| 单词 | 结构可靠度 |
| 释义 | 【结构可靠度】 拼译：structural reliability 工程结构要求具有一定的可靠性，这是因为工程结构在设计、施工、使用过程中，事物具有种种的不确定性，影响结构的安全性、适用性和耐久性，这些不确定性可有以下几个方面：(1)事物的随机性：由于事件发生的条件不充分，使得条件与事件之间不能出现必然的因果关系，从而事件的出现与否表现出不确定性，这种不确定性称为随机性。处理和研究随机性的数学方法主要是概率论和数理统计。(2)事物的模糊性：事物本身的概念是模糊的，即一个对象是否符合这个概念是难以确定的，也就是一个集合到底包含哪些事物是模糊而不是明确的，这主要指客观事物差异的中间过渡的“不分明性”，也即“模糊性”。研究和处理模糊现象的数学方法是1965年美国查德(L．A．Zadeh)创始的“模糊数学”。(3)事物信息的不完备性：系统是由若干相互联系、相互作用的要素所构成的具有特定功能的有机整体。白色系统是指信息完备的系统，黑色系统是指毫无信息的系统，灰色系统是指部分信息已知，部分信息是未知的系统。有些客观事物本身既无随机性又无模糊性，客观上属于确定性事物，但由于主观原因而对该事物认识不清，该事物对决策者只提供了不完备的信息，如果决策者必须使用这种信息，就应考虑它的不确定性。目前对这种不完备信息还没有成熟的数学方法。 在现阶段的结构设计中，主要是以事物的随机性为依据，用概率论和数理统计来研究结构的可靠度，也即研究结构或构件在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。它将给出结构可靠性即结构的安全性、适用性和耐久性的定量描述，从而达到安全可靠、耐久适用、经济合理的结构设计目的。基于概率论的结构可靠度计算方法是承认几乎所有影响结构可靠性的变量都是随机变量，计算出表达结构可靠性的可靠概率或与之对应的可靠指标，其量值应满足规定的可靠概率或可靠指标。结构从安全系数法设计过渡到基于可靠度理论的设计，有一个过渡阶段。在过渡阶段中，人们对设计方法又分为水准Ⅰ、水准Ⅱ和水准Ⅲ3种设计方法。水准Ⅰ法就是“半经验半概率法”，也就是对影响结构可靠度的某些参数进行数理统计分析，并与经验相结合，然后引入某些经验系数。该法对结构的可靠度还不能作出定量的估计。水准Ⅱ法又称“近似概率法”。它采用概率论的方法对结构的可靠度进行计算，不过不是采用精确的计算方法，而是采用近似的计算方法(如一次二阶矩法)，计算结构的可靠度。它是目前结构可靠度实际计算中应用最多的方法。水准Ⅲ法，亦称“全概率法”，是完全基于概率论的结构可靠度精确分析法，目前这种方法还很少直接使用。1911年，匈牙利的Качинчи提出用统计数学研究荷载及材料强度。前苏联的H．А．Хачиалoв(1928)和H．С．Стрeлецкиǔ(1935)等相继发表了这方面的文章，但结构可靠度的研究大约从40年代才开始。1947年，前苏联的H．С．Стрeлецкиǔ提出了将安全系数分项研究的方法，其中某些系数引用了数理统计法，进行了比较科学而不单凭经验的分析，这是设计方法中的一大变革。这个设计方法计算承载能力的力学模型仍与破坏阶段法相同，但对影响结构安全度的各项系数，采用分项分析，区别对待的原则。从50年代初期开始，大连理工大学、中国科学院土木建筑研究所、同济大学、清华大学、冶金工业部建筑科学研究院等单位开展了极限状态设计法的讨论和研究，并用数理统计学确定超载系数和材料强度系数。1947年，前苏联的А．P．Pжаницын提出了一次二阶矩理论的基本概念及计算失效概率Pf的方法，给出了与Pf相对应的安全指标β的计算公式。1952年，前苏联的P．А．Mуллeр提出了采用三阶矩计算失效概率的方法，计算精度优于二阶矩法，但计算复杂，不便于实际应用。美国的A．M．Freudenthal在40年代开创了美国安全度的研究工作。1947年，他发表了《结构安全度》的论文。1951年他提出，破坏概率的选择应使结构建造费与期望的破坏损失费的总和最小。1969年，美国的Cornell在Pжaничын工作的基础上，提出了与结构失效概率相联系的可靠指标β作为衡量结构安全度的一种统一数量指标，并建立了结构安全度的二阶矩模式。