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结构可靠度与工程防灾减灾摘要：在进行工程设计中，我们通过相关理论，运用微积分，概率论，矩阵等数学知识，考虑方方面面的因素，进行结构可靠性设计，是十分必要的。作为基本建设的主体,工程结构不仅关系到国计民生,还会影响到一个国家的现代化进程,本文通过对实际灾害的分析，列举了结构可靠度的理论和应用。关键词：结构 可靠度 分析 灾害2008年春季，我国南方发生了50年不遇的罕见的雪灾天气。南方十多个省遭受了50年不遇的持续雨雪、冰冻等自然灾害，受灾人数过亿，并造成电力中断、水管爆裂，十多个机场、众多高速公路关闭，京广铁路主干线和诸多铁路路段及国道停运，导致人员和物资流动阻滞等连锁反应。民政部救灾司2月2日公布的此次雨雪受灾数字：农作物受灾7 200多公顷，直接经济损失530多亿元，因灾死亡60人，紧急转移安置175.9万人，倒塌房屋22.3万间，损害房屋86.2万间。农业部统计数字显示，全国共有1.14亿亩农作物受灾，其中，受灾6 629万亩，绝收1 628万亩。油菜、小麦等作物受冻程度较重。全国68条133万公里的国道中，有21条近4万公里路段因积雪严重、路面结冰导致通行不畅。公路基础设施受损面广，直接经济损失达125亿元。造成包括500 kV主干网在内的数千条输电线路大面积损坏，杆塔倒塌，甚至人员伤亡。因此,保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用,满足设计要求的各项使用功能,及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的,即要保证结构的安全性、适用性和耐久性,这三个方面构成了工程结构可靠性的基本内容。2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川（北纬30.986，东经 103.364）发生里氏8.0级地震，地震造成69227人遇难，374643人受伤，17923人失踪。此次地震为新中国成立以来国内破坏性最强、波及范围最广、总伤亡人数最多的地震之一，被称为“汶川大地震”。为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日；2010年4月14日晨，青海省玉树县发生两次地震，最高震级7.1级，地震震中位于县城附近。截止4月25日下午17时，玉树地震造成2220人遇难， 70人失踪。在地震中，土木、砖木结构的房屋是此次玉树震区房屋垮塌的重灾区。据中国地震局现场应急工作队初步调查，灾区房屋结构类型主要有土木结构、砖混结构、钢筋混凝土框架结构等，其中农村地区大部分为土木结构房屋，城镇房屋土木结构占70以上，砖木结构和砖混结构约占20左右，钢筋混凝土框架结构约10。地震造成大量房屋的破坏，结古镇的土木、砖木结构房屋几乎全部倒塌或严重破坏，砖混结构房屋80%以上倒塌，框架结构房屋约20%倒塌；2013年4月20日8时2分在四川省雅安市芦山县（北纬30.3度，东经103.0度）发生7.0级地震，震源深度13千米。共造成196死亡11470人受伤。中国北方连年大雪，但从未造成过像08年南方雪灾那样的危害，同样一个地方的7.1级地震，结古镇的土木、砖木结构房屋几乎全部倒塌或严重破坏，砖混结构房屋80%以上倒塌，框架结构房屋只有约20%倒塌。面对天灾，我们无能为力，但是我们要通过现代科学技术尽可能的减少损失和不必要的伤亡。结构可靠度理论正是解决这个问题的。在工程上，一般所说的可靠度，指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时，可能出现的各种作用；在正常使用时，具有良好的作用性能；在正常维修和保护下，具有足够的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞击等）实际发生后，仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。结构主要失效模式的搜寻:分析结构体系的可靠度,首先要寻找结构可能会出现的各种失效模式。在各种失效模式中,只有失效概率值较大的一部分对结构体系的失效概率有明显的贡献,称为主要失效模式,其他的则可以忽略掉,所以分析中只考虑这些主要的失效模式即可。在这种情况下,寻找结构失效模式的过程也就变为搜寻主要失效模式的过程。在找到结构主要的失效模式后,再应用多个失效模式的可靠度计算方法分析结构体系的可靠度。因此,一般而言,结构体系可靠度的分析包括寻找主要失效模式和概率计算两部分,而在寻找主要失效模式的过程中也要伴随着大量的概率计算。