《工程结构可靠度》 篇1
1 一次二阶矩法
在实际工程中, 一次二阶矩法计算简便, 大多数情况下计算精度又能满足工程要求, 应用相当广泛, 已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化。
1.1 均值一次二阶矩法
早期结构体系可靠度分析中, 假设线性化点xÁÁ就是均值点mÁÂ, 而由此得线性化的极限状态方程, 在随机变量XÁ (i=1, 2, …, n) 统计独立的条件下, 直接获得功能函数z的均值mZ及标准差σZ, 由此再由可靠指标β的定义求取β=mZ/σZ。该方法对于非线性功能函数, 因略去二阶及更高阶项, 误差将随着线性化点到失效边界距离的增大而增大, 而均值法中所选用的线性化点 (均值点) 一般在可靠区而不在失效边界上, 误差较大。
1.2 改进一次二阶矩法
针对均值一次二阶矩法的上述问题, 人们把线性化点选在失效边界上, 且选在与结构最大可能失效概率对应的设计验算点上, 以克服均值一次二阶矩法存在的问题, 提出了改进的一次二阶矩法。该方法无疑优于均值一次二阶矩法, 为工程实际可靠度计算中求解β的基础。但该方法只是在随机变量统计独立、正态分布和线性极限状态方程才是精确的, 否则只能得到近似的结果。
1.3 JC法
针对工程结构各随机变量的非正态性, 拉克维茨提出了JC法。其基本原理是将非正态的变量当量正态化, 替代的正态分布函数要求在设计验算点处的累积概率分布函数 (CDF) 和概率密度函数 (PDF) 值分别和原变量的CDF值、PDF值相等。当量正态化后, 采用改进一次二阶矩法的计算原理求解结构可靠度指标。
1.4 几何法
用JC法计算时, 迭代次数较多, 而且当极限状态方程为高次非线性时, 其误差较大, 为此人们提出了几何法。该方法仍采用迭代求解, 其基本思路是先假定验算点x*将验算点值代入极限状态方程G (x*) , 沿着G (x) =G (x*) 所表示的空间曲面在x*点处的梯度方向前进 (或后退) , 得到新的验算点, 然后再进行迭代。几何法与一般的一次二阶矩法相比, 具有迭代次数少、收敛快、精度高的优点, 但其结果亦为近似解。
1.5 中心点法
中心点法是结构可靠度研究初期提出的一种方法。其基本思想是首先将非线性功能函数在随机变量的平均值 (中心点) 处作泰勒级数展开并保留至一次项, 然后近似计算功能函数的平均值和标准差。中心点法的最大特点是计算简便, 不需进行过多的数值计算。但也存在明显的缺陷:不能考虑随机变量的分布概型;将非线性功能函数在随机变量的平均值处展开不合理, 随机变量的平均值不一定在极限状态曲面上;对有相同力学含义但不同数学表达式的极限状态方程求得的结构可靠度不同。因此, 中心点法计算的结果比较粗糙, 一般常用于结构可靠度计算精度要求不高的情况。
2 高次高阶矩法
2.1 二次二阶矩法
当结构的功能函数在验算点附近的非线性化程度较高时, 一次二阶矩法的计算精度就不能满足一些特别重要结构的要求了。近年来, 一些学者把数学逼近中的拉普拉斯渐进法用于可靠度研究中, 取得了较好的效果。从公式的表达上可以看出, 二次二阶矩法的结果是在一次二阶矩法结果的基础上乘1个考虑功能函数二次非线性影响的系数, 所以可以看作是对一次二阶矩法结果的修正。需要强调的是, 在广义随机空间中, 对于随机变量变换前后相关系数的取值依据的是变换前后的相关系数近似相等, 这相当于一次二阶矩法随机变量间的一次变换, 对于二次二阶矩法是否考虑随机变量间的二次变换项, 以及二次变换项如何考虑是需要进一步研究的问题。
2.2 二次四阶矩法
上述方法的精度能得以保证的一个基本前提是采用的随机变量分布概型是正确的, 且随机变量的有关统计参数是准确的。而随机变量分布概型是应用数理统计的方法经过概率分布的拟合优度检验后推断确定的, 统计参数是通过统计估计获得的, 分布概型及统计参数的准确与否依赖于样本的容量、统计推断及参数估计的方法。二次四阶矩法利用信息论中的最大熵原理构造已知信息下的最佳概率分布, 基本上避免了上述方法因采用经过人为加工处理过的基本资料而可能改变其对现实真实反映的问题。
