服役工程结构可靠性理论及应用-核心特点

按照《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153—92）［9］和《建筑结构设计统一标准》（GB50068—2001）［35］等规定，结构必须满足下列各项功能要求：①能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；②在正常使用时，具有良好的工作性能；③在正常维护下具有足够的耐久性；④在偶然事件发生时及发生后，仍然能保持必要的整体稳定性。这里的“作用”是一种广义荷载；“规定的时间”是指可靠性设计的时间参数，与结构的使用寿命有密切的关系，但并不等同于一般工业产品的寿命和工程结构实际使用寿命；“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常使用条件；“预定的功能”是指结构在经济合理的前提下，满足安全性、适用性和耐用久性方面的要求，也即结构的安全性、适用性和耐久性都得到保证，结构的“预定的功能”才能完成。服役工程结构已经构成一个实体，尽管可靠性分析方法与拟建结构的分析方法没有本质区别［11，12，16］，但其可靠性含义中的几个基本要素有其特殊性。

2.3.1.1　时间因素不同

服役结构的荷载及环境比拟建结构更为具体，其统计特性并不能完全接受拟建结构的统计特性，而应建立在自身实际存在的信息基础上。拟建结构荷载统计采用的是时空转换方法［11］，而服役结构的荷载要利用已有信息，采取的是时间外推方法，即通过对已有的信息的统计分析来估计结构及其环境在继续服役基准期T＇，即［τ＇0，τ＇0＋T＇］内的统计特性，τ＇0为当前时刻［12，42］。拟建设计结构的可靠度分析中采用的“规定的时间”，一般指为荷载效应分析的设计基准期（在建筑结构中一般为50年）及设计使用年限；服役结构可靠度中的“规定时间”也代表未来某段时间，但可能不再是设计基准期，而是指从当前时刻τ＇0为起点的未来某段时间，也即是人们对结构剩余的使用要求，分析的时段应为［τ＇0，τ＇0＋T＇］，其中T＇可称为目标基准期或后续服役基准期［42］。

另外，在当前时刻τ＇0，服役结构的可靠与否并不是概率问题，而是一个判断问题。因为按照随机可靠度观点，它的可靠概率非1即0。因此，研究当前时刻τ＇0的可靠性意义不大，关键是在［τ＇0，τ＇0＋T＇］内的可靠性。由于分析的时段不同，在进行服役结构可靠性分析时，抗力、荷载效应及组合与拟建结构有所不同。

2.3.1.2　规定的条件可能改变(www.xing528.com)

拟建结构可靠性是指在“三个正常的条件”下完成预定功能的特性。而对于服役结构而言，“规定的条件”可能有所改变。可能改变的条件主要包括使用条件和维护条件，而设计与施工也已成为历史。因此，服役结构可靠性中的规定条件可以不再涉及设计和施工阶段的随机因素，但其规定使用条件则包括设计时未曾考虑（或实际使用时超出设计考虑的已发生）的作用和新增加的作用；维护条件则是为满足未来使用目的或提高其可靠度而对结构进行维护的条件以及对周围环境的控制条件等。这两个方面的限制条件，与拟建结构有所不同，其与设计结构之间的不同条件也将影响服役结构可靠性的分析结果。

2.3.1.3　预定的功能不尽相同

服役工程结构在未来的时间［τ＇0，τ＇0＋T＇］内的预定功能，一般以设计拟建时设定的功能为准，但也会因使用目的和环境的改变而变化，而且有明确的使用目的。例如，由于人类活动和水土流失的加剧，水库大坝的泥沙淤积比原设计有所增加（或反过来，淤积比原设计有所减少），则有关的水工结构（如大坝泄洪孔和隧洞等）对设防洪水位及过流量的允许值就会改变。

由于服役结构可靠性定义中这三个要素的含义与拟建结构有所不同，服役结构可靠性的定义是与拟建结构有一定差异的，在进行分析时应注意这些特点。