1971年，加拿大的N．C．Lind对这种模式采用分离函数方式，以可靠指标β为依据，提出设计人员习惯采用的分项安全系数形式，给出与现行设计规范相联系的多系数的设计表达式。1972年E．Rosenblueth和L．Estera等人提出了对数正态分布下的二阶矩模式。这些进程都加速了结构可靠度方法的实用化。1973年美国的A．H-S．Ang对各种结构的不定性作了分析，提出了广义可靠性概率法。70年代，在一次二阶矩理论的发展中，A．M．Hasofer和N．C．Lind等人提出了验算点法。它的特点是能够考虑非正态的随机变量，在计算工作量增加不多的条件下，可对安全指标β进行精度较高的近似计算，这对提高二阶矩模式的精度意义极大。至此，二阶矩模式的结构可靠度表达式与设计方法开始进入实用阶段。在70年代末80年代初期，随着模糊数学的发展，人们逐渐认识到了结构工程中存在的另一种不确定性，即模糊性。模糊数学的发展，为结构可靠性研究提供了一条新的途径。D．I．Blockley和C．B．Brown最早开始从事模糊数学在土木工程中应用的研究，并分别于1979年和1980年发表了有关的研究文章，推动了模糊随机概率理论在结构可靠度分析中的应用研究。1985年，J．T．P．Yao研究了将模糊数学应用于地震后结构破损评估和旧有结构性能评估的专家系统。1984年，哈尔滨建工学院研究了应用模糊数学理论进行地震烈度的综合评定、抗震结构的可靠度分级及优化设计等。自80年代中后期，大连理工大学研究了混凝土结构正常使用极限状态可靠度模糊概率分析。由于数学和力学上的困难，结构体系可靠度的研究一直进展较慢，结构体系可靠度分析工作主要包括两个方面，一个是主要失效机构的确定，另一个是结构体系失效概率的计算。1981年Y．Murotsu对于复杂结构体系，利用结构分析的矩阵位移法，运用弹塑性分析和“分支定界技术”来确定主要失效机构。对于结构体系失效概率的计算，目前比较易于为人们所接受的方法有：1967年C．A．Cornell提出的“宽界限法”；1979年O．Ditlevsen提出的“窄界限法”和1981年A．H-S．Ang和H．F．Ma提出的“PNET法”(概率网格估算技术)。“宽界限法”计算简单，但一般仅适用于结构体系可靠度的初始估算。“窄界限法”计算繁琐，但准确性好。“PNET法”的准确性关键取决于主要失效机构按彼此间相关密切程度分组标准δ0的选取，若60取的合适，就可得到准确的结果。结构体系可靠度分析方法目前还在发展中，许多问题仍有待于深入研究。当前和未来一段时期内，结构可靠度研究的热点为：(1)随机变量，如荷载、材料强度等资料的积累与统计；(2)动力荷载作用下结构可靠度的研究；(3)结构体系可靠度的研究和应用；(4)模糊数学、混沌数学在结构可靠度分析中的应用研究；(5)随机过程及随机场理论的研究与应用；(6)随机有限元的研究与应用；(7)基于可靠度的优化问题、人工智能问题及CAD技术等的研究。【参考文献】：1 赵国藩．大连工学院学刊，1954，12 Hasofer A M，Lind N C．ASCE，1974，100(1)3 Brown C B，ASCE 1980，106(4)4 Murotsu Y，et al．Generation of stochastically dominant modes of structural failure in frame structure，Bulletin of University of 0saka Perfacture，Series A，1981，30(2)5 Ang A H-S，Ma H F．Proc．ICOSSAR'81，Trondhein，1981，66 赵国藩，等．工程结构可靠度．北京：水利电力出版社，19847 Yao J T P．Advanced Publishing Program，London，19858 赵国藩，等．大连理工大学学报，1990，1(大连理工大学博士生导师赵国藩撰) |
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