3 响应面法
大型复杂结构的内力和位移一般要用有限元法进行分析, 这时结构的响应与结构上外部激励之间的关系不能再用显式来表达。当对结构或结构构件进行可靠度分析时, 所建立的极限状态方程也不再是显式, 从而造成了迭代求解可靠度的困难。响应面法是处理此类问题的一种有效方法, 其基本思想是先假设一个包括一些未知参量的极限状态变量与基本变量之间的解析表达式, 然后用插值的方法来确定表达式中的未知参量, 进而求解。
4 蒙特卡罗 (Monte Carlo) 法
Monte-Carlo法是最直观、精确、获取信息最多、对高次非线性问题最有效的结构可靠度统计计算方法。其基本原理是对各随机变量进行大量抽样, 结构失效次数占抽样数的频率即为其失效概率。由于该方法的工作量太大, 对于大型复杂结构的使用受到限制。为了提高工作效率, 应尽可能地减少必需的样本量, 通常用减少样本方差、提高样本质量两种方法达到此目的。蒙特卡罗法回避了结构可靠度分析中的数学困难, 不需考虑功能函数的非线性和极限状态曲面的复杂性, 直观、精确、通用性强;缺点是计算量大, 效率低。
5 结论
工程结构可靠度基本理论的研究是一个比较活跃的研究课题, 是工程结构设计者与使用者非常关注的问题, 对工程可靠度设计问题更是一个切合实际的问题。对于极限状态方程线性或非线性程度不高的简单结构, 用一次二阶矩法计算可靠度足以满足要求, 简单易行。对于大型复杂结构, 其功能函数一般不能显示表达, 大多是非线性的高次方程, 应用响应面法、蒙特卡洛法、随机有限元法则具有一定的优势。工程结构点可靠度的计算程序简单、花费少、易于实现, 但不能真正反应体系安全度问题, 越来越不能满足实际需要。今后, 在完善可靠度的基础上, 必须加强工程结构体系可靠度计算方法的研究。因此, 随着科技的进步, 结构体系可靠度的研究必将是可靠度的发展方向, 其计算方法必将不断完善。
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《工程结构可靠度》 篇2
关键词：结构,可靠度,安全性,模糊性,概率
0 引言
结构的可靠度是指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。工程结构是由钢、木、砖石、混凝土及钢筋混凝土等建造的各种建筑物和构筑物。工程结构在相当长的使用期内,需要安全可靠地承受设备、人群、车辆等使用荷载;经受风、雪、冰、雨、日照或波浪、水流、土压力、地震等环境的作用。它们安全可靠与否,不但影响工农业生产,而且还常常关系到人身安危。特别是一些重要的纪念性建筑物,作为一个时代的文化特征,将流传后世,对安全可靠、适用、美观、耐久等方面有更高的要求。在土木工程领域,结构可靠度的分析计算受到荷载作用、环境作用、材料内部作用以及可能出现的超重荷载等诸多因素影响制约,无法科学地协调结构安全、适用经济等各项指标之间的矛盾,使它们达到合理的平衡。
1 结构可靠性
1.1 结构可靠性基本理论
结构可靠性的基本理论和方法是结构可靠度分析和设计的前提,它包括结构可靠度的基本定义、概念和基本算法。一次二阶矩方法是目前常用的结构可靠度分析方法,尽管计算简便,但并不能适应所有情况,需要根据不同问题的特点和要求,作进一步的研究。1)目前的结构可靠度分析方法仅局限于结构随机变量不相关的情形,而实际工程中有些情况下随机变量可能是相关的。因此提出了广义随机空间的概念,建立了广义随机空间内考虑随机变量相关性的结构可靠度实用分析方法,扩大了现有可靠度分析方法的适用范围,而且不需进行正交变换,计算方便。2)目前结构可靠度指标的计算是针对线性极限状态方程或线性化极限状态方程而言的,它只适用于结构极限状态方程非线性程度不高的情况,而实际工程中有些情况下的结构极限状态方程非线性程度可能很高,这就需要考虑极限状态方程的非线性项。