時間：2023-02-28 15:30:40
導語：在可靠度理論論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
談到知識必然要涉及到信息的來源及其可靠性。言據(jù)性(evidentiality)理論正是研究人們對信息的來源及其可靠程度在語言中的表達形式,反映了說話人對所述命題信息的來源及其可靠程度與語言編碼之間的對應(yīng)關(guān)系,是學術(shù)論文中常用的言語證據(jù)手段。[1]言據(jù)性理論的主要代表人物Chafe(切夫)[2]對言據(jù)性的分類如表1:
本文將主要依據(jù)Chafe的框架,并根據(jù)學術(shù)語篇的特點以及具體語言分析的可操作性,考察大學生英語論文寫作中言據(jù)性手段的使用狀況。研究旨在回答下列問題:(1)大學生英語論文寫作中言據(jù)性手段的使用與論文質(zhì)量之間是否相關(guān)?(2)大學生論文寫作中言據(jù)性成份習得的發(fā)展有何特點?(3)本研究結(jié)果對我國英語論文寫作教學有何啟發(fā)意義?
二、研究設(shè)計
所得數(shù)據(jù)來自國內(nèi)某大學英語專業(yè)本科生的畢業(yè)論文共60篇,每篇約3000~4000字左右,是從137篇畢業(yè)論文中隨機選出。選擇本科生畢業(yè)論文主要基于以下考慮:首先,畢業(yè)論文在某種意義上是學術(shù)研究論文的習作,學術(shù)論文講求言之有據(jù),可以預(yù)期會出現(xiàn)較多的言據(jù)性手段;其次,本科生畢業(yè)論文應(yīng)該具有較多的大學生中介語特征,因而可以展現(xiàn)更多的大學生在論文規(guī)范方面的習得過程。全部論文由4~5位專業(yè)教師組成的評審組依照教學大綱的有關(guān)規(guī)定評為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級。鑒于不及格者人數(shù)較少而不具代表性,樣本主要從其余四個等級抽取。優(yōu)、良等級中抽取30篇作為高分組,中、及格等級中抽取30篇作為低分組。參照言據(jù)性手段分類表,將每個樣本中出現(xiàn)的言據(jù)性成分作手工統(tǒng)計歸類并進行相關(guān)分析。為保證統(tǒng)計頻率的內(nèi)在效度,我們采用了Chafe[2]、胡壯麟[3]等的計算方式,即按每1000字內(nèi)使用的言據(jù)性手段來統(tǒng)計言據(jù)性手段的使用頻率,以避免因文章長短而導致的統(tǒng)計誤差。
三、結(jié)果與討論
(一)言據(jù)性手段的使用與論文得分之間的關(guān)系
表2言據(jù)性手段的使用與論文得分相關(guān)性
1.言語證據(jù)/引證。從表2可知,言語證據(jù)/引證手段的使用與論文得分之間存在著顯著性正相關(guān)(r=·362;p<0·05)。在學術(shù)語篇中,言語證據(jù)的主要表現(xiàn)形式為對相關(guān)領(lǐng)域的其他研究者的引證。引證實踐的意義首先在于明示信息的來源,以確保論斷言之有據(jù)。論文中引證手段的使用,在相當程度上反映出作者對相關(guān)文獻的熟悉程度,對該領(lǐng)域具有代表性的研究成果或前沿動態(tài)發(fā)展是否充分了解。一般說來,嚴謹負責的學術(shù)研究都會提供較為完備的參考文獻。因此,引證手段的使用對論文質(zhì)量具有一定的預(yù)測作用,是有其內(nèi)在科學依據(jù)的。
2.感官證據(jù)/歸納。數(shù)據(jù)顯示,感官證據(jù)/歸納手段的使用與論文得分之間存在著顯著性正相關(guān)(r=·304;p<0·05)。在學術(shù)研究中,通過感官而感受到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和結(jié)果等,一般被認為具有較高的可信度。[2]以此為基礎(chǔ)做出進一步的推斷,以揭示現(xiàn)象、數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律或模式,是獲取知識的一種重要手段,因而是學術(shù)研究中廣泛采用的一種研究方法。經(jīng)驗現(xiàn)實主義(experi-entialrealism)認為,對客觀世界的認識來自對現(xiàn)實世界的經(jīng)驗,經(jīng)驗在人的認知和語言中具有重要性,因為從根本上講意義是由人的具體經(jīng)驗所制約和激發(fā)的。[4]歸納推理是以人對客觀世界的經(jīng)驗和認知模式為基礎(chǔ)的,是體驗現(xiàn)實的一種途徑,通過推理可以使人類的個體經(jīng)驗變成有意義的東西,并在特定的語境中構(gòu)成特定的語篇而獲得意義。研究者正是通過推理語言的具體使用過程,對個體獲得的經(jīng)驗進行定義,為學術(shù)共同體提供看待世界的新的視角。
3.假設(shè)/演繹。從表中可以看出,假設(shè)/演繹手段的使用與論文得分之間存在著顯著性正相關(guān)(r=·251;p<0·05)。在學術(shù)研究中,演繹是基于某種假想進行推理驗證而獲得理論的過程。該方法強調(diào)研究的客觀性,研究者要以局外人的視角,進行推斷性的、驗證性的研究,因而一般被認為具有可信度高、可重復性等特點,是學術(shù)研究中普遍采用的一種研究方法。[5]所以,演繹與歸納一樣,其使用對論文質(zhì)量往往具有正面促進作用。
4.信念。信念手段的使用與論文質(zhì)量之間存在著顯著性相關(guān),但方向為負(r=—·379;p<0·05),這說明過多使用該手段反而可能對論文造成負面影響。Chafe對母語研究者的書面語作過統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)信念這種手段出現(xiàn)的頻率非常低。[2]原因就在于信念手段是用于表示作者個人的觀點或想法,學術(shù)論文中往往較少采用這種主要突出個人主觀見解而不強調(diào)說話證據(jù)的方式。學術(shù)研究中對個人主觀意識的抑制,是與學術(shù)話語追求科學客觀性的實踐相一致的。對一項學術(shù)研究的評價,主要取決于該研究自身所展現(xiàn)的價值,而不是研究者的主觀意識。所以本研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)該說從反面驗證了Chafe研究結(jié)論的正確性。
5.可靠度。數(shù)據(jù)顯示,可靠度手段的使用與論文得分之間呈現(xiàn)出微弱相關(guān),但未達到顯著性水平(r=·158;p<0·05),說明該手段的使用對論文質(zhì)量不具有預(yù)測能力。
(二)中國大學生言據(jù)性成份習得的發(fā)展特點
表3高分組、低分組言據(jù)性手段使用統(tǒng)計對照表均值標準差低分組高分組低分組高分組
為了解不同程度的大學生在言據(jù)性成份使用方面的發(fā)展特點,我們將不同分組的大學生言據(jù)性成份使用情況進行統(tǒng)計學描述(見表3),分析其均值和標準差,發(fā)現(xiàn)言據(jù)性成份的運用水平與其使用的數(shù)量或質(zhì)量之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)。
1.與使用的數(shù)量、質(zhì)量都相關(guān)。引證。在引證手段的使用中,雖然低分組的均值低于高分組(1·17vs·2·75),但低分組的標準差卻明顯高于高分組(1·44vs·0·68),說明低分組的大學生在引證手段的使用頻率上差異較大,而論文分數(shù)卻同樣較低。這是否意味著論文中引證的運用水平不僅取決于使用的數(shù)量,還可能與其他因素相關(guān)。部分低分組大學生在論文中雖然使用了相當數(shù)量的引證,但仔細審視后不難發(fā)現(xiàn)這些引證與其課題的相關(guān)程度并不明顯,有強拉硬扯一些名人的研究的嫌疑。這就是引證中所謂的名聲效應(yīng)(reputationeffects)現(xiàn)象。White(懷特)[6]的調(diào)查發(fā)現(xiàn),有證據(jù)表明,在學術(shù)論文的引證中的確存在著這種現(xiàn)象。這種“復雜的引證動機”在學術(shù)界雖非主流,但也產(chǎn)生了一些負面影響。
假設(shè)/演繹。觀察論文中假設(shè)/演繹的使用情況,發(fā)現(xiàn)高分組與低分組的差異不僅與使用頻率、還與使用的質(zhì)量相關(guān)。演繹作為一種獲取知識的方式,往往會有一定的假設(shè)條件,該假設(shè)條件(明示的或隱含的)的可信與否至關(guān)重要。一般來說,假設(shè)的條件可分為兩類,[7]其一,表示假設(shè)條件的小句與其主句所表述的因果關(guān)系符合自然規(guī)律或事理,這種假設(shè)條件容易為話語雙方所認可,演繹出的結(jié)論自然也容易為雙方所接受。例如:
Ifyouhavenoelectricity,thecomputerdoesn’twork·
另一類假設(shè)表示的不是條件與結(jié)果之間的因果關(guān)系,而只是說話人以自己已有的經(jīng)驗對事物作出的主觀化的推斷,表現(xiàn)為說話人以自身特有的“實據(jù)”為基礎(chǔ)推知主句事態(tài)的認知過程。
例如:
在學術(shù)語話實踐中,作者總是傾向于努力尋求雙方可能共有的某種假設(shè)基礎(chǔ),使所提的假設(shè)條件容易得到對方認可和接受,以促進交際雙方的積極認同,達到說服對方的目的。這一點在論辯語體中體現(xiàn)得尤其充分。對比高分組與低分組的使用情況,可以看出,總體來說,高分組的學生較多考慮了假設(shè)條件的合理性、適度性和可接受性,而低分組的學生則更多地考慮個人的主觀愿望,較少關(guān)注讀者的心理狀態(tài)。也就是說,假設(shè)/演繹使用質(zhì)量的不同,可以影響話語的可接受性。
2.主要與使用質(zhì)量相關(guān)?？煽慷?。從表3可看出,無論是高分組還是低分組,可靠度手段的使用頻率都較高(15·02vs·16·87)。通過對樣本的細致分析,可以發(fā)現(xiàn)可靠度的使用水平并不主要取決于量的多少,而是是否使用得當?shù)膯栴}。學術(shù)語篇強調(diào)論證的嚴密性,論斷的真實性至關(guān)重要。
一般說來,一個學術(shù)論斷未被學術(shù)界普遍接受之前,其真實性都具有統(tǒng)計學上稱為“或然”的性質(zhì)。出于學術(shù)上的審慎,作者對新論斷的真實性往往會使用一些審慎的評價手段,最常見的就是“模糊限制語”。這些手段可在一定程度上降低作者對命題真值的許諾程度,使作者可以“預(yù)見并設(shè)法避免他人對其論斷作出負面反應(yīng)”。在樣本中,僅有為數(shù)不多的大學生能夠較為得體地運用一些審慎的可靠度手段,體現(xiàn)出某種學術(shù)嚴謹性。多數(shù)大學生則并未意識到這一點,往往過多依賴一些強勢語如“should”、“must”、“certainly”、“surely”等,希望依靠此類詞語來強說自己的觀點有理,令讀者感到作者的咄咄逼人的口吻。高分組與低分組的論文中,這方面大多處理得不夠妥當。
3.中介語特點。信念。在信念手段的使用上,高分組與低分組均出現(xiàn)了較高的使用頻率(0·83vs·1·25),大大高于Chafe的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(0·06)。[2]這與有關(guān)研究的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)是一致的:二語大學生在寫作中往往過度使用諸如“Ithink”一類詞塊作為表達個人觀點的態(tài)度標記語(stancemarker),中國英語大學生尤其喜歡使用諸如“Ithink”、“inmyopinion”等詞語,超過國外二語大學生一倍,超過本族語者十幾倍。[8]仔細分析學生樣本后可以看出,論文中的“Ithink”等主要用于引導一種肯定的命題,表示出作者強烈的主觀性,這顯然有悖于前面所提到的學術(shù)追求科學客觀性的實踐。中國英語大學生這種高頻率的使用傾向表現(xiàn)出了中介語的特征,可能與母語的影響有關(guān)。
