外，应用比较广泛的还有响应面方法，这种方法用于处理实际工程中功能函数的高度非线性或只能给出隐式的功能函数等情况。响应面方法用多项式序列来逼近功能函数，从而获得理想的可靠度解，具体的理论方法参看Bucher和Bourgund[22]。由于在随机有限元方法中，随机场的离散形式决定着整个方法的优劣，因此近年来，研究的重点集中在随机场的离散方法上，比如随机场的中心离散、随机场的局部平均和随机场的正交离散等。然而有关随机有限元方法的数学理论研究和非线性随机问题的研究工作还有待进一步深入。

2.2.4 其他方法

尽管上述方法已经涵盖了可靠度分析中的多数常用的方法,近年来也有一些新的方法出现。在这些方法中，并没有改变基本的原理。对于响应面方法，Schueremans和Van Gemert[23]用空间自协方差最佳插值法来替代回归分析来逼近功能函数，粟洪[23]利用人工神经网络分析预应力混凝土桥梁的可靠度。张建仁[25]将遗传算法与人工神经网络结合来分析斜拉桥的可靠度。

3桥梁地震易损性分析

历次大地震的震害和教训说明，桥梁是公路交通系统中最易受到地震损伤的部位，且桥梁的损伤会造成更为严重的后果。因此，有必要评估桥梁系统的地震风险[26]。且桥梁地震风险评估是可靠度分析中的重要一环。

桥梁工程地震易损性分析概括来讲，即为桥梁结构达到某一极限状态或性能水平的超越概率。通常，地震易损性分析可以用损伤概率矩阵和易损性曲线来表示，它把地震动输入强度IM与结构的损伤指标DI有机地联系在一起。

地震易损性曲线分析方法[27]的基本步骤为：首先通过建立桥梁结构有限元模型，进行结构能力分析，得到桥梁结构的能力C，再以不同的地震动强度作为输入，对桥梁结构进行动力或拟动力分析，得到桥梁结构的需求D。桥梁结构的地震易损性或损伤概率就是，其概率密度函数可用下式：

（15）

式中，是需求D的分别函数，是能力C的概率密度函数。

为了更精确地得到（15）式的解，一般需要考虑三个方面的问题：a）地震动输入强度IM的概率分布函数。b）桥梁结构的能力C的概率分布函数。c）地震动输入强度IM与结构的需求之间的关系。前两个因素，近年来有了一定的发展[28]。而相对第三个因素，根据不同的结构分析方法，可归纳起来为以下几种方法：反应谱分析法，非线性静力分析法，非线性时程分析法等[29]。反应谱分析法最简单，也最省时。非线性静力分析方法也称为能力谱分析方法，相对于非线性时程分析方法而言，能力谱分析方法既节省时间，又能比较准确地反应结构能力和需求。非线性时程分析方法被认为是对结构进行非线性分析最可信的方法。为了比较精确地反映出结构的地震易损性，目前发展起来的IDA分析方法即是非线性时程分析方法的延伸，它从点到线，甚至到面，比较全面的反映了桥梁结构在不同地震输入强度的结构损伤超越概率。许多研究者，如Cornell et al.[30]，都采用了这种结构响应的分析方法。

另外，一些相关实例也进一步发展了和完善了桥梁结构的地震风险评估方法。Khan, R.A.[31]把斜拉桥简化为二维模型，运用频域的方法对桥梁进行动力分析，采用损伤矩阵的方法对桥梁进行了地震风险评估。Mander et al.[32]采用IDA的分析方法首先对桥梁结构的地震易损性进行分析，找到对于不同PGA情况下，桥梁不同程度损伤的损伤概率，再从相应桥址所在区域和场地条件找到地震发生的概率，从来确定桥梁结构的地震风险大小，并比较了日本、美国以及新西兰等国由于规范的不同对桥梁地震风险评估的影响。Miyamoto[33]应用马尔可夫过程对基于概率计算的桥梁结构在地震作用过程中的结构性能作出了定量的分析与评价，并给出了一个桥梁结构的地震风险评估系统。

4结论

由于桥梁结构在服役期间要承受不同的随机荷载，加之结构本身存在的不确定因素，使得桥梁结构必须进行可靠度分析。对于简单的结构，FORM/SORM方法能够很好满足工程需要，而对于复杂的结构，则需要引入响应面方法和MC方法。在地震易损性分析中，常用的方法[27]是应用人工神经网络和MC方法结合来得到地震易损性曲线。