因此提出了基于拉普拉斯逼近原理的渐进可靠度分析方法,考虑了极限状态方程的二次非线性的影响,从而提高了精度。3)基于信息论中的最大熵原理,提出了结构可靠度分析的四阶矩方法。在考虑了极限状态方程非线性影响的同时,也考虑了随机变量高阶矩的影响;同时提出用改进罗森布鲁斯(Rosenblueth)方法解决极限状态方程不易求导的问题。4)传统的结构可靠度分析都是在正态空间进行的,当随机变量不服从正态分布时,则需将当量正态化或映射变换为正态随机变量,若非正态随机变量的概率分布函数不存在显式,上述变换较为困难。因此提出了原始随机空间内可靠度分析的一次和二次方法,这种方法不使用随机变量的概率分布函数而只使用概率密度函数,降低了对初始条件的要求,避免了传统的结构可靠度分析方法遇到的困难。5)对大型复杂结构进行可靠度分析时,所建立的极限状态方程也不再是一个显式,从而造成了迭代求解可靠指标的困难。应用响应面的概念,提出了与结构可靠度几何法相结合的响应面方法,给出了新的计算迭代格式。此方法便于与通用的有限元软件连接,以求解大型复杂结构的可靠度。
1.2 影响工程结构可靠性事物的不确定性
工程结构要求具有一定的可靠性,是因为工程结构在设计、施工、使用过程中具有种种影响其安全、适用、耐久的不确定性。这些不确定性大致有以下几个方面:1)事物的随机性,所谓事物的随机性,是由于事件发生的条件不充分,使得在条件与结果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。研究事物随机性的数学方法主要有概率论、随机过程和数理统计;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,也就是说一个集合到底包含哪些事物是模糊的,非明确的。主要表现在客观事物差异的中间过渡中的不分明性,即模糊性。研究和处理模糊性的数学方法主要是1965年美国自动控制专家L.A.Zadeh教授创始的模糊数学;3)事物知识的不完善性,事物是由若干相互联系、相互作用的要素所构成的具有特定功能的有机整体。对知识的不完善性处理还没有成熟的数学方法,在工程实践中只能由有经验的专家对这种不确定性进行评估,引入经验参数,作为一种权宜的处理方法。
2 结构体系可靠度及研究发展趋势
2.1 结构体系可靠度
结构构件的可靠度与结构体系的可靠度是不同的,而目前的研究只是处于构件水平上,真正实现结构体系的可靠度分析尚有许多工作要做:
1)在寻找结构主要失效模式方面,通过发展线性互补规划中的Lemke算法,并与可靠度中的分支—约界法相结合,提出一种识别结构主要失效模式的有效算法。这种算法既不用进行结构重分析,也无须通过判断结构刚度矩阵的奇异性来识别主要失效模式,从而使计算简化,并以此为基础对钢筋混凝土框架结构的可靠度进行了分析。
2)在结构体系失效概率计算方面,研究了体系失效概率的区间估计法和点估计法。区间估计法计算的是结构体系失效概率的上下界;点估计法是通过近似方法估算体系失效概率的值。此外,还提出可靠度置信区间的确定方法。
2.2 结构可靠度理论研究发展趋势
1)结构系统的可靠度分析。对于结构系统可靠度分析是非常复杂的研究课题,许多学者对此从不同角度进行了研究,提出了一些概念和方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷载为Ferry Borges Castanheta组合情况下的计算方法问题;利用系统系数,针对结构各种破坏水平所对应的极限状态不同,计算系统可靠度并进行结构设计的方法;利用蒙特卡洛(Monte-Carlo)法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等。同时,一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之,系统可靠度分析研究内容丰富,难度较大。
