水工结构可靠度设计方法

孙志丹

【摘要】随着水工工程的不断增多，水工结构也越来越复杂，传统的结构设计已经不能满足如今水利工程的要求，本文针对水工结构可靠度的设计方法，对结构的稳定性进行计算，通过数值进行分析，再结合一些实际工程案例，对水工结构可靠度设计的方法提出一些建议。

【关键词】水工结构；可靠度；设计方法

传统的结构设计常常采用比较单一的安全系数法，这一方法操作简单、结果明了，在以往的水利工程中积累了很多经验，被设计人员广为熟知，应用十分广泛。但此方法在理论上存在着许多不足，以固定的模式来对不稳定的情况进行处理，没有考虑到设计工作的随机性。很多情况下无法对水工结构的真实情况进行判断，使水工结构的可靠度大大降低。

1、水工结构可靠度概念

在水利工程中坝体的可靠程度受到很多因素的影响，绝对的可靠是不存在的，只能尽量将失效率降到最低。国家先后颁布了多个相关规定文件，将陈旧的设计规范进行替换，在提高水工结构稳定性方面起到了一定作用。但在实际应用过程中，一些施工地点环境极为复杂，水利工程对当地发展起着至关重要的作用，目前采用的设计方法对比性仍然存在着很多不足，需要对水工结构的可靠性进行进一步探究。

2、水工结构可靠度设计具体方法

2.1理论分析

其具体应用办法为极限状态设计法，它是安全系数设计法的一种延伸，但此种方法仍然具有很大的局限性，水利工程坝体的承受能力是一种随机参数，通常极限状态设计法需要依靠极限方程来进行计算。根据可靠度设计理论可分为三种情况：一、采用一半计算一半经验的方法进行判断，建筑使用的材料对结构的可靠性也有着很大影响，需要将工作人员的实践经验与参数相结合，对结构可靠度进行评价。二、使用概率计算方法进行判断，将各种随机变化的参数进行概率分布，对可靠性进行估算，根据参数标准值与平均值进行比较，从而做出判断。三、将结构中的所有变量进行统一概率分布的全概率方法，虽然能够使复杂的问题变得简单，但操作过程十分麻烦，在水工结构的可靠度设计中很少出现。方法二得到了较多使用，其运用了变化量平均值和标准差的概率函数，在整体运算中采用了JC方法，此方法具有能够将变量正态化的优势，符合水工结构可靠性的设计规范。这一方法与其他方法相比，可靠性更高、失效率较小，对于水工结构的稳定性起到了保证。但JC方法也存在着一些弊端，其计算过程过于繁琐，需要多次带入计算，才能得到需要的数据。数据得到后不能直观的表现结构的可靠度，还需要通过一些解析方式。可见，要将JC方式与显示信息技术充分结合，使操作过程更加便捷。

2.2极限状态表达方式分析

在水工结构可靠度的设计中，极限状态表达方式应用的最多，在此方法的使用过程中，各分项系数的概念一定要明确，根据准确的作用系数与材料系数判断出这一方法中存在不确定性的分项。作用与材料两项分项技术的参考值可能会出现过高或者过低的情况，一般不会对结构可靠度造成影响。极限状态表达方式中的分项系数，可用于材料是否变异等不确定项的判断，在具体计算过程中，将分项系数引用，确定水工结构的可靠性指标，不同水利工程具有不同结构，其可靠性指标也存在很大差异，要按照国家相关标准进行规范。

2.3结构可靠性指标的目标确立

水工结构可靠性设计中，可靠性指标是判断标准，与整个水利工程的方方面面都紧密相关。投资风险与后续使用的安全性也是衡量结构稳定性的重要标准之一。因此，结构可靠性指标要有明确的标准。这一标准要综合当前的社会经济条件、科学技术水平与施工人员素质来进行设定。目前目标设定有经济促进法、经验判断法与事故对比法三种。同时还应考虑到传统设计与创新设计的理论融合，避免出现材料使用量过大的问题。在指标确立过程中，经验判断法使用较为频繁，相比其他两种方法，操作更加简单，结合原有的设计可靠指标进行多次计算，找到原有指标中存在的问题，加以调整，使结构可靠性指标的确立更加合理。

3、水工结构可靠度设计方法在实际应用中存在的问题

3.1变化量过多

在极限状态表达方式中，存在着许多不确定的部分，这些部分给可靠度的设计造成了一定程度上的阻碍，其中承受力等因素具有随机性和模糊性，可靠度设计的计算中样本也会受未知性的影响。这些基础问题若不能及时得到解决，会对水工结构可靠性设计造成很大影响。

3.2结构安全判断太过局限

虽然可靠度理论作为判断水工结构安全性的重要指标，但实际应用中仍然具有很大局限性，一些理论上的问题没有得到根本解决，仍然受到许多随机性因素制约。随着时间的推移和人们安全意识的增加，这些约束可靠度设计的因素遭到质疑，其数据的统计，概率的计算与实际情况极有可能存在差距。从可靠度的设计规范方面来看，一些利用数学计算方法无法准确得出的数据，要依靠工作人员的实践经验进行判断，所以在结构可靠度的设计中，不但要考虑随机变量因素还要对不可替代因素的准确性进行充分考虑。

结语：

综合本文所述，水工结构的设计中，可以采用概率极限表达设计方法。随着我国社会经济的急速发展，对水利工程的可靠性提出了更高的要求，对于国计民生，水利工程也起着至关重要的作用。要对水工结构的可靠度设计方法不断探索与完善，更好的应用在水利工程的建设中。

参考文献：

[1]李树山，李红梅，解伟等.水工结构可靠度设计方法[J].河南科技：上半月，2011，（6）：76-77.

[2]王坤.水工結构可靠度设计方法[J].中国水能及电气化，2014，（11）：61-63.