桥梁结构可靠度可分为构件可靠度和桥梁体系可靠度。Tantawi et al.[34]证明，对于公路桥梁，构件水平的可靠度对整个桥梁体系可靠度有很好的近似，构件之间的联系对整体的可靠度影响并不大。在这种思想的指导下，分析公路桥梁可靠度时，先分析桥梁模型的关键力学部件，并对其进行可靠度分析，不失为一种简单有效的方法。

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第14篇

[关键词]煤矿 通风系统 探讨

中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0052-01

通风系统可靠性的研究目的，就是及时发现系统正常运转过程中可能出现的故障和事故隐患，给矿井通风系统的设计和改造提供科学依据，为通风系统整体或单元性能评价找到更加全面而合理的指标。通风系统可靠性研究是防止和减少矿井通风系统事故发生，保障其合理、经济、高效运转的关键；也是优化通风设计、促进安全生产的一项重要任务。

可靠性基本概念

可靠性数学起源于20实际30年代，最早被引用于机器维修问题，知道第二次世界大战，可靠性问题才被重视，原因就是军事上需要可靠性理论知识来提高军事设备的性能。

矿井通风系统中主要应用到的数学模型主要是概率模型，该模型是从系统的结构和单元的寿命分布，以及修理时间分布等信息出发，来推断系统的寿命或各种可靠性指标，为系统的最优化设计以及维修方法提高数据及方法支持。

产品丧失了规定的功能，我们称为失效或故障"通常对于不可修产品，我们称之为失效，对可修产品我们称之为故障，在讨论问题时，由于概念的相似性，一般不具体区分，所以从广义上认为“故障”与“失效”含义相同。

产品的寿命与许多因素息息相关，比如产品本身的质量、产品所处的环境、以及人为规定使用时间的长短等等。所以产品的寿命可认为是一个随机变量，我们常用X表表示，分布函数规定为：

寿命分布函数意义表征了产品寿命不超过t的概率。

同理，我们定义：

R（t）=P（X>t）=1-=

上述函数表征了产品寿命大于t的概率，也就是产品在（0，t]内都保持正常工作、不失效的概率。

从上述分析我们得到可靠度的定义：

产品在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的概率。

可靠度函数R（t）与失效分布函数F（t）以及失效密度函数f（t）之间的关系如图所示

失效密度函数分布

在公式中，产品的寿命用随机变量X表示，规定的时间就是（0，t]，上式就是可靠度的数学表达式。

前苏联在矿井通风系统可靠性方面的研究比较早也比较深入，他们将矿井通风失效分为三个等级，一级失效是整个矿井通风系统失效，也即通风系统瘫痪；二级失效是指矿井通风系统的子系统失效，也可认为是区域失效；三级失效是指矿井的个别采区的通风系统失效，通过进行可靠性分析，他们得出保证可靠性的参数，维持这些参数，即可确保通风稳定，其主要评价方法可分为结构法、模拟模型法和统计评价法等

1.结构法

该方法是以巷道单位长度的相对工作系数为基础，可靠性指标值与矿井通风系统可工作系数成正比，表达式为

式中：

w――风网中的巷道数目；

n――风网中的节点数目；

Li――巷道i的长度；

l――单位巷道的长度；

―― 巷道i单位长度的绝对可工作系数；

―― 基准巷道单位长度的绝对可工作系数；

=―― 巷道i单位长度的相对可工作系数；

―― 巷道i内通风设施s的绝对工作系数；

―― 巷道i内通风设施s的相对工作系数；

S―― 巷道i内的通风设施的数目；

对通风系统进行可靠性指标的计算，然后进行比较，即可遴选出最优方案，这种方法虽然比较简单，缺点也比较明显，就是需要的参数比较多，必须具备风网的拓扑结构、巷道长度、构筑物数目等等。

2.模拟法

该方法以网络解算为基础，通过矿井通风的参数密度来模拟矿井通风过程中的各种状态，将通风过程的时间进行离散化，求解各种可靠性指标，比如各个单元的平均故障间隔时间！平均维修时间"在模拟过程中，可靠性的计算精度决定了运算的次数，且计算过程要进行风网解算和统计一记录失效情况，将模拟情况进行汇总，可得总的系统可靠性指标，该方法由于计算方便！模拟情况基本符合实际状态，所以是一种具有深度挖掘的方法"

3.统计评价法

该方法认为，矿井实际运行的风流应以风网解算的结果为基础，不能超过其固定的范围，如果风量超过其范围，就可以视为通风系统发生了故障"一般风量发生变化是由于开采过程的进行导致巷道发生变化，同时通风构筑物的的状态也在发生变化，而且这种情况取决于矿山的地质和采矿工艺条件"通过分析可以得到评价矿井通风系统的各个评价指标，根据评价指标对矿井通风系统的可靠性进行评价。