四、教學啟示
【關(guān)鍵字】結(jié)構(gòu)可靠度 優(yōu)化模型 MATLAB
1.結(jié)構(gòu)可靠度
結(jié)構(gòu)可靠度是對安全性和穩(wěn)定度的定量描述，連接著結(jié)構(gòu)的抗力及其作用、效應(yīng)，它直接的決定了結(jié)構(gòu)的安全指標和結(jié)構(gòu)的抗衰老程度。結(jié)構(gòu)可靠性分析，通常采用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的方法將結(jié)構(gòu)的可靠度或失效概率的值定量地表示出來。
2.1結(jié)構(gòu)的功能要求
1）承載能力要求
正常施工和使用過程中，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生承載力不足的情況，承載能力要求就是要求結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)上述情況并能承受各種突發(fā)狀況所產(chǎn)生的作用。
2）正常使用要求
在正常使用過程中，結(jié)構(gòu)能夠承受其中出現(xiàn)的各種作用時工作運轉(zhuǎn)順利同時避免對正常使用不利的或適應(yīng)性不充分的情況。
3）整體性要求
結(jié)構(gòu)容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、撞擊等一些突發(fā)狀況，當這些情況發(fā)生時或發(fā)生以后，要求結(jié)構(gòu)能夠不發(fā)生連續(xù)倒塌現(xiàn)象而保持建筑物整體的穩(wěn)定性良好。
2.2結(jié)構(gòu)功能函數(shù)
若基本變量 （ =1，2，…，n）為結(jié)構(gòu)某一功能的影響因素。則對應(yīng)此功能的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)如下式：
若結(jié)構(gòu)功能只與兩個變量有關(guān)：結(jié)構(gòu)抗力R和荷載效應(yīng)S。得到結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為：
2.3結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)
結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是衡量建筑整體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單一構(gòu)件性能可不可靠的標準，并是區(qū)別此性能使可靠還是不可靠狀態(tài)的臨界狀態(tài)。
假設(shè)影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能的基本隨機變量表示為 ，定義結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)情況，若以功能函數(shù)Z=g（x）的形式表示，那么，結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)可由功能函數(shù)值的符號反映：
當 >0時，表示結(jié)構(gòu)為可靠狀態(tài)；
當 =0時，表示結(jié)構(gòu)為臨界或極限狀態(tài)；
當
2.4結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法
結(jié)構(gòu)可靠度計算按研究對象可分為單一失效模式的可靠度計算和系統(tǒng)可靠度計算。單一失效模式按求解手段可分為采用數(shù)學近似方法的解析概率法和應(yīng)用計算機技術(shù)的數(shù)值模擬法兩種，系統(tǒng)可靠度計算主要分為點估計法和區(qū)間估計法。
可靠度近似計算方法的核心是得到可靠度優(yōu)化設(shè)計中的驗算點。通過處理一個優(yōu)化問題來得到驗算點的方法被學者們普遍采用。近似的解析概率方法包括一次方法（FORM）和二次方法（SORM），F(xiàn)ORM應(yīng)用最為普遍，主要有中心點發(fā)、一次二階矩法、JC法、實用分析法、映射變換法等。結(jié)構(gòu)可靠度分析的一次二階矩方法得到了工程界的廣泛應(yīng)用。
2.結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計模型
近年來，國內(nèi)外很多學者廣泛深入地研究了基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論與方法，其理論結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展和不斷完善。隨著科學技術(shù)發(fā)展水平的不斷提高，結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計理論與方法己被廣泛應(yīng)用于許多研究領(lǐng)域?；诳煽慷鹊慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將對結(jié)構(gòu)的可靠度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計相組合，把對結(jié)構(gòu)的可靠度要求加入到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型中，在可靠度的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
從優(yōu)化問題的三個因素（設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件）入手，引入可靠度優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型。對于設(shè)計變量，可以使獨立的確定性變量，也可以是不確定的概率分布參數(shù)的隨機特征。比如可以取隨機變量的均值或者標準差作為設(shè)計變量?？梢匀」こ探Y(jié)構(gòu)的費用或者重量作為目標函數(shù)，它一般情況下為設(shè)計變量的函數(shù)。對于可靠度優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)的可靠度既可以做目標函數(shù)也可以做約束函數(shù)，即在結(jié)構(gòu)的費用或者重量作為約束條件下使得可靠度最大或者結(jié)構(gòu)可靠度約束下使得結(jié)構(gòu)的花費或者總重量最小。如果采用后者，即以結(jié)構(gòu)的可靠度為約束條件進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。因此，結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型如下：
其中：d是設(shè)計變量向量，x是隨機變量向量，C是目標函數(shù)Gi是第 個功能函數(shù)， 表示結(jié)構(gòu)失效， 是確定性約束，Pr是失效概率向量， 為許可失效概率，m為功能函數(shù)個數(shù)，M為總的約束個數(shù)（包括概率約束、確定性約束等）。確定性約束通常為設(shè)計變量的上下限，設(shè)計變量可以是獨立的確定性變量，也可以是概率分布參數(shù)（例如隨機變量的均值或者標準差）。
3.MATLAB程序
用程序來計算算法簡潔明了，就結(jié)構(gòu)可靠度程序設(shè)計而言，采用MATLAB編程語言，MATLAB是國際公認的IT行業(yè)應(yīng)用軟件，它是一種高層次的語言，具有科學和工程計算的優(yōu)秀功能。MATLAB是一個可視化的計算機程序，其數(shù)值和符號計算效率高、圖形處理功能完備、用戶界面友善及自然而又接近數(shù)學表達式的語言。其矩陣運算功能強大，大大提高了編程效率，而MATLAB腳本式的語言比較容易掌握，MATLAB程序也是最簡潔和最清晰的。在可靠度指標優(yōu)化計算過程中，需要建立大量與概率、統(tǒng)計等方法相關(guān)的數(shù)值計算方法，而這些方法在MATLAB環(huán)境中均可很容易計算。MATLAB具有豐富的函數(shù)庫，不需要去編輯繁瑣的子程序，編程工作大大縮減，這樣工程技術(shù)人員就不需要面對繁雜的程序代碼，從而為編程工作帶來了便利。采用MATLAB語言進行結(jié)構(gòu)可靠度的數(shù)值計算，可以大大提高編程和計算的效率，若用Fortran、C語言等編程，語句繁瑣，需要熟練掌握語言的算法和編程技巧，難度很大。而MATLAB語言可以避免這些繁瑣的計算機編程，從而提高工作效率和解題質(zhì)量。
4.結(jié)論
本論文回顧了可靠度分析和基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計在計算方法方面的進展，研究了如何提高計算效率和適應(yīng)性，著重研究高效穩(wěn)定的可靠度分析和基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計的算法。為了實現(xiàn)算法在實際下程中的應(yīng)用，將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論、可靠度分析結(jié)合起來，完成與通用軟件的集成，從而形成能夠?qū)嵤└鞣N大型復雜結(jié)構(gòu)的可靠度分析和優(yōu)化的軟件系統(tǒng)。
基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化相對于確定性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠獲得滿足可靠度要求的結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計方案，能夠正確的反映作用荷載以及一些參數(shù)的隨機性，實現(xiàn)了算法與通用MATLAB軟件的銜接。
1）采用MATLAB語言進行結(jié)構(gòu)可靠度的數(shù)值計算，可充分發(fā)揮利用矩陣運算功能及各種工具箱的快速和便捷，從而大大提高編程和計算的效率。
2）對結(jié)構(gòu)體系可靠度而言，通過MATLAB編程語言，以高效精確的算法實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)，避免很多重復性的勞動，解決了結(jié)構(gòu)可靠度的分析問題。
5.展望
結(jié)構(gòu)可靠度理論的研究雖然已經(jīng)日趨完善，但是仍舊存在很多問題要我們?nèi)ミM一步研究，比如以下幾個方面：
1）可靠度計算方法眾多，難以形成一個成熟的理論，隨機有限元，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復合形等，方法眾多，差異極大，同時又都不成熟，所以把可靠度應(yīng)用起來難度太大。
2）可靠度的優(yōu)化計算，一般是從設(shè)置設(shè)計驗算點的初始值開始，因此，初始值的設(shè)置很重要，如何合理設(shè)置初始值，減少計算時間，這也是需要進一步研究的問題。
【參考文獻】
【1】運籌學，楊茂盛主編，陜西科技出版社。
【2】趙國藩，金偉良，貢金鑫，結(jié)構(gòu)可靠度理論，北京：中國建筑工業(yè)出版社
【3】貢金鑫，工程結(jié)構(gòu)可靠度計算方法，大連：大連理工大學出版