2)对结构极限状态分析的改进,除考虑强度极限状态外,还应考虑结构的正常使用极限状态、破坏安全极限状态,以及地震和其他特殊情况下考虑能量耗损极限状态等。
3)目标可靠度的量化问题。虽然校准法已经部分解决了这个问题,但与实际情况相比,这方面的问题还远远没有解决。
4)人为差错的分析。许多结构的失效并非由荷载、强度的不确定性造成,而往往是由于设计、施工、使用等环节中人为差错造成的,这方面的事例很多,已成为目前研究的热点之一。
5)模糊随机可靠度的研究。模糊随机可靠度理论研究是工程结构可靠度理论研究的重要内容,随着模糊数学理论与方法的完善,模糊随机可靠度理论也必将进一步地完善和发展。
3 可靠度设计的几点认识
1)目前结构设计方法大多是建立在结构构件可靠度评价的基础上,而不是结构体系的可靠度评价的基础上。即现有的设计公式中沿用已有的基于构件的抗力分项系数、荷载分项系数、结构重要性系数,以及结构目标可靠度等系列概念。从结构可靠度的观点出发,基于构件的设计和基于结构整体设计在结构可靠度方面有明显的区别,忽略这种区别不仅在结构可靠度的概念上造成混乱,而且在结构设计中可能带来明显的偏差。因此,有必要从结构体系可靠度的角度,研究在结构的整体可靠度设计方法中所采用的各项系数和概率意义。
2)结构采用非线性分析运用于工程设计时,现行的可靠度设计方法具有局限性。结构的非线性分析方法是指以钢筋混凝土的材料、构件(截面)或各种计算单元的实际力学性能为依据,导出相应的非线性本构关系,建立变形协调条件和力学平衡方程的方法。适用于一切类型和形式的结构体系,以及结构受力全过程的各个阶段。但计算工作量大,各种非线性的本构关系尚不够完善,使得该方法使用范围有限,一般适用于重要的大型结构工程和出现地震、核爆炸、温度等特殊情况下的结构分析。这样现有的分项系数概念将不再适用,而必须采用整体的单一安全系数。特别是结构的整体非线性分析,更不能用构件的分项系数,也必须用整体单一安全系数,并且结构整体安全度也很难统一用各截面的安全度来描述。因此随着结构设计的复杂性,应引入可靠度分析方法。
3)可靠性的设计具有多重目标和多重不确定性。目标方面包括安全性、适用性、耐久性和经济性等指标。而不确定性包括概率不确定性、概率模型的不确定性、物理力学模型的不确定性、截面抗力公式的基本假定和计算模型的不准确性以及人为的忽略和材料性能、几何参数分析中的误差等。在工程设计中,不可能面面俱到地考虑这些不确定性,因此在工程设计中应提出整体优化思想,基于性能的可靠度设计方法,并同时发展相应的可靠度设计软件,指导工程设计是可靠度理论发展的方向。
4 结语
结构可靠度理论研究是内容极其丰富且复杂的重大研究课题,不仅仅在理论上有许多重大问题需要解决,而且将其应用到结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。因此,土木工程结构的可靠性一直是设计者与使用者非常关心的问题。工程问题的解决是理论与工程经验的结合,掌握的知识越多,主观经验越少,结构的设计也就越合理,这也正是工程技术研究追求的目标。
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加固后桥梁结构可靠度研究现状 篇3
关键词：桥梁 结构可靠度 研究现状 研究意义 概述
1.引言
结构可靠性的定义是:“在预定的条件下，结构达到设计规定功能的能力”。结构可靠度的定义是:“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”。如果失效概率用Pi表示，则可靠概率就等于( 1- Pi)，这就是可靠度。
2.研究现状