发展展望

矿井通风系统可靠性评价是一门交叉学科，涉及矿井通风、统计分析、安全评价、可靠性工程等多学科领域，包含深刻的科学问题和巨大的理论和实践创新空间。在未来的发展阶段，以下问题将是矿井通风系统可靠性评价研究的重点：

（1）矿井通风系统可靠性评价指标体系的动态性。

（2）矿井通风系统可靠性评价方法的科学性。

（3）矿井通风系统可靠性评价的决策支持系统与矿井其他系统的耦合。

矿井通风系统可靠性理论研究，主要是针对该领域中存在的一些问题而提出的，其目的

是为了提高矿井通风系统可靠性水平，降低通风系统的建设和维护成本，防止和减少

灾害事故发生，保障矿井高产高效的实现"因此，对矿井通风系统可靠性的研究有着

十分重要的意义"

参考文献

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第15篇

关键词：边坡，稳定分析，有限元法

前言

边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。全球性三大地质灾害之一，严重危机到国家财产和人们的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题，边坡稳定性直接决定着工程建设的可行性，影响着工程的建设投资和安全运行。滑坡稳定性分析方法的研究就显得尤为重要。

1研究背景

自1916年彼得森提出条分法概念以来，经费伦纽斯、泰勒等人的不断改进，基于极限平衡原理的边坡稳定分析方法得到了广泛的发展和应用，对边坡的安全稳定分析作出了巨大的贡献，其中具有代表性的有毕肖普(Bishop)、斯宾赛(Spencer)、摩根斯坦一普赖斯法(Morgenstem．Printer)三种条分方法，不同的条分方法在于采用的不同假定。1975年，英国科学家Zienkiewicz在边坡稳定分析中引入有限元法，但由于当时力学概念不十分明确，而且受到计算程序及计算精度的影响，该法很难在实践中推广应用。进入20世纪70年代后期，随着计算机和有限元分析方法的发展，应用严格的应力应变分析方法分析边坡稳定性问题己成为可能。边坡稳定的有限元分析由于不必对每部分内力和滑裂面形状作出假定，使得分析研究成果的理论基础更为严密，因而边坡稳定分析的有限元法也逐渐受到重视。

2.边坡稳定性分析方法

根据前述介绍可知，当前边坡稳定性分析方法主要有两大类：一类是建立在刚体极限平衡理论上的极限平衡法，另一类是以有限元法为代表的数值计算方法，另外还有可靠度法。

极限平衡条分法

极限平衡法采用条分法进行边坡的稳定分计算，首先假定若干剪切破坏面，然后将破坏面上的土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上的力和力矩进行平衡分析，求出在极限平衡状态下的土体安全系数，并通过一系列方法确定最危险滑裂面位置和最小安全系数。极限平衡方法视边坡岩土体为刚体，不考虑岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响，同时在进行刚体极限平衡分析时，还必须进行许多简化和假定，由此会给分析结果带来一定的误差。但因这类方法能给出物理意义明确的边坡稳定安全系数以及可能的破坏面，因此这类方法成为边坡稳定性分析中应用最广泛的方法，尤其受到工程界的欢迎。

目前常用的极限平衡条分法有：瑞典法、简化Bishop法、Janbu法、Sarma法、Spencer法、Morgenstern-Price法等。

瑞典法(瑞典圆弧法)由Fellenius(1927)提出，又称Fellenius法。该法假定滑裂面为圆弧形。在计算安全系数时，简单地将条块重量向滑面法线方向分解来求得法向力。由于滑裂面为圆弧形，因此法向力通过圆心，对圆心取矩时不出现，使计算工作大为简化。

简化Bishop法(1955)对传统的瑞典法法作了重要改进，这一方法仍保留了滑裂面形状为圆弧形和通过力矩平衡条件来求解的特点，但是在确定土条底部法向力时，考虑了条间作用力在法线方向的贡献。对于任意形状的滑裂面，瑞典法和Bishop法不再适用。此时，一些学者试图通过力的平衡而不是力矩平衡来确定安全系数。Janbu(1954)假定条间力为水平力，由此求得安全系数。但因没有满足力矩平衡要求，因此也是简化法。

随着计算机的出现和普及，在生产实践中采用更为严格的方法已经具备条件，因此一些研究者致力于建立同时满足力的平衡和力矩平衡，对滑裂面形状不作假定的严格分析法。这些方法主要有三类：一是假定条间力大小的分布函数(Sarma)；二是假定条间力的作用(Morgenstem-Price1；Spencer)；三是假定条间力的作用点位置(Janbu。在此基础上，一些学者对上述方法作了进一步改进(Chen-Morgenstern；郑颖人等) 。