關(guān)鍵詞：可靠度 地下結(jié)構(gòu) 巖土參數(shù)概率特征
1.前言
地下結(jié)構(gòu)和其它巖土工程一樣，在整個設(shè)計過程中存在大量的不確定性。傳統(tǒng)方法設(shè)計時用一個籠統(tǒng)的安全系數(shù)來考慮眾多不確定性的影響。對各參數(shù)、變量都假定未定值。這就是常規(guī)的定值設(shè)計法。雖然以后對某些參數(shù)（如材料的強度）取值時也用數(shù)理統(tǒng)計方法找出其平均值或某個分位值，但未能考慮各參數(shù)的離散性對安全度的影響。所以安全系數(shù)法不能真正反映結(jié)構(gòu)的安全儲備。
60年代末期，數(shù)理統(tǒng)計和概率方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計中成功應(yīng)用，鼓勵和啟發(fā)了隧道工作者尋求用概率方法研究地下工程中各種不確定性并估計他們的影響。進入70年代，可靠度分析方法擴大到更多的設(shè)計領(lǐng)域。但是，這種方法仍然受到一些巖土工作者的反對和質(zhì)疑。原因在于巖土工程本身的機理比較復雜，有些問題還沒有充分認識；巖土工程概率方法還處在發(fā)展階段，不少概念還不很明確，計算方法也不夠簡便；一些人對概率論和方法不很熟悉。這些困難也促使一些巖土工作者潛心鉆研，他們吸收地面結(jié)構(gòu)概率分析成果，針對巖土和地下工程的特點開展專題攻關(guān)，雖未完全解決技術(shù)上的關(guān)鍵，也取得了可喜的成果。研究表明，概率和可靠度分析方法在不確定性越嚴重的問題中越能顯示出活力來。
1992年，國家技術(shù)監(jiān)督局《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》，作為其它各類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計共同遵循的準則。鐵路、公路、水利、港口等行業(yè)先后開展結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準的編制工作。作為上述各類工程的重要組成部分的隧道及地下工程，采用概率極限狀態(tài)設(shè)計也提到日程上來。一些技術(shù)難題有待繼續(xù)攻克，實用化問題也要同時解決。目前，可靠度分析在地下工程中的應(yīng)用正在經(jīng)歷由粗糙到精細，由簡單到復雜再回到簡單并進入實用這一過程。
2.巖土參數(shù)概率特征的研究
確定圍巖的物理力學參數(shù)和原始應(yīng)力狀態(tài)時分析地下結(jié)構(gòu)力學行為的先決條件。對于重要的大型結(jié)構(gòu)（如水電站地下廠房等）通常要在周圍地層鉆孔取樣并進行一系列試驗以取得有關(guān)參數(shù)。交通用途隧道縱向長度比橫向長度大得多，經(jīng)過的圍巖也化，通常按各類圍巖的綜合力學參數(shù)進行計算。引入可靠度后，必須考慮這些物性參數(shù)的概率特征。這方面的研究成果對地下結(jié)構(gòu)可靠度分析至關(guān)重要。
2.1圍巖分級判據(jù)的可靠性研究
一般隧道設(shè)計時都要現(xiàn)場確定該隧道所處的圍巖類別。各種圍巖分類法都有各自的一套標準。但由于標準本身常存在模糊性或不確定性，或者不同人對標準的理解和處理不盡相同，不同人對同一圍巖的評價結(jié)果總體會趨于一致，具體還不會完全同一。圍巖分類的隨機性值得我們進一步研究。
我國在圍巖分類和分級方面已有不少成果，可惜各部門還不統(tǒng)一。東北大學林韻梅教授等提出圍巖穩(wěn)定性動態(tài)分級法，李強提出模糊聚類分析法。在動態(tài)分析法中對分級判據(jù)的分布進行初步分析，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法對分級判據(jù)進行研究。在定義分級判據(jù)可靠性的函數(shù)上，用柯爾莫洛夫法對其分布規(guī)律進行檢驗。還提出了分級標準和分級方法的評價準則。
2.2地質(zhì)資料的概率處理
對于大型地下工程和重點長大隧道都要進行比較細致的地質(zhì)勘探。但要從有限的勘探資料中獲得隧道全長或大型地下工程周邊圍巖的地質(zhì)狀況和有關(guān)參數(shù)，必然存在不確定性和偶然性。用概率法可減少誤判的機率。例如長江科學院包承綱研究員等以概率方法處理水壩地基鉆孔之間的地層分界線，取得更為合理的結(jié)果。
地層中常有一些異常地質(zhì)點存在，如軟弱夾層、空洞等。他們對地下工程施工和運營有很大影響。為此，首先要弄清楚它們出現(xiàn)的可能性、大概的位置及其性質(zhì)，然后通過可靠度分析法去分析它們的影響。Bercher(1979)及Tang(1987)等都對某地區(qū)在給定鉆孔布置與地質(zhì)歷史推斷情況下，對異常地質(zhì)出現(xiàn)的概率和統(tǒng)計特征做過估計，先給予一個不出現(xiàn)異常的先驗概率，然后根據(jù)一系列鉆孔資料按Bayesion 公式推得修正的不出現(xiàn)概率和聯(lián)合分布。
2.3土性參數(shù)的隨機場研究
據(jù)研究，土性參數(shù)變異系數(shù)可達0.29，比計算模型的不定性影響大得多。土性參數(shù)概率特征經(jīng)歷了兩個階段。早期研究建立在隨機變量基礎(chǔ)上。后期研究集中在隨機場理論的應(yīng)用上。
不難理解，巖土工程的性狀是由某一空間范圍內(nèi)巖土的平均特征所控制。根據(jù)一個個試樣求得的統(tǒng)計特征稱為點特征。點特征與空間特性之間由一定的關(guān)系?？臻g平均特征的方差應(yīng)小于點特征的方差?？刂茙r土工程可靠度的是土性參數(shù)的空間平均值方差而不是點方差。因此，土性參數(shù)的概率分析是一個隨機場問題。對于空間分布的地層，由于沉積和埋藏等條件的聯(lián)系，不同點之間雖有差別又有一定的相關(guān)性。這種相關(guān)性將隨二點距離的增大而減弱。相關(guān)距離是巖土可靠度隨機場研究中的一個重要參數(shù)。有關(guān)學者提出了相關(guān)距離的物理意義、集合意義及實際計算方法，提出了不同地層相關(guān)距離的年經(jīng)驗值。研究了不同統(tǒng)計方法的參數(shù)對可靠度分析的影響。
2.4巖體特性統(tǒng)計特征的研究有待加強
近幾年由于土坡穩(wěn)定、樁基承載力及地基承載力等方面可靠度分析實用化的需要，推動了土體概率特征的研究。而土性概率特征的研究成果又促進了上述幾種典型工程實用可靠度分析。由于巖體的本構(gòu)關(guān)系更為復雜，節(jié)理、裂隙、層狀等對巖體特性影響更多，巖石地下工程計算模型不定性更為突出。對于眾多不定性相互作用的巖石工程，更需要可靠度分析。國內(nèi)勘察設(shè)計部門也積累過大量巖石資料，但用概率方法加以整理的參加橫過較少。日本在這方面做過的工作值得重視。他們對各類圍巖（如花崗巖、閃綠巖、礫巖、砂巖、泥巖等）的主要指標（如單軸抗壓強度、壓縮變形系數(shù)、抗剪強度、干密度等）的分布特征，均值及變異性以及相互關(guān)系等都做過分析整理，這些資料可供參考。
3.作用效應(yīng)隨機分析方法的成果
作用效應(yīng)是可靠度分析中重要的綜合隨機變量，它占用很大的計算工作量。地下結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的定值分析方法不論是“荷載—結(jié)構(gòu)”模式或“地層—結(jié)構(gòu)”模式，目前大多采用有限元分析，考慮空間作用時還用三維有限元。對裂縫、節(jié)理發(fā)育的巖石地層主要有兩種方法：
a.仍然利用連續(xù)介質(zhì)力學理論，但要尋求反映不連續(xù)巖體特點的本構(gòu)關(guān)系或把節(jié)理裂隙的力學性質(zhì)作為附加條件加以考慮，然后求解；
b.應(yīng)用塊體理論，尋求關(guān)鍵塊。利用量測到的位移信息反求地層的力學指標也是常用的方法。引入可靠度以后如何在上述各方法基礎(chǔ)上進行隨機分析時必須解決的問題。
3.1隨機有限元的進展
有限元法在隨機介質(zhì)中的應(yīng)用始于70年代初期。當時主要用于巖土理論與應(yīng)力分析。其基本思路是采用蒙特卡洛模擬法。該法建立在大量確定性計算基礎(chǔ)之上，費用較為昂貴。結(jié)構(gòu)靜力計算的隨機有限元法70年代中期由瑞典的K.Handa首先提出，80年代末日本的Hisada和Nagagri等對隨機有限元作了較為系統(tǒng)的研究。至此以后隨機有限元理論朝著兩個方向發(fā)展，一是基于攝動展開的有限元統(tǒng)計分析；另一是隨機場的局部平均。具體的方法有：紐曼隨機有限元法；隨機有限元最大熵法；有限元一次二階矩法；隨機有限元響應(yīng)面法；攝動隨機有限元法等。上述各種方法各有其特點，有的理論上較為嚴密，但計算量大；有的較近似而計算簡便。響應(yīng)面法，攝動法及蒙特卡洛法在我國隧道可靠度分析中都已實際應(yīng)用。
作為隨機有限元的深入，有人還提出非線性隨機有限元，但該理論正處于嘗試中。采用目前流行的隨機有限元通常只能確定荷載效應(yīng)的某些數(shù)值特征，如均值、方差、相關(guān)矩等，難以確定荷載效應(yīng)的概率分布及高階矩，故還不能很好的滿足可靠度分析的要求。蒙特卡洛法可求出概率分布，但計算量較大。成都電子科技大學張新培教授提出了改進的隨機有限元法。該法以有限元為基礎(chǔ)，利用荷載列陣與剛度矩陣各元素之間特征函數(shù)確定結(jié)構(gòu)各單元荷載效應(yīng)的特征函數(shù)，再根據(jù)特征函數(shù)與分布密度函數(shù)及數(shù)字特征的關(guān)系，求出荷載效應(yīng)分布密度函數(shù)積極數(shù)字特征。此法概念簡單，容易實行，較好地滿足可靠度分析的要求。
3.2隨機塊體理論的提出和應(yīng)用
塊體理論是我國學者石根華和美國學者R.Goodman首先提出的巖體工程分析方法，為巖體洞室和邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑，在國際上受到重視并得到日益廣泛的應(yīng)用。塊體理論中關(guān)于巖體被不連續(xù)的空間平面切割成分離塊體以及切割面上的力學參數(shù)c、Φ等都作為定值。由于實際巖體不連續(xù)面形成因素復雜，同一組不連續(xù)面的產(chǎn)狀在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，連續(xù)空間平面切割成的變形狀空間塊體具有隨機性。切割面力學參數(shù)也使隨機變量。因此更適合概率分布。河海大學王保田、吳世偉提出的隨機塊體理論，用隨機抽樣法尋找可動塊體的概率，并用一次二階矩法求關(guān)鍵塊的概率。二者結(jié)合可較好的解決已知結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀概型和力學性態(tài)是隨機值的問題。南京航空?？茖W校的張廣健等應(yīng)用隨機塊體理論編制出計算程序，用以對隧道圍巖穩(wěn)定性進行可靠度分析，求得各類圍巖的塊體穩(wěn)定可靠指標。所得結(jié)論與設(shè)計和施工經(jīng)驗基本一致。若能用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，其結(jié)果將更能反映工程實際。
3.3三維隨機邊界元法的提出
地下結(jié)構(gòu)的有限元分析特別是三維分析需要劃分許多單元，計算機工作量和對計算機內(nèi)存的要求都很大。特別對無限區(qū)域的課題，在一定范圍內(nèi)離散將忽略外方廣大區(qū)域的影響而帶來誤差。因此人們的注意力又轉(zhuǎn)到一些邊界解法上，相應(yīng)的邊界單元法得到發(fā)展。隧道的邊界元分析有其明顯的優(yōu)點，日益受到國內(nèi)外重視。針對地下結(jié)構(gòu)分析中參數(shù)都具有明顯不確定性的特點，隨機邊界元法的研究和應(yīng)用將對隧道可靠度分析起到新的推進作用。
