服役工程结构抗力统计特征及应用

服役结构抗力的时变性表现为未来继续使用阶段的随机性、当前时刻实际抗力的模糊性或未确知性。因为在结构设计、施工及当前时刻之前的使用过程中客观上的不确定性已不存在，当前时刻的抗力和状态在客观上是确定性的，只是难以确切量测而具有模糊性或未确知性。因此，对服役结构的抗力统计分析时，对那些客观条件许可及实测能得到的参数，当前时刻应作为确定量处理。服役结构抗力的推断统计，既要顾及设计阶段的计算抗力，更应注重当前时刻抗力和结构在未来的表现。推断方法包括根据现场实测数据推求［69，73］，按照工程经验的理论分析等［63，122］。

服役结构的抗力应该比初始使用阶段的抗力有所下降［181］，抗力随机过程的期望（或随机变量的均值）随使用时间下降是结构抗力的主要特征之一。目前的研究结论是，确认抗力随机过程均值函数是单调递减函数。服役结构的抗力描述要考虑的另一个重要因素是存在验证荷载（ProofLoads）。考虑这种验证荷载时，实际上形成了抗力的截尾分布，最早是傅基偌（YozoFujino）和林德（NielsC.Lind）在1977年较为系统地进行了研究，得出在不计及验证荷载对结构的损伤前提下使服役结构可靠度有所提高的结论［199］。研究使用历史上存在过的验证荷载对结构抗力的影响，一般都是用Bayesian方法［54，61，95］，或用模糊Bayesian方法考虑其验证荷载的模糊性［60］。

服役结构的抗力为材料的性能、结构几何尺寸及计算模式不确定性等参数的函数。综合考虑各变量的随机性和计算模式的不确定性及初始抗力的随机性等，服役结构抗力的随机时变模型可表示为：

式中：R（t）为抗力随机过程；KP为计算模式的不确定性参数；xi（i＝1，2，…，n）代表各随机变量。(www.xing528.com)

式（3.2）的具体形式是相当复杂的，目前还无法给出结构抗力随机过程的确切表达形式，但应认定这种形式的存在。不过，在一些基本假设的前提下，可根据剩余强度模型理论得出简化的抗力随机模型［63］。

虽然不同的结构形式处于不同的环境，抗力的具体衰减规律不同，但根据工程实际经验，在宏观上，结构抗力的随机时变性及统计特征是有一定规律的。在不修复的前提下，结构抗力的随机时变性统计特征主要表现为：①抗力均值函数为单调下降，且呈加速度衰减的趋势［181］；②考虑的时间越远，结构特性变化的随机性越大，抗力的方差函数为单调递增函数［12，198］；③抗力随机过程的自相关系数是时段起点、时段长度的单调降函数［12］。

另外，任意时点的随机抗力的分布函数形式，由于各种影响因素对抗力影响的程度会随时间而变化，一些影响因素可能起主要作用而影响显著，任意时点的抗力R（ti）能否按建成时刻的分布函数形式则不能下肯定的结论。而按照平稳随机过程假设的抗力模型，继续服役期内的抗力随机性依赖于初始时刻抗力的随机性，其数字特征（如期望值、方差等）均与时间计算的起始点无关，这与结构抗力的任意两时点是相关的实际情况有较大的出入，但较为简单且可实现计算［10］。