加固前的可靠度和加固后的可靠度是桥梁结构加固可靠度的研究主要涉及两方面的信息。可靠度的判断作为决策的主要相关依据是需要摸清桥梁结构的实际情况为前提的，这将决定我们采用何种相应的加固方法。加固后仍然需要对结构进行评价，从而评估加固维修是否有效或者是否达到最大功效。
加固技术时间并不长，在各种不同的加固方法中，我们对维修与加固混凝土结构的相关经验很有限，缺少必要的试验数据、设计施工标准及试验标准是很多加固方法，特别是较新型的加固技术存在的主要问题。因此，有必要收集桥梁结构加固后可靠度的研究资料，尤其对收集加固后的混凝土结构可靠性的系统研究资料。尽管，国外的相关检测设备非常先进，然而，相应的资料偏少也是一个困扰他们的问题。
对于现在的加固设计方法，其前提基本上都是在各自的试验研究基础上的半经验半理论方法，由于目前加固结构分析的复杂性，不能与现行的可靠度设计要求相协调，也无法与整个结构体系的可靠度相一致。尤其是，没有深入的研究局部加固后对构件整体及结构整个体系的可靠度相关影响。对加固后的结构可靠度研究还局限在对加固后构件的研究。大连理工大学赵国藩教授提出了加固后结构构件的可靠度分析[1]，分析了现行加固规范所具有的可靠度水平，提出了结构加
固后可靠度分析方法，对现行加固规范所具有的可靠度水平进行了分析研究;张宇[2]等分析了粘钢加固混凝土梁可靠性，赵军[3]长安大学硕士学位论文研究了预应力CFRP即布加固混凝土梁，而朱建俊[4]分析了CFRP卿加固受弯构件可靠度。有关国家重点项目引用了有限元理论研究混凝土一加固材料应力应变，分析了其受力模型，探讨了相应的计算公式，采用分项系数形式和采用可靠度校准分析对各种加固形式进行可靠度分析，力图与现行规范相匹配。
3.研究意义
桥梁从施工建造到投入使用，再到运营阶段，性能逐渐退化，最后达到设计使用寿命，与一个人的生命过程十分相像。施工建造期相当于幼年期，在此期间失效的风险率大;使用期相当于人类的中年期，此时失效风险率降低;老化期相当于老年期，失效风险率又逐渐提高。但在任何一个阶段中如果经过维修加固等措施，结构承载力将得到显著提高，其失效风险率又会降低。
对加固后的桥梁进行使用寿命预测，不仅可以揭示潜在危机，及时作出继续维修、加固或拆除的决策，避免事故发生，而且研究成果可以直接用于指导加固桥梁结构的耐久性评定，提高加固桥梁的耐久性。通过对加固后桥梁使用寿命的预测，一方面，根据预测结果来明确加固后新结构的实际寿命，从而做到防患于未然;另一方面，可以揭示加固后影响新结构使用寿命的内部和外部因素，然后根据工作环境、用途、经济条件等进行有针对性的维修加固。这对提高加固工程的设计水平和施工质量必有一定的促进作用。特别是面对下一代规范将采用基于性能的设计与生命周期宏观造价优化的设计思想，必将要求对建筑结构的寿命进行科学的预测。
4.结束语
目前，国内外对于既有桥梁可靠度研究较多，可靠度分析理论也较完善，但关于桥梁加固后可靠度的研究和资料较少，尤其是对于加固后混凝土桥梁動态可靠度的研究。因此，对于加固后桥梁结构可靠度的研究还需进一步深入。
参考文献：
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《工程结构可靠度》 篇4
结构可靠性是研究结构在各种随机因素作用下的安全问题。应用可靠性理论可以解决结构的强度、刚度、稳定性等问题。 该理论以概率论、数理统计方法和随机过程理论为基础，从系统角度出发，将结构系统的设计、分析、评价、检测和维护融为一体[1]. 随着计算机技术的发展， 结构可靠度已从科学理论研究发展到了广泛应用阶段[2-3], 目前它已在水利、航空、机械、土建等领域得到应用。
在进行水工结构的设计时， 过去多采用单一安全系数等方法，具有简单、明了、概念明确的优点，在工程实际应用中也已积累了丰富的经验， 实践证明这一方法是基本可行的。 可是，这种设计方法实际上是用定数模型来处理不确定性问题， 本身在理论上存在着不足， 这也就使得该方法不能较好地评价水工结构或边坡结构的稳定程度、真实的安全状态[4].