Duncan、陈祖煜对各种传统边坡稳定性分析方法的计算精度和适用范围作了分析评述，指出瑞典法安全系数最小，简化Bishop法的安全系数平均高出瑞典法6%～7%，Spencer法平均高出简化Bishop法2%～3%；满足全部平衡条件的严格方法是精确的(除非遇到数值分析问题)：对于圆弧滑裂面情况，简化Bishop法与Morgenstern-Price法的结果十分接近，也即简化Bishop法有较高的计算精度，又因其计算简便，因而使用十分广泛。

2.2数值计算方法

以有限元为代表的数值计算方法，在边坡稳定性分析中发挥着十分重要的作用。这类方法不但能考虑边坡岩土体本身的变形对边破稳定性的影响，而且能给出边坡岩土体中应力应变分析，分析边坡破坏的发生发展过程等。有限元土体稳定分析的一个工作重点是将有限元计算成果与传统的极限平衡法结果相联系。数值计算方法实际上是借助计算机的计算功能和商用数值分析软件,将岩土工程结构体作为整体加以模拟仿真,通过试验取得最佳设计方案。根据所选关键参数的不同，数值模拟法通常可以分为以下3种:连续介质分析法、非连续介质分析法和混合分析法。列表一对三种分析方法进行比较分析如下

连续介质分析法中有限单元法和有限差分法是目前应用最为广泛的，发展相对来说比较成熟，是在滑裂面分析基础上的，根据已知的应力场搜索临界画面和确定最小安全系数。常用的两种方法为CRISS法和动态规划法。然而由于安全系数的大小和所采用的屈服准则有关，许多大型有限元程序只给出了广义米塞斯屈服准则，难以应对岩土材料的复杂特性，是得在岩土工程领域的应用大打折扣。鉴于此Duncan(1996)提出了“强度折减有限元法“，即将边坡安全系数定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时，对岩土体剪切强度进行折减的程度，这种方法特别适合用有限元法来实现。Itasca咨询集团开发的二维有限差分法程序FLAC(FastLagrangian Analysis of Code),内嵌多个本构模型供使用者灵活选择，用来描述岩土体，考虑时效特性，进行水-力耦合动力作用的仿真模拟，受到岩土工程界的极大欢迎。在二维连续介质分析程序的基础上发展起来的三维连续介质分析程序(如FLAC3D和VISAGE)则能很好的解决这类问题,逐渐盛行于岩土工程界。尽管二维和三维连续介质分析程序很适合分析岩土边坡的破坏机理,然而必须由工程师确认计算结果是否表征了岩、土体的破坏机理。对于那些由多个节理单元构成并且由它们控制破坏机理的岩质边坡,用非连续介质分析法也许更合适。

非连续介质分析法中应用较多的是离散单元法，Itasca咨询集团开发的通用二维离散单元法程序UDEC特别适合研究涉及裂隙介质的问题,已广泛应用于山石崩塌和露采边坡等工程领域。另外,一些导致块体滑动和变形的外部因素(如地下开采、地震和地下水压力)的影响也能通过它进行模拟。同样由Itasca咨询集团开发的三维离散单元程序3DEC(3 Dimensional Element Code),是迄今为止岩土力学领域功能最全也最为强大的三维非连续介质分析程序,在采矿、地下核废料处理、冰川力学等诸多方面已有了许多成功应用的例子。由石根华与Good-man提出的块体系统不连续变形分析法DDA (Dis-continuous Deformation Analysis),是基于岩体介质非连续性,利用最小位能原理发展起来的一种崭新的数值分析方法,可模拟出岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全过程,在不连续岩体的滑动与崩落研究当中有其独到之处。最新进展则来自于采用离散程序和粒子流技术程序PFC2D/3D的问世。该程序将岩体视作由一系列通过摩擦滑移接触相互作用的球形粒子组成的集合体。这种方法最大的优点在于它能以一种比较合理的方式模拟边坡岩体因粒子簇间的联结被内部高强应力打破而失稳破坏的过程。

