結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度專題討論綜述

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討論會由中國土木工程學會學術(shù)委員會副主任劉西拉教授主持。與會專家各抒已見，其中既有共識，也有不同乃至對立的意見。以下是討論發(fā)言的簡要歸納。
1、關(guān)于可靠度設(shè)計理論
　　可靠度理論是分析結(jié)構(gòu)安全性的一種有效手段。我國已頒布統(tǒng)一標準，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范按可靠度理論設(shè)計。70年代的我國混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范分別采用不同的設(shè)計方法體系，在安全度的表達形式上互不相同，給設(shè)計或教學都造成不便，80年代用可靠度理論率先加以統(tǒng)一。但是，對規(guī)范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結(jié)構(gòu)的安全度都統(tǒng)一在同一體系中，專家們持不同意見：
　?。?）認為我國規(guī)范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結(jié)構(gòu)的可靠性，通過將抗力和作用效應(yīng)相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經(jīng)驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，這是我國規(guī)范先進性的一種表現(xiàn)。工程設(shè)計采用可靠度理論為國際標準組織（ISO）所提倡，是國際上大勢所趨；多次國際安全度會議也傾向于采納ISO提出的在設(shè)計規(guī)范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯?jīng)驗，可靠度取值用校準法確定。
　　（2）認為可靠度理論是分析和度量結(jié)構(gòu)安全性的一種先進手段，但在應(yīng)用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比如結(jié)構(gòu)可靠度分析的三個約束條件：將抗力與作用效應(yīng)分離，將隨機過程變?yōu)殡S機變量，以及將截面承載力的安全指標β作為結(jié)構(gòu)的可靠指標，隨著認識的發(fā)展都值得質(zhì)疑。用概率可靠度理論需要進行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，但不論荷載統(tǒng)計或抗力統(tǒng)計都還存在一些問題，規(guī)范安全度還需考慮將來可能出現(xiàn)的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應(yīng)考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經(jīng)濟因素等。可靠度理論強調(diào)三個正常，即正常設(shè)計。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規(guī)范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎(chǔ)規(guī)范中，地基承載力強度的設(shè)計值竟比標準值還高，抗震設(shè)計規(guī)范中不得不引入調(diào)整系數(shù)。又如地下結(jié)構(gòu)的荷載與其作用效應(yīng)高度耦合，其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設(shè)計往往徒有形式而無實效。有的專家指出，水工結(jié)構(gòu)的大壩設(shè)計目前只有蘇聯(lián)用可靠度理論，其它國家都用安全系數(shù)k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統(tǒng)計確定，影響壩基穩(wěn)定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數(shù)鉆孔取樣確定其統(tǒng)計特性，所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結(jié)構(gòu)規(guī)范要確定火車的荷載譜，現(xiàn)在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統(tǒng)計出了50年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車荷載及其變化，更多地由鐵路部門指令所確定，與那些統(tǒng)計多不相關(guān)。
　?。?）認為分項多安全系數(shù)設(shè)計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數(shù)時，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數(shù)值。鑒于現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范已經(jīng)采用了可靠度理論，不足之處可繼續(xù)改進，而其設(shè)計公式的表達形式又與分項多安全系數(shù)基本相似，所以也不必再回到老路上去。現(xiàn)行可靠度設(shè)計規(guī)范中的分項系數(shù)，其含義可以模糊些，考慮更多的經(jīng)驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規(guī)范采用可靠度理論應(yīng)采取實事求是的態(tài)度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用，不宜用行政手段一刀切去追求“統(tǒng)一”。
　　（4）認為可靠度理論是美國專家于40年代最早提出的，這方面的研究工作和成果也遠遠超過我們，可是到現(xiàn)在為止，他們大部分的重要規(guī)范都還沒有用可靠度方法。在西方，主張可靠度理論用于規(guī)范的主要是可靠度理論家們的觀點，搞工程實踐的人多持反對或懷疑態(tài)度。所請國際標準《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》，主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的，并無約束力。前不久，曾長期擔任過美國混凝上設(shè)計規(guī)范ACI-318委員會主席的國際著名學者Siess教授，就在《Concrete lnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設(shè)計理論的見解?？煽慷壤碚撌欠窦和晟频娇梢杂糜谝?guī)范的程度，這個問題在國際上是有爭論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統(tǒng)計為基礎(chǔ)，但更多的須依靠經(jīng)驗、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規(guī)范這一點上，我們大可不必去爭天下先。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范還是用安全系數(shù)方法好，對于工程設(shè)計人員來說用分項安全系數(shù)表達安全度要比可靠指標β更直觀。更明白?？煽恐笜穗m然有一個相應(yīng)的失效概率，可是這個所謂的失效概率其實也不是真實的，但在一定程度上可用于相對比較。