武漢水利電力學院潘國寧等提出的三維隨機邊界法是將邊界元計算過程作為函數(shù)轉(zhuǎn)換過程，再參數(shù)取值時對函數(shù)過程做泰勒展開。通過邊界計算得到應(yīng)力和位移的均值；然后計算有關(guān)變量對參數(shù)的一階導數(shù)和二階導數(shù)在取均值時的值。最后考慮參數(shù)的變異性來分析計算結(jié)果的變異性。此法公式簡潔，計算工作量小，對隧道分析有重要參考價值。
3.4圍巖參數(shù)的隨機反分析
由于圍巖的物理力學指標不容易確定，現(xiàn)場取樣試驗或直接測試資料也只是得到點特性而不是我們所要求的圍巖空間平均特性。因此，利用施工監(jiān)測得到的位移信息反演求出圍巖參數(shù)的方法在一定條件下能滿足地下結(jié)構(gòu)分析的要求。目前定值的反演分析比較成熟，已開發(fā)出很多程序可供應(yīng)用。但是反演分析所依據(jù)的信息實際是帶有一定離散性的隨機變量，可靠度分析也要求反分析的結(jié)果能表示出概率特征。因此，隨機反分析也逐漸受到重視。專門著作《反演理論》對反分析概率化有重要論述。同濟、北方交大、西南交大巖土和地下工程專業(yè)的博士研究生的論文都曾涉及隧道隨機反分析問題。目前采用的方法有傳統(tǒng)的蒙特卡洛法、隨機攝動法。
4.針對巖土工程特點的可靠度分析方法的新發(fā)展
《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》在附錄一中推薦用一次二階矩法計算結(jié)構(gòu)的可靠指標。同時指出對于變異系數(shù)很大、極限狀態(tài)方程非線性程度很高等情況，宜用更精確的方法計算。巖土物性變異性比較大，常呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，如內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力之間負相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力等正相關(guān)。忽視這些相關(guān)性，會使計算結(jié)果出現(xiàn)誤差。而一次二階矩法是假定基本變量間是相互獨立的。
目前針對相關(guān)性提出兩種一次二階矩的改進方法。一是將相關(guān)變量變?yōu)榛ゲ幌嚓P(guān)的變量，新變量的方差矩陣是由原變量標準化后的方差矩陣構(gòu)成。另一方法是將極限狀態(tài)方程的標準差展開后求得分離變量作為新變量的靈敏系數(shù)，在新的靈敏系數(shù)重反映與之相關(guān)的另一變量的影響。前法適用于多個相關(guān)的基本變量，后法只適用于兩個相關(guān)變量。
對于非線性極限狀態(tài)方程，用當量正態(tài)法有時計算誤差過大，有時不易收斂。此時將蒙特卡洛模擬引入可靠度分析中，只要模型次數(shù)多就能得到精確的失效概率值。對于很小的失效概率需要很大的模擬次數(shù)。為節(jié)省機時，可從計算方法上改進。為避免概型擬和引入的誤差，采用高階矩發(fā)值得進一步探索。
對于一些判別準則易受人為因素影響的問題，也可將模糊數(shù)學方法引入可靠度分析中，發(fā)展成為模糊可靠度分析法?？拥婪€(wěn)定性位移判別的方法和準則就有很多主觀和客觀不確定性因素，坑道穩(wěn)定性模糊概率分析法，把“坑道穩(wěn)定性”作為一模糊隨機事件，求其模糊概率，用模糊統(tǒng)計分析試驗法結(jié)合專家綜合評判來確定地下坑道周邊位移與坑道穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)，推導出坑道穩(wěn)定性可靠度計算的一般表達式。
5.圍繞《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》的修訂，隧道可靠性
鐵路隧道在我國地下工程中占很大比例，第二層次的《鐵路工程可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》也已。第三層次的鐵路各專業(yè)設(shè)計規(guī)范可靠度設(shè)計修訂工作已提上日程。針對人們對可靠度理論在隧道中的應(yīng)用有懷疑態(tài)度甚至否定這一情況，鐵道部先組織幾批專家進行“以可靠性理論為基礎(chǔ)修訂鐵路隧道設(shè)計規(guī)范的可行性研究”，得出可行的結(jié)論，并分別從“荷載—結(jié)構(gòu)”模式、“地層—結(jié)構(gòu)”模式和以工程類比為基礎(chǔ)的經(jīng)驗設(shè)計模式等幾個方面提出實現(xiàn)可靠度設(shè)計的途徑和需要攻關(guān)研究的課題。該項研究經(jīng)鐵道部組織專家評審驗收，人為結(jié)論正確，所建議的隧規(guī)改革目標明確，路徑可行，可作為今后隧規(guī)改革的指導性文件。
為了使鐵路隧道設(shè)計規(guī)范按可靠度設(shè)計加以修訂這一難度較大的工作能逐步深入開展，鐵道部主管部門已立項開展《按可靠度理論修改隧規(guī)的基礎(chǔ)性研究》。研究內(nèi)容包括圍巖物性指標及深埋隧道圍巖松動壓力統(tǒng)計特征研究；淺埋隧道覆土荷載統(tǒng)計特征研究；明洞、棚洞填土荷載統(tǒng)計特征試驗研究；襯砌混凝土偏壓構(gòu)件抗力計算方法及偏壓強度統(tǒng)計特征研究；隧道襯砌幾何特征研究等。由鐵路各高校分別承擔。鐵路高校研究生論文選題也開始轉(zhuǎn)向隧道可靠度設(shè)計這一領(lǐng)域。
與此同時，有關(guān)院校對人防工程按可靠度設(shè)計也提出過方法及若干建議。水電部門針對工程特點正對隧道工程的作用及作用效應(yīng)進行統(tǒng)計參數(shù)整理。
關(guān)鍵詞：路橋設(shè)計；分析
中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A
白彬 內(nèi)蒙古阿拉善盟交通設(shè)計研究有限告訴
近年來我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對出行的需求越來越多，由此也帶動著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，私人汽車數(shù)量的不斷增加。與此同時城市道路供給與運輸需求的矛盾也日益尖銳，不少城市的道路橋梁已經(jīng)很難滿足日益增加的運輸需求，出現(xiàn)超負荷疲勞運作的現(xiàn)象，加之部分車輛存在超載，道路橋梁病害問題時有發(fā)生。路橋病害的發(fā)生不僅縮短了其使用壽命，給國家和人民帶來巨大的經(jīng)濟損失，還為交通運輸安全埋下了隱患，近年來由于路橋坍塌造成的事故也時有發(fā)生。
1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性問題
許多設(shè)計人員理論水平欠缺,對設(shè)計理論的理解深度不夠,設(shè)計時生硬的套取規(guī)范和采用標準圖式,而忽視從結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。設(shè)計人員主觀能動性表現(xiàn)欠缺,實踐經(jīng)驗不足,本本主義思想較嚴重。用靜態(tài)思維去解決不斷進步發(fā)展的技術(shù)問題,橋梁在不同的環(huán)境和使用條件下和不同的設(shè)計對象都會對結(jié)構(gòu)體系得出不同的布局和構(gòu)造要求,規(guī)范再詳細也不能代替應(yīng)由設(shè)計人員解決的各種問題,規(guī)范更新再快也適應(yīng)不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的各種新要求,目前的設(shè)計可視為靜態(tài)設(shè)計,過于偏重設(shè)計建成時期結(jié)構(gòu)的工作和服務(wù)能力而對使用期實際的性能表現(xiàn)隨時間的劣化缺乏足夠的認識和考慮。從經(jīng)濟性上講,考慮建造成本多,而忽視了營運的維護成本和與使用壽命相對應(yīng)的成本效益,因此,合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計除了滿足規(guī)范要求外,還要求設(shè)計人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認識。
2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性問題
結(jié)構(gòu)設(shè)計要解決的根本問題是:在安全適用與經(jīng)濟合理之間選擇一種合理的平衡,力求以最經(jīng)濟的途徑,使建造的結(jié)構(gòu)滿足下列各項預(yù)定功能要求:①正常施工和使用時,結(jié)構(gòu)能承受可能出現(xiàn)的各種作用,在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后,結(jié)構(gòu)能夠保持必需的整體穩(wěn)定性;②在正常使用時,結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能,不會產(chǎn)生過大的裂縫和變形;③在正常維護下,結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性能,不會過早地發(fā)生破壞。在上述功能要求中,第一項關(guān)系到人身安全,因此稱其為結(jié)構(gòu)的安全性;第二項關(guān)系到結(jié)構(gòu)的適用性;第三項關(guān)系到結(jié)構(gòu)的耐久性。安全性、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性的數(shù)值度量用可靠度,其安全性的數(shù)值度量則用安全度。靜態(tài)和瞬態(tài)動載作用下結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點是結(jié)構(gòu)的安全問題,循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點通常是結(jié)構(gòu)的耐久性問題。
橋梁可靠性設(shè)計研究內(nèi)容是:在結(jié)構(gòu)承受外荷載和結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計特征已知的條件下,根據(jù)規(guī)定的目標可靠指標,選擇結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)截面幾何參數(shù),使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi),在規(guī)定的條件下,保證其可靠性不低于預(yù)先給定的值?？煽啃缘臄?shù)量描述一般用可靠性。我國對結(jié)構(gòu)可靠性的研究只限于理論方面,且側(cè)重于可靠性設(shè)計方面,對結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究,特別是對耐久性評估理論的研究還很落后。實際上對現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)作出正確的可靠性評估,準確預(yù)測出其剩余壽命,才能保證結(jié)構(gòu)在壽命延續(xù)期內(nèi)的安全性,節(jié)省大量的維修加固資金。我國在橋梁設(shè)計過程中,存在著考慮強度多而考慮耐久性少;重視強度極限狀態(tài)不重視使用極限狀態(tài);重視橋梁結(jié)構(gòu)的建造而忽視其檢測和維護,使結(jié)構(gòu)安全性存在不同程度的隱患和缺陷。近幾年來,國內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞損壞(如結(jié)構(gòu)開裂、變形過大等)所導致,從而嚴重影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能。為了保證橋梁安全運營、延長其使用壽命以及提高橋梁的安全性和耐久性,減少早期橋梁病害,從而節(jié)約后期橋梁的維修費用,因而對橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的研究非常必要和迫切。