目前,已提出多种寻找结构主要失效模式的方法,如网络搜索法、荷载增量法、分支约界法、约界法、截止枚举法、线性规划法及许多其它改进的方法,其中应用较多的是分支约界法。当前寻找结构主要失效模式方法的研究目前仍在进行之中。结构体系失效概率的计算:计算结构体系失效概率,无论是并联体系还是串联体系,都可归结为计算多维正态概率分布函数值的问题。多维正态概率分布函数是根据由一次二阶矩方法确定的每一个失效模式的可靠指标,及全部失效模式间的线性相关系数建立的,此外,有的文献通过在线性化的多维极限状态方程中引入一个新的正态随机变量,将并联体系可靠度问题转化为一个极限状态方程的构件可靠度问题,这时的极限状态方程一般呈高度非线性,要用二次二阶矩方法进行求解,也有其他的求解方法及考虑多个功能函数非线性的二次算法。结构承载能力和正常使用极限状态可靠度。承载能力极限状态可靠度:进行概率极限状态设计,首先遇到的是安全标准问题,即设计中应该取多大的可靠度才是合适的。结构安全标准的设置,涉及到经济、社会、文化、公众心理和风险分析等多个方面。具体的分析方法有对比法、经济优化法和校准法。目前国际上实际应用的安全标准确定方法基本都是校准法。校准法是通过对现行设计规范下的结构进行可靠度分析,经综合调整,来确定未来结构设计(目标)可靠度的。其特点是,对不同破坏后果(经济损失或社会影响)的(2)正常使用极限状态可靠度:在结构设计中,除了要保证结构在极端载荷下的安全性外,还要保证结构在正常使用载荷下具有必要的使用功能,即满足适应性要求,相应的极限状态为正常使用极限状态。按统一标准的规定,正常使用极限状态的分析包括变形、局部损坏和振动等。尽管超过正常使用极限状态不会造成结构灾难性的破坏和损失,但会严重影响结构的正常使用。结构疲劳和抗震可靠度:就承载能力极限状态而言,结构有两种失效形式,一种是首次超越失效,即在设计基准期内,结构的荷载效应只要有一次(自然是第一次)超过结构的抗力,结构就会破坏;另一种是累积损伤失效,即结构的破坏是由于荷载的反复作用,使结构的损伤累积到一定程度而引起的。结构的疲劳破坏和地震作用下的倒塌就属于这种形式。这里疲劳破坏指的是高周疲劳,结构一般处于低应力水平,保持弹性工作状态,反复荷载作用次数一般在103以上,一定荷载反复作用次数下结构是否会破坏是不可预知的,需要用概率方法进行分析;地震作用下的破坏指的是低周疲劳,结构一般处于高应力水平(可能会达到材料的屈服强度),进入塑性工作状态,反复荷载作用次数一般在103以下(甚至几次、几十次),结构抗震的概率分析基本是沿着两条路线发展的,即以随机振动理论为基础的分析方法和以结构抗震设计规范为基础的分析方法。钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度。施工期可靠度:结构施工是将结构的设计方案由图纸实现为真实结构的过程。结构施工过程中固有的不确定性和复杂性决定了结构性能的千变万化,是结构施工阶段平均风险率较高的一个重要外在原因,而对结构施工过程中材料力学性能研究的不充分,以及施工管理的不善是结构施工期平均风险率较高的内在原因。因此,研究结构施工期可靠度,建立以结构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都有重要意义。老化期可靠度:钢筋混凝土结构的老化期是指其性能随时间不断降低的阶段它与结构的耐久性有着密切的关系。结构老化期的可靠度分析,包括结构老化期的抗力衰减、老化期可靠度分析方法及已有结构可靠度评估。关于老化期荷载的统计参数,如果是设计时考虑结构未来的可靠度变化,则与现行统一标准相同;如果是已有结构的可靠度评估,则需按继续使用期进行调整。采用可靠度设计，可以较全面地考虑各种随机变量的变异性，从而使得结构设计更加合理。以概率理论为基础新修订的设计规范，虽然采用的是以变量的标准值和分项系数表达的设计表达式，结构的具体设计方法与传统方法相同，并不直接涉及概率模型、统计参数和概率运算，但由于其中各项系数的取值及标准值的确定都是以概率理论为基础得到的，因此，这一设计方法的本质已反应了可靠度设计基本要求。 我们在进行可靠性分析研究设计时，应充分考虑具体情况，不能只进行纯理论的学术研究，目前我们国家的发展速度很快，由于各种不确定的因素，导致某些建筑，道路，厂房在建成几年后就因形势的变化拆除重建，造成国家的资源的浪费以及人力的浪费，因此在进行结构结构可靠性设计时，还应考虑当前经济发展因素等情况。另外小概率事件并不意味着不发生，尤其是当前温室效应加剧，极端气候频频出现，地壳进入活跃期，近几年来，各种大地震频发，因此，我们不能过分依靠前人数据，在进行学校，医院等公共设施，水库，电