混合分析法在边坡稳定性分析中的应用日益增多。该方法集极限平衡分析法、地下水流有限单元法和应力分析于一体,目前采用该方法具有代表性的程序为GEO-SLOPE系列软件。混合分析法最新的进展体现在粒子流技术与有限差分法藕合,为商用软件FLAC3D和PFC3D。已经在高边坡的破坏和高地下水压力对脆弱岩质边坡影响的研究中显示出巨大的潜力。石根华1995年提出的数值流形法NMM(Numerical Manifold Method),作为DDA与有限元的统一形式,以流形分析中的有限覆盖技术为基础,有效地解决了有限单元法、DDA和其它数值方法耦合的计算问题,有着很强的通用性。

2.3可靠度法

可靠度方法与传统的边坡稳定分析方法不同之处在于：传统的边坡稳定分析方法通常采用安全系数来考虑不确定性因素的影响，评价边坡工程稳定性；而可靠度方法依托不确定性的概念，构造随机模型，采用可靠度指标和破坏概率来评价边坡的安全度。可靠度方法中，蒙特卡洛法、一次二阶矩法、统计矩法和随机有限元法应用最为广泛。

3主要计算方法比较

与传统的极限平衡法相比，土体稳定分析的有限元法的优点主要有：(l)不需事先假定滑裂面的形状和位置；(2)由于引入了变形协调的本构关系，因此不必引入假定条件，保持了严密的理论体系；(3)可以了解应力变形的全部信息。极限平衡法解所对应的工作状态是虚拟的，求出的土条间内力和滑面底部反力当然不代表土体在产生滑移变形时真实存在的力，根据这些无法分析稳定破坏的发生和发展过程，更无法考虑变形对土体稳定的影响。而实践经验表明，稳定和变形存在着相当密切的关系，一个土坡在发生整体稳定破坏之前，往往伴随着相当大的垂直沉降侧向变形。在一些地应力非常大的地区，必须考虑地应力的影响，而极限平衡方法不能考虑地应力的影响以及外部载荷加入后对应力的重新分布的影响，这是极限平衡法的致命弱点。

从工程应用角度来看，传统的极限平衡法是评价土体稳定的首选方法，随着非线性有限元技术的不断完善和计算机的日益普及，有限元法在评价土体稳定性方面展现了巨大的生命力，但由于其对工程人员素质提出了更高的要求，又限制了其在工程界的迅速推广。

有限单元法可以考虑更为复杂的情况，但正是如此，其计算结果对计算模型、材料参数、求解方法很敏感。而极限平衡法已经积累了丰富的经验，使用的参数少，力学模型简单，可以快速得出结果，计算结果相对稳定，在工程计算中至今仍在广泛使用。如何把两者有机结合起来，取长补短，是值得研究的课题。

文献介绍了将边坡有限元分析结果与极限平衡法相结合进行边坡稳定性安全系数分析的方法，并通过实例计算，将分析结果与各种极限平衡方法计算结果进行了比较。结果表明采用有限元法结合极限平衡法来分析边坡边坡稳定性是可行的，既考虑了边坡岩土体变形对稳定性的影响，又能用工程界熟知的单一安全系数来评价边坡的稳定性；另一方面说明极限平衡法在分析简单边坡时是适用的，且结果均偏于安全。

其他前沿研究方法

由于边坡工程是一个复杂的开放系统，影响因素较多，并且带有相当的随机性、模糊性和不确定性，沿用传统的力学方法进行计算分析，存在许多问题和不足，有时甚至是无能为力。近年来，边坡稳定分析理论研究在吸收了现代科学理论中的耗散理论、协同学理论、混沌理论、随机理论、模糊理论、灰色系统理论、突变理论等理论的基础上，创立和发展了一批非确定性分析方法。主要研究方法有：边坡稳定可靠性分析方法、随机过程方法、模糊数学方法、灰色系统预测滑坡失稳分析方法、人工智能和人工神经网络方法。这些新兴学科的发展，为边坡的稳定性研究开辟了新的发展空间，值得关注。

5 小结

当前的边坡稳定性分析中，极限平衡分析法仍是主要的边坡稳定性分析方法；数值模拟方法发展迅速，大有取代极限平衡法之势；可靠度方法，作为一种非确定性方法，只是上述两种方法的一种补充和参考。而依托并行处理器快速发展起来的并行计算技术，使得有可能在未来10年里借助自适应网格重剖分三维藕合程序从微观层面上了解边坡岩、土体的破坏机理,模拟边坡破坏从开始到结束的全过程成为岩土工程界的一大热点。但是由于地质体的复杂性、灰色性以及边坡环境系统演化的概率特点,完全得到其确定逼真解、最优解是不可能的,理想的结果是求取确定模型与概率模型的满意解。因此,各种新技术、新方法、新理论的引入及其与上述方法的藕合是边坡稳定性研究发展的主趋势。

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