3 橋梁結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計
結(jié)構(gòu)設(shè)計方法從可靠度理論來說,基本上可分為經(jīng)驗安全系數(shù)設(shè)計法和概率設(shè)計法兩類。經(jīng)驗安全系數(shù)設(shè)計法,是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)按經(jīng)驗取值,一般用平均值或規(guī)范規(guī)定的標準值,并考慮這些參數(shù)可能的變異對結(jié)構(gòu)安全性的影響,在荷載與強度計算中再取用安全系數(shù)x。概率設(shè)計法則是將影響結(jié)構(gòu)安全的各種參數(shù)作為隨機變量,用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學來分析全部參數(shù)或部分參數(shù),或者用可靠度分析結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)滿足基本功能要求的概率。當前的發(fā)展趨勢是,結(jié)構(gòu)設(shè)計正逐步由經(jīng)驗設(shè)計法向概率設(shè)計法轉(zhuǎn)變。在目前階段,按其發(fā)展進程國際上通常將基于可靠度的設(shè)計劃分為3個水準,即水準I、水準Ⅱ和水準Ⅲ。
3.1水準I—半概率設(shè)計法
這一水準設(shè)計方法的特點是,雖然在荷載和材料強度上分別考慮了概率原則,然而,它把荷載和抗力分開考慮,而不是從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性出發(fā)考慮結(jié)構(gòu)的可靠度,因而無法觸及結(jié)構(gòu)可靠度的核心—結(jié)構(gòu)的失效概率,并且各分項安全系數(shù)主要依據(jù)工程經(jīng)驗確定,所以稱其為半概率設(shè)計法。目前我國大部分現(xiàn)行公路橋梁結(jié)構(gòu)和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范所采用的設(shè)計理論都屬于這一水準。半概率設(shè)計法基本上分為如下3個步驟:① 按照概率取值原則確定極限狀態(tài)函數(shù)中抗力變量值和荷載變量s的標準值;② 半概率地(根據(jù)工程實際經(jīng)驗)規(guī)定材料設(shè)計強度及設(shè)計荷載;③ 由材料設(shè)計強度值計算出截面抗力R,由設(shè)計荷載計算出荷載效應(yīng),并進行判斷。
3.2 水準Ⅱ—近似概率設(shè)計法
這是目前在國際上已經(jīng)進入實用階段的概率設(shè)計法。它運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計,對工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計的“可靠概率”,做出較為近似的相對估計。我國《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(GB50153—2008)及《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50068—2001)《鐵道工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50216—94)以及《公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB/T50283-1999)等采用的以概率理論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計方法就屬于這一水準的設(shè)計方法。雖然這已經(jīng)是一種概率方法,但是,由于在分析中忽略了或簡化了基本變量隨時間變化的關(guān)系;確定基本變量的分布時受現(xiàn)有信息量限制而具有相當?shù)慕菩?并且,為了簡化設(shè)計計算,將一些復雜的非線性極限狀態(tài)方程線性化,所以,它仍然只是一種近似的概率法。不過,在現(xiàn)階段,它確實是一種處理結(jié)構(gòu)可靠度的比較合理且可行的方法。本書第三章將對此予以詳細討論。
3.3 水準Ⅲ—全概率設(shè)計法,對結(jié)構(gòu)采用較精確的概率分析
對各基本變量,如荷載、材料性能、幾何尺寸、計算精度等分別采用隨機變量或隨機過程概率模型描述,求得結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失效概率直接度量結(jié)構(gòu)可靠性。由于對基本變量的客觀規(guī)律了解不足,采用全概率法還存在一定困難。目前僅對某些特殊重要結(jié)構(gòu)如核電站等采用全概率法進行研究分析。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析,許多學者對此從不同角度進行了研究,提出了一些概念和方法。如結(jié)構(gòu)可靠度分析的一階矩概念及荷載為Ferry Borges Castanheta組合情況下的計算方法問題;利用系統(tǒng)系數(shù),針對結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對應(yīng)的極限狀態(tài)不同,計算系統(tǒng)可靠度并進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法;利用蒙特卡洛(Monte-Carlo)法采用重要抽樣技術(shù)計算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度等,同時,一些學者還研究了系統(tǒng)可靠度界限的問題?？傊?系統(tǒng)可靠度分析研究內(nèi)容豐富,難度較大。
參考文獻：
關(guān)鍵字：橋梁耐久性；橋梁安全性能檢測；橋梁評估；橋梁加固
中圖分類號：[TU997] 文獻標識碼：A
隨著我國公路交通的迅速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，至2008年底，我國的公路橋梁已經(jīng)達到59.46萬座。但年代已久的橋梁，因受當時的技術(shù)水平所限，當時的標準、設(shè)計，施工水平已經(jīng)落后發(fā)展的需求，加上年代已久的橋梁缺乏有效的養(yǎng)護與維修，因此，不同程序存在一些損害或者橋梁承載力不足；近年新建設(shè)的橋梁，也暴露出種種問題，不實施加固則不能投入正常使用。
為提高我國公路橋梁的檢測、評定、加固的技術(shù)水平，筆者對橋梁安全性能評定和加固作出研究。
一，評估橋梁的各種方法
在橋梁的運營及維護價段，對橋梁定期檢測同時作出準確的評估，可對橋梁進行加固和維修，進而保證橋梁的耐久性。
目前對橋梁的耐久性評估方法如下：
①目測打分法
評估方法:分為（完好、良好）一類-五類（危險）共五個等級。
評估特色：僅限于有經(jīng)驗的技術(shù)人員，評估主觀性強、依賴評定人員的經(jīng)驗與判斷。
②分析檢算法
評估方法：涉及橋梁調(diào)查、檢測、檢算、分析承載能力，評定荷載試驗等各方面。
評估特色：目前系統(tǒng)、完整，通過簡單的方法或簡捷的理論公式得到承載能力的定量數(shù)值。
③荷載試驗法
評估方法：對橋梁進行外觀調(diào)查、粗略評定，再進行荷載試驗。
評估特色：利用現(xiàn)場測試技術(shù)，可用于橋梁實際工作狀態(tài)不明確的評價和研究，能彌補主觀評價和分析計算方法的不足，進一步降低評價中的不確定性，成本高。
④專家經(jīng)驗評定法
評估方法：計算機模擬專家的知識、經(jīng)驗、水準對舊橋進行評估。
評估特色：設(shè)計、施工、管理均存在不確定因素，及未涉及因素
⑤基于可靠理論法
評估方法：可靠度方法從結(jié)構(gòu)概率出發(fā)，以合適的荷載與抗力作為隨機模型，通過結(jié)構(gòu)抗力和負荷來評估可靠度。
評估特色：橋梁隨時間變化，使用期不同，可靠概率也不相同。荷載的增加與橋梁結(jié)構(gòu)的破損，橋梁系統(tǒng)可靠度時間逐漸縮小。近來認為，計算機系統(tǒng)失效概率和可靠度指標，均無法對承載能力進行準確評估。
⑥層次分析法
評估方法：評價模型與指標體系依靠它來建立。
評估特色：符合人們一般的定量與定性相結(jié)合的橋梁評估方法，然而存在一定缺陷和局限性。它僅僅只能在過往的方案中挑選，對方案粗略排序，無法創(chuàng)新新的思路，評估得出的結(jié)果主觀成份較大。
⑦模糊綜合評價法
評估方法：以模糊數(shù)學會概念基礎(chǔ)，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，進行綜合評價。
評估特色：客觀事物本身不明確，沒有準確的分類界限，可以考慮該方法評估，它的解決事物的模糊性，算法本身應(yīng)存在準確性產(chǎn)生矛盾，它的隸屬性確定，參評人員主觀上不確定性存在問題。
⑧灰色理論評價法
評估方法：將橋梁作作部份信息已知，部份信息未知，在無法用傳統(tǒng)方式建模，信息量不足時，可用灰色系統(tǒng)評估。
評估特色：然信息不足夠透明時，可以用該系統(tǒng)判斷得出較準確的結(jié)果。
⑨模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
評估方法：使用模糊邏輯的推理機制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，（視網(wǎng)神經(jīng)與模糊系統(tǒng)相結(jié)合）。
評估特色：可靠性值得置疑，因它所決決定無法給出適當解適，它需學量樣本，資料性多少，影響分析準確率。
二、我國橋梁評定現(xiàn)狀
大型橋梁與中小型橋梁應(yīng)當采取不同的辦法，因其大橋梁可在橋中建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可對橋梁各部份參數(shù)進行全面監(jiān)測。中小型橋梁，數(shù)量多、范圍廣，只能對不定期的檢測手段評估中小橋梁的承載能力。
目前國內(nèi)外橋梁專家的研究成果，主要集中在中小橋梁，且僅對橋梁部份結(jié)構(gòu)做單獨評估，很少對大型橋梁作全面評估。單純使用一種方法進行評估，無法確保評做結(jié)果的可靠性。
就目前研究已知結(jié)果，可知橋量發(fā)生事故，主要有兩個原因：一個是自身因素，由于規(guī)程、規(guī)范、制度標準方面不完善，以至于在規(guī)劃與設(shè)計、施工與管理等階段都出現(xiàn)問題，乃至橋梁耐久度不夠；另一個原因是外部的因素，包括周圍環(huán)境變化、自然條件破壞、人為故事破壞，或操出現(xiàn)別的人為錯誤。
橋梁加固必須解決的問題。
（一）建立完善的設(shè)計理論，完善結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系。
目前美國橋梁方面的規(guī)范，3至4年就會更新一次，我國卻幾乎多年不改。舊有的規(guī)范中，對風險估計不足，目前現(xiàn)有的問題沒有得到修定；橋梁范圍的適用范圍也沒有準確界定，目前的規(guī)范沒有區(qū)分不同特點的橋，不同跨度的橋，種種問題沒有針對性的說明。耐久性也不適合目前，單純片面依靠過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，沒有深入研究現(xiàn)在的設(shè)施工程，更沒有考慮未來橋梁需要的變化而作出長遠規(guī)劃，使得橋梁通常使用年限有限。
（二）提高施工水平、管理水平。
橋梁施工缺乏嚴格的施工監(jiān)近代體系。
目前橋梁施工時偷工減料，使得混凝土達不到應(yīng)有強度，鋼筋的保護層也達不到規(guī)范要求，構(gòu)件容易開裂；野蠻施工和管理腐敗也是目前橋梁施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。
施工監(jiān)控不到位，那么每個步驟都無法得到應(yīng)知的預(yù)報，也無法得到有交往的示警。最后，施工的預(yù)報與實測值相差極大。
（三）防止車量超載。
車量超載嚴重時候，能造成立校橋嚴重破損，比如會出現(xiàn)板橋開裂]拱圈裂縫、橋面破損，這些都給橋梁帶來毀滅性的損害，只好對橋量進行加固及重鋪等改造，這些對橋梁的安全耐久性帶來極大隱患。
（四）加需進行定期檢測和運營維護。
我國的橋梁養(yǎng)護、維修、檢測方面，目前太依賴工程師的判斷，這些舊的常規(guī)管理方法科學、精準的評估，沒有定期的檢查，沒有準確的檢測記錄……這些都給橋梁的評估又帶來麻煩，由此形成惡性循環(huán)。
總 結(jié)：橋梁作為城市建設(shè)中重要的一個組成部份，它是城市交通的樞紐，目前，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，目前城市的橋梁材料和結(jié)構(gòu)性能逐漸驅(qū)于老化、而且正均超負荷運轉(zhuǎn)，在災(zāi)害條件中，這種反復荷載作用的疲勞與災(zāi)害條件下的易損怕將更加嚴重。對橋梁的檢測評估標準與加因關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究，能提出更新的評估與修復文法，它能提高城市橋梁結(jié)構(gòu)的評估水平，減少維修和加固費用，由此滿足城市道路交通日益增長的需求。
參考文獻：
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[2] 張啟偉.橋梁結(jié)構(gòu)模型修正與損傷識別，同濟大學博士學位論文，1999.3.
【關(guān)鍵詞】鋼筋；混凝土；施工質(zhì)量
在進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般原則是盡可能在經(jīng)濟合理的條件下保證結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性，三者稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)在靜態(tài)荷載和瞬態(tài)動載作用下，安全性問題是結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點問題，它直接關(guān)系到人身安全和經(jīng)濟效益，而結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載作用下，耐久性問題結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)可靠性研究的重點問題。用來度量安全性的指標稱為安全度，耐久性可以用使用年限來衡量，結(jié)構(gòu)可靠性的數(shù)值度量用可靠度，因此，結(jié)構(gòu)的可靠度比安全度具有更廣泛的內(nèi)涵和外延。
1 鋼筋混凝土施工的可靠度
結(jié)構(gòu)可靠度的定義對于施工期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也同樣適用，但是也有區(qū)別，就施工期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，定義中規(guī)定的時間是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件由設(shè)計方案的圖紙變?yōu)檎鎸嵔Y(jié)構(gòu)的施工期，時間要遠遠短于設(shè)計基準期，規(guī)定的條件是指滿足設(shè)計方案的要求，且能保證安全、可靠的正常施工，規(guī)定的“預(yù)定功能”是指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工費用經(jīng)濟合理的條件下，能夠保證施工過程的安全、可靠。由于結(jié)構(gòu)可靠度定義在施工期的特殊涵義，根據(jù)結(jié)構(gòu)在使用階段承載能力的極限狀態(tài)也可將施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)區(qū)分為正常施工極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)，正常施工極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的正常施工要求，承載能力極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性要求。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常施工的極限狀態(tài)與正常使用的極限狀態(tài)是完全不同的，施工期的時間短，但是施工荷載和結(jié)構(gòu)抗力不可預(yù)見因素多，因此施工期結(jié)構(gòu)承受的荷載及結(jié)構(gòu)抗力的不確定性因素、統(tǒng)計規(guī)律、分布概率的模型是研究施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的不可少的內(nèi)容，但是這些統(tǒng)計規(guī)律要經(jīng)過長時間、大規(guī)模的生產(chǎn)實際才能體現(xiàn)。對于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的計算模型和計算方法也是可靠度分析中重要的內(nèi)容，模型與實際過程越接近，計算結(jié)果也就越精確，以往計算可靠度的方法對于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的計算也不再適用。
2 鋼筋混凝土施工的常見質(zhì)量問題
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工是高智商的腦力勞動和高強度的體力勞動相結(jié)合的過程，會涉及到設(shè)計、施工、監(jiān)理多方面的設(shè)計技術(shù)人員，鋼筋、混凝土、模板支架等各種施工材料，還有不同的施工機械，所以結(jié)構(gòu)的施工階段是一個很復雜的過程，可靠度失效的產(chǎn)生方式也是多方面的，一般說來，可將施工期結(jié)構(gòu)失效的原因歸結(jié)為結(jié)構(gòu)抗力不足和施工荷載超載兩個方面。
2.1 施工期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不合理，主要是因為在我國還缺乏這方面的規(guī)范和強制要求，國內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案都是按照設(shè)計基準期來考慮，對于施工期的結(jié)構(gòu)可靠度來說是不科學的。并且結(jié)構(gòu)設(shè)計方案一般原則滿足預(yù)定功能前提下，力求施工簡單易行，經(jīng)濟合理，這在某種程度上會使設(shè)計者輕視施工期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，特別選定結(jié)構(gòu)分析模型時在能夠反映結(jié)構(gòu)的真實工作情況，為計算簡便要盡可能省掉次要細節(jié)，但是，施工期的結(jié)構(gòu)模型要比設(shè)計基準期復雜得多，影響可靠度的因素也比較多，模型的簡化使計算結(jié)果與實際情況相差甚遠，其后果是很嚴重的。
2.2 設(shè)計荷載選取錯誤
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項高智商的腦力勞動，設(shè)計的每一步都要認真謹慎的對待，特別是結(jié)構(gòu)荷載種類很多而又有不同的規(guī)范，在選取時稍有疏忽，就可能漏項或選取的荷載不滿足規(guī)范的要求，還有一些設(shè)計人員為了計算的簡便隨意的簡化模型忽略掉了重要的荷載，這些都會對施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅。設(shè)計荷載的選取錯誤是設(shè)計階段影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素，但是這些錯誤與設(shè)計工作者的自身素質(zhì)有關(guān)，可以避免。
2.3 計算錯誤
在以前計算機沒有現(xiàn)在這么發(fā)達的時候，結(jié)構(gòu)計算式非常復雜的計算錯誤不可避免，但是隨著科技的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的興起，只要模型、參數(shù)選取正確，計算錯誤可以避免。
2.4 施工圖錯誤
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工的主要依據(jù)是施工圖，如果繪制施工圖時出現(xiàn)錯誤，也可能由施工技術(shù)人員對施工圖的理解出現(xiàn)歧義，那么所建造的結(jié)構(gòu)就不具有設(shè)計規(guī)定的目標可靠度，極易在施工期間引發(fā)工程的質(zhì)量安全事故。
2.5 未按規(guī)范要求施工
規(guī)范中對鋼筋混凝土施工中鋼筋綁扎、混凝土的配比、混凝土澆筑振搗、混凝土工程成品養(yǎng)護等流程均有相應(yīng)規(guī)定。若不按規(guī)范要求施工極易造成混凝土工程質(zhì)量安全問題。
3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)問題的解決措施
3.1 科學配制混凝土是保證質(zhì)量的先決條件
3.1.1 混凝土施工配合比的換算
試驗室所確定的配合比，其各級骨科不含有超遜徑顆粒，且以飽和面干狀態(tài)，但施工時，各級骨科中常含有一定量超遜徑顆粒，而且其含水量常超過飽和面干狀態(tài)。因此應(yīng)根據(jù)實測骨科超遜徑含量及砂石表面含水率，將試驗室配合比換算為施工配合比。其目的在于準確的實現(xiàn)試驗室配合比，而不是改變試驗室配合比。調(diào)整量 =（該級超徑量與遜徑量之和）－（次一級超徑量＋上一級遜徑量）
3.1.2 混凝土施工配合比的調(diào)整
試驗室所確定的混凝土配合比，其和易性不一定能與實際施工條件完全適合，或當施工設(shè)備、運輸方法或運輸距離，施工氣候等條件發(fā)生變化時，所要求的混凝土坍落度也隨之改變。為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用水量做適當調(diào)整（保持水灰比不變）。
3.1.3 混凝土外加劑適量添加
根據(jù)施工環(huán)境適量在拌制混凝土過程中摻入用以改善混凝土拌合物和易性能及耐久性等性能、調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5%。
3.2 和易性是決定混凝土質(zhì)量的主要因素
和易性是混凝土和物的流動性，粘聚性，保水性等多種性能的綜合表述。當混凝土拌和和易性不良時，則混凝土可能振搗不實或發(fā)生離析現(xiàn)象，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。混凝土的和易性良好，混凝土質(zhì)量，通常一些人配制混凝土選用低水量、低坍落度，強調(diào)以振實工藝來保障混凝土質(zhì)量，其實這樣易產(chǎn)生蜂窩，孔洞等質(zhì)量缺陷，實踐表明，和易性良好的混凝土才便于振實，且應(yīng)具有大些的流動性或可塑性，以利于澆筑振實，且應(yīng)具有較好的粘聚性和保水性，以免產(chǎn)生離析，泌水現(xiàn)象，現(xiàn)在通過摻高效減水劑來提高混凝土的和易性。
3.3 混凝土澆筑振搗過程、成品養(yǎng)護是混凝土質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)
混凝土配合比設(shè)計、原材料的質(zhì)量、配料準確、攪拌均勻運輸，澆筑振實成型，養(yǎng)護等整個施工環(huán)節(jié)中，澆筑振實成型是主要的環(huán)節(jié)。在混凝土澆筑成型時，由于沒有振實所產(chǎn)生的外觀上的氣孔、麻面、蜂窩、孔洞、裂隙等質(zhì)量問題，易引起重視，但由于振搗不良，所產(chǎn)生的內(nèi)部蜂窩、孔洞所導致的內(nèi)在質(zhì)量問題，人們?nèi)菀缀鲆?。而混凝土?nèi)在質(zhì)量缺陷，同樣引起混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。所以，混凝土振搗應(yīng)引起施工人員（特別是混凝土振搗工）足夠重視，質(zhì)檢員應(yīng)采取相應(yīng)的有效措施，使混凝土振搗良好。
3.5 預(yù)防混凝土缺陷的發(fā)生是質(zhì)量控制的重點
混凝土工程質(zhì)量的好壞，是由設(shè)計人員、監(jiān)理人員和施工人員共同努力的結(jié)果。混凝土質(zhì)量的好壞，除外觀上的蜂窩、麻面、缺陷外，主要是混凝土強度能否達到要求，當混凝土強度達不到工程要求時，監(jiān)理人員只能要求拆毀重作，而確定混凝土強度常是在混凝土澆筑后第28 天進行，并得出結(jié)論。在大體積混凝土中所產(chǎn)生的裂縫，大多數(shù)屬于溫度中裂縫，其中表面裂縫又占絕大多數(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件產(chǎn)生裂縫是一種常見的質(zhì)量通病，要進行事先控制，才能保證施工順利進行。
參考文獻
[1]貢金鑫，魏巍巍. 工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.
會議收到論文報告58篇并印發(fā)了文集，有140人參加會議，在第一天的大會和第二天的分組會上分別有17位和26位專家作了報告，另外還安排了半天時間進行自由發(fā)言和討論。會議氣氛熱烈，取得了預(yù)期的效果，不同觀點之間也進行了較為充分的交流。
鑒于這一會議的論壇性質(zhì)，以下僅就會上提出的一些問題及建議作一歸納，提交與會專家考慮并審議。
結(jié)構(gòu)安全性是結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力，是結(jié)構(gòu)工程最重要的質(zhì)量指標。結(jié)構(gòu)工程的安全性主要決定于結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工水準，也與結(jié)構(gòu)的正確使用（維護、檢測）有關(guān)，而這些又與土建工程法規(guī)和技術(shù)標準（規(guī)范、規(guī)程、條例等）的合理設(shè)置及運用相關(guān)聯(lián)。
1．我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準
對結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計來說，結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全性、結(jié)構(gòu)的整體牢固性與結(jié)構(gòu)的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范在這些方面的安全設(shè)置水準，總體上要比國外同類規(guī)范低得多。
1.1構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準
與結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全水準關(guān)系最大的二個因素是：1）規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)需要承受多大的荷載（荷載標準值），比如同樣是辦公樓，我國規(guī)范自1959年以來均規(guī)定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現(xiàn)已確定在新的規(guī)范里將改回到200公斤)，而美、英則為240和250公斤；2)規(guī)范規(guī)定的荷載分項系數(shù)與材料強度分項系數(shù)的大小，前者是計算確定荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用時，將荷載標準值加以放大的一個系數(shù)，后者是計算確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件固有的承載能力時，將構(gòu)件材料的強度標準值加以縮小的一個系數(shù)。這些用量值表示的系數(shù)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件在給定標準荷載作用下的安全度，在安全系數(shù)設(shè)計方法(如我國的公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為安全系數(shù)，體現(xiàn)了安全儲備的需要；而在可靠度設(shè)計方法(如我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)中稱為分項系數(shù)，體現(xiàn)了一定的名義失效概率或可靠指標。安全系數(shù)或分項系數(shù)越大，表明安全度越高。我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定活荷載與恒載（如結(jié)構(gòu)自重）的分項系數(shù)分別為1.4和1.2，而美國則分別為1.7和1.4，英國1.6和1.4；這樣根據(jù)我國規(guī)范設(shè)計辦公樓時，所依據(jù)的樓層設(shè)計荷載（荷載標準值與荷載分項系數(shù)的乘積）值大約只有英美的52%（考慮人員和設(shè)施等活載）和85%（對結(jié)構(gòu)自重等恒載），而設(shè)計時?菀勻范ü辜芄懷惺芎稍氐哪芰Γㄓ氬牧锨慷確窒釹凳泄兀┤匆扔⒚攔娣陡叱齙?0~15%，二者都使構(gòu)件承載力的安全水準下降。日本與德國的設(shè)計規(guī)范在某些方面比英美還要保守些。一些發(fā)展中國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計多根據(jù)發(fā)達國家的規(guī)范，就如我國解放前和建國初期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法參照美國規(guī)范一樣。至于中國的香港和臺灣，至今仍分別以英國和參考美國規(guī)范為依據(jù)。這里需要說明的是，在其他建筑物的活荷載標準值上，與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結(jié)構(gòu)在安全設(shè)置水準上與國際間的差距并不相同，比如鋼結(jié)構(gòu)的差距可能相對小些。
公路橋梁結(jié)構(gòu)的情況也與房屋建筑結(jié)構(gòu)類似，除車載標準外，荷載分項安全系數(shù)（我國規(guī)范對車載取1.4，比國際著名的美國AASHTO規(guī)范的1.75約低25%）與材料強度分項安全系數(shù)均規(guī)定較低。
盡管我國設(shè)計規(guī)范所設(shè)定的安全貯備較低，但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的，這里的問題主要在于設(shè)計墨守陳規(guī)，在結(jié)構(gòu)方案、材料選用、分析計算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上缺乏創(chuàng)新。
1.2結(jié)構(gòu)的整體牢固性
除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠承載能力外，結(jié)構(gòu)物還要有整體牢固性。結(jié)構(gòu)的整體牢固性是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)某處的局部破壞不至于導致大范圍連續(xù)破壞倒塌的能力，或者說是結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)與其原因不相稱的破壞后果。結(jié)構(gòu)的整體牢固性主要依靠結(jié)構(gòu)能有良好的延性和必要的冗余度，用來對付地震、爆炸等災(zāi)害荷載或因人為差錯導致的災(zāi)難后果，可以減輕災(zāi)害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當?shù)胤课萁Y(jié)構(gòu)缺乏整體牢固性有很大關(guān)系。2001年石家莊發(fā)生故意破壞的惡性爆炸事件，一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞，竟導致整棟樓的連續(xù)倒塌，也是房屋設(shè)計牢固性不足的表現(xiàn)。
1.3結(jié)構(gòu)的耐久安全性
我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工規(guī)范，重點放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求，而對環(huán)境因素作用（如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學介質(zhì)侵蝕）下的耐久性要求則相對考慮較少。
混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結(jié)構(gòu)安全事故，其嚴重程度已遠過于因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準設(shè)置偏低所帶來的危害，所以這個問題必須引起格外重視。我國規(guī)范規(guī)定的與耐久性有關(guān)的一些要求，如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級，都顯著低于國外規(guī)范。損害結(jié)構(gòu)承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一；提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的安全設(shè)置水準，在一些情況下也有利于結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)使用壽命。
2．調(diào)整結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準的不同見解
我國結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全設(shè)置水準較低，與我國建國后長期處于短缺經(jīng)濟和計劃體制的歷史條件有關(guān)。但是，能夠?qū)ν两ńY(jié)構(gòu)取用較低的安全水準并基本滿足了當時的生產(chǎn)與生活需求，而且業(yè)已歷經(jīng)了較長時間的考驗，這是國內(nèi)土建科技人員經(jīng)過巨大努力所取得的重大成就；但是，由于安全儲備較低，抵御意外作用的能力相對不足。如果適當提高安全設(shè)置水準將有利于減少事故的發(fā)生頻率和提高工程抗御災(zāi)害的能力。國內(nèi)發(fā)生的大量工程安全事故，主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致?，F(xiàn)在提出要重新審視結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準，主要是基于客觀形勢的變化，是由于我們現(xiàn)在從事的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要為今后的現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)，要滿足今后幾十年、上百年內(nèi)人們生產(chǎn)生活水平發(fā)展的需要，有些土建結(jié)構(gòu)如商品房屋則更要滿足市場經(jīng)濟條件下具備商品屬性的需要。國內(nèi)近幾年來已對建筑結(jié)構(gòu)安全度的設(shè)置水準組織過幾次討論，在如何調(diào)整的問題上存在較大的意見分歧，這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解：
1）認為我國現(xiàn)行規(guī)范的安全設(shè)置水準是足夠的，并已為長期實踐所證明，而國外就沒有這種經(jīng)驗。我國取得的這一成功經(jīng)驗決不能輕易丟掉，在安全度上不能跟著英美的高標準走；安全度高了是浪費，除個別需調(diào)整外，總體上不必變動。
2）認為我國規(guī)范的安全度設(shè)置水準盡管不高，但在全面遵守標準規(guī)范有關(guān)規(guī)定，即在正常設(shè)計、正常施工和正常使用的“三正常”條件下，據(jù)此建成的上百億平米的建筑物絕大多數(shù)至今仍在安全使用，表明這些規(guī)范規(guī)定的水準仍然適用；但是理想的“三正?！焙茈y做到，同時為了縮小與先進國際標準的差距以及鑒于可持續(xù)發(fā)展和提高耐久性的需要，在物質(zhì)供應(yīng)條件業(yè)已改善的市場經(jīng)濟條件下，結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置水準應(yīng)適當提高。這種提高只能適度，因為我國目前尚屬發(fā)展中國家。
3）認為我國規(guī)范的安全設(shè)置水準應(yīng)該大體與國際水準接近，需要大幅度提高。這是由于隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和生活水平不斷提高，土建工程特別是重大基礎(chǔ)設(shè)施工程出現(xiàn)事故所造成的風險損失后果將愈益嚴重，而為了提高工程安全程度所需要的經(jīng)費投入在整個工程（特別是建筑工程）造價中所占的比重現(xiàn)在已愈來愈低，材料供應(yīng)也十分充裕。過去的低安全水準只是適應(yīng)了以往短缺型計劃經(jīng)濟年代的需要，但決不是沒有風險，如果規(guī)范的安全水準較高，曾經(jīng)發(fā)生過的有些安全事故本來是可以避免的，而規(guī)范的這一缺陷在一定程度上為“三正?！钡奶岱ㄋ谏w。在建的工程要為將來的現(xiàn)代化社會服務(wù)，安全性上一定要有高標準。低的安全質(zhì)量標準在參與將來的國際競爭中也難以被承認，即使結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全設(shè)置水準能夠提高到與發(fā)達國家一樣，由于我們的施工質(zhì)量總體較差，結(jié)構(gòu)的安全性依然會有差距。
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（湖北省長江產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司，武漢430060）
摘要院本章基于情景分析法，對震后交通需求進行了初步分析，提出道路網(wǎng)絡(luò)防災(zāi)評價指標，構(gòu)建了城市道路防災(zāi)規(guī)劃基本流程，提出了道路防災(zāi)等級概念，為城市道路網(wǎng)絡(luò)的抗震防災(zāi)規(guī)劃提供了新的視角和可行方法。
關(guān)鍵詞 院道路；防災(zāi)；規(guī)劃
中圖分類號院TU984 文獻標識碼院A 文章編號院1006-4311（2015）27-0152-02
0 引言
城市道路系統(tǒng)是城市抗震救災(zāi)系統(tǒng)的重要組成部分，震后應(yīng)急救援活動都依賴道路系統(tǒng)的正常運行。由于道路系統(tǒng)本身也受到地震的損害，如何增強道路系統(tǒng)的抗震性能，從而滿足震后交通需求，保證災(zāi)區(qū)救災(zāi)、救護和物資運輸?shù)母咝裕且粋€十分重要的課題。
1 道路系統(tǒng)防災(zāi)評價指標
地震往往造成道路通行能力下降，甚至完全阻塞。因此，路段是否連通是評價路網(wǎng)抗震防災(zāi)性能的主要指標，也即路段通行是否安全。而在地震應(yīng)急救援中，救援車輛的路徑選擇不僅考慮路段是否連通，也十分關(guān)注路段的通行效率。因此，路網(wǎng)的抗震防災(zāi)評價需要綜合考慮安全性和效率性。安全性是目前評價震后道路性能最常用的指標，此類指標主要是震前對道路防災(zāi)條件進行評估。效率性主要考慮地震救援過程中的時間。由于震后道路縮減可能導致道路通行能力下降，假定交通量不變，路段的飽和度必然提高，從而使得旅行時間延滯。因此，震后救通兼顧安全和效率，才能充分發(fā)揮道路防災(zāi)的功能。過去地震防災(zāi)的焦點是根據(jù)道路易損性評估震后道路的連通概率，給出路網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，而較少考慮地震發(fā)生時的實際交通需求。本章以單一路段為基本單元，綜合考慮安全和效率指標，基于震時交通需求，分別考慮路段完好、部分阻塞和完全阻塞情況下的震后交通服務(wù)性能，給出合理的路網(wǎng)抗震性能評價。
2 基于震后交通需求的防災(zāi)路網(wǎng)
根據(jù)震后交通活動的特點和優(yōu)先級，本文將震后應(yīng)急救援的交通需求歸納為市政搶修、物資供應(yīng)、消防救火、醫(yī)療救護等四類?；谟脩艟夥峙淅碚?，將震后救援活動的交通需求分配到路段上，得出路段的使用次數(shù)和路段交通量，進而得出基于防災(zāi)性能的路段重要性。同時根據(jù)城市重要設(shè)施點、救援點的層次性，根據(jù)震后交通服務(wù)要求（如路網(wǎng)的連通可靠性、救援效率性和服務(wù)覆蓋性等），得出城市道路網(wǎng)絡(luò)防災(zāi)規(guī)劃的總體框架，從而為道路防災(zāi)設(shè)施的建設(shè)提供了依據(jù)，如圖1 所示。
3 道路系統(tǒng)防災(zāi)規(guī)劃
對于具體城市來說，城市重要設(shè)施和防救災(zāi)據(jù)點是已定的，城市本身的防救災(zāi)空間系統(tǒng)的層次性也是劃分好的。防災(zāi)系統(tǒng)的層次性越高，其防災(zāi)功能越強。因此，在一定的地震作用和道路投資約束下，首先要保證連接最高層次防災(zāi)系統(tǒng)的道路保持暢通，其次保證連接較低層次防災(zāi)系統(tǒng)的道路暢通，依次類推。因此，在進行道路防災(zāi)規(guī)劃時，首先進行城市其它防災(zāi)空間系統(tǒng)的層次劃分，然后通過道路系統(tǒng)連接這些設(shè)施點，進行路網(wǎng)性能評價和道路防災(zāi)等級劃分。
同時，在城市道路防災(zāi)規(guī)劃時，如何判斷基于防災(zāi)功能的路段重要度是一個很困難的問題。已有的研究僅僅從路網(wǎng)的連通可靠度的角度來評判路段的重要度，難以反映路段防災(zāi)功能的重要度。本文根據(jù)震后交通需求特點，計算了震后交通需求的空間分布，得到震后路段的救通量和路段使用次數(shù)，并根據(jù)震后救援效率得到路段的重要度指標。因此，城市道路網(wǎng)絡(luò)防災(zāi)規(guī)劃的思路是：首先根據(jù)城市現(xiàn)有重大設(shè)施和其它防災(zāi)空間系統(tǒng)的層次性，確定道路防災(zāi)功能的層次性；其次是基于震后交通需求特點，計算震后路段的交通量和路段的重要度指標，作為第二層次的指標。則城市道路的防災(zāi)等級計算如下：
RI=琢Ra+茁Rc （1）
式中，RI 為道路的防災(zāi)等級，初步分為高、中、普通、低四個等級；Ra 為基于震后救援效率的路段重要度；Rc 為路段的層次性，由路段連接的城市防救災(zāi)系統(tǒng)的層次性決定，一般按照防災(zāi)規(guī)模、防災(zāi)功能等劃分為十分重要、重要、一般等級別；琢，茁為相應(yīng)的指標權(quán)重，琢+茁=1。
根據(jù)城市道路的防災(zāi)等級，可以初步給出不同地震烈度下，需要保證的道路通行能力，以保證城市震后盡快恢復運轉(zhuǎn)。
本文以某市路網(wǎng)為例，運用GIS 系統(tǒng)，分層給出消防隊、醫(yī)院、市政搶修公司和物資供應(yīng)站等特殊設(shè)施的位置；同時將道路劃分為主干路、次干路和支路，給出路段編號、節(jié)點編號和路段長度等。按照城市地理區(qū)位、行政區(qū)劃和人口密度等，將城市路網(wǎng)劃分為15 個交通小區(qū)，如圖2 所示。根據(jù)震后交通服務(wù)性能要求，基于連通可靠度、行程時間可靠度等指標，采用Dijkstra 演算法尋找震后救災(zāi)活動的最短路徑，找出震后路網(wǎng)關(guān)鍵路段和薄弱環(huán)節(jié)。
以震后消防救援為例，當?shù)卣鹱饔孟?，消防車輛難以通行的路段，稱為該路段完全阻塞。根據(jù)路網(wǎng)完好狀態(tài)下的路段消防交通量排序，假定249 號路段為完全阻塞。計算表明，249 號路段的完全阻塞導致路網(wǎng)交通量的分布發(fā)生了變化，消防車輛到達各著火點的最小行程時間也發(fā)生了變化。表1 給出路網(wǎng)狀態(tài)完好與路段完全阻塞下的最佳救援點和最小行程時間。通過累計震后消防隊與交通小區(qū)的最小行程時間，可以得出249 號路段對震后消防救火效率的影響程度為（75原68）/68越0.1029。同樣道理，可以求出每個路段阻塞造成的消防救火效率的延誤程度，從而得出基于震后消防活動的路段重要度排序。圖3 為基于路段阻塞的消防救火最佳路線分布示意圖。
綜合分析上述四類震后救災(zāi)活動可以發(fā)現(xiàn)，基于不同的應(yīng)急救援活動，其路段重要度的排序是不同的，上述研究結(jié)論為各個職能部門的路網(wǎng)抗震防災(zāi)性能改造提供了思路。地震發(fā)生后，上述四類應(yīng)急救援需求可能會同時產(chǎn)生，并相互之間影響。因此，綜合考慮震后四類救通需求特點，評價路段對于震后應(yīng)急救援效率的影響，找出應(yīng)急救援中的關(guān)鍵路段，對于城市抗震防災(zāi)規(guī)劃具有更加實際的意義。