水利工程中的坝体结构可靠或不可靠是受各种外界及自身内部随机因素影响的。 结构绝对可靠是不可能的， 只能说其失效概率极小。 为了使结构设计更为可靠，国家先后颁布了《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50199-94），及《水工混凝土结构设计规范》（SL/T 191-96）等规范，以期打破过去水利水电技术标准采用传统的单一安全系数的做法，将可靠性理论得以推广[5-6]. 其后，发布了《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-）、《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50199-）等规范性文件，对旧的设计规范进行替换，可靠度理论在水利设计中逐渐趋于方便与快捷。 同时， 周新刚、Guo L、赵国藩等学者结合有限体积法（FVM）、蒙特卡罗等方法对结构耐久可靠度进行了模拟研究以及阐述了国外结构可靠性的研究进展[7-9], 但是在研究过程中，多集中于某项实验分析，与目前国内采用的设计规范对比性不足， 因此本文结合我国现行规范对水工结构设计中的可靠度方法展开研究。
1、水利工程结构可靠度计算模型
根据《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50199-2013）等规范性文件 ,目前水工结构可靠度的分析计算主要采用“作用效应-结构抗力”计算模型或在其基础上进行变化的模型。 根据可靠性的定义，结构失效之后即不可靠。 因此，在明确结构功能和失效模式条件下， 结构可靠度就可定量地表示[10]:若结构抗力小于施加在它上面的作用效应，结构就失效，此事件发生的概率即为失效概率。
基于此，定义如下：作用效应用 S 表示，其为非负随机变量或随机过程；结构抗力用 R 表示，也为非负随机变量或随机过程； 当作用效应 S 不超过结构抗力 R 时，结构被认为是可靠的，否则，被认为是失效的。 用数学方程表示为：
（1） 结构处于可靠状态， 结构的工作状态未超过阈值，结构处于安全、实用状态，此时 R-S>0;（2） 结构处于极限状态， 结构的工作状态达到了极限承载能力状态，此时 R-S=0;（3） 结构处于失效状态， 结构的工作状态超过阈值，结构会产生断裂、不安全变形等，此时 R-S<0.
可得到判断结构可靠性的功能函数， 水工结构设计的可靠性思维要点便是需满足此函数取值要求，这种设计思路也称为结构可靠度设计。在水工结构中，R 反映的是坝体材料本身的力学特性，S 反映的是整个坝体所受到的外荷载作用。
2、水工结构的可靠度分析
以重力坝为例，在不同的工况下，其破坏主要考虑两种方式，即强度破坏和稳定破坏，对应的可靠度则称为强度可靠度和稳定可靠度[3].
（1） 水工结构的稳定性可靠度分析。 水工结构的抗滑稳定性计算是基于承载能力极限状态进行的。
以重力坝为例进行分析， 重力坝是依靠自身重量产生的抗滑力来维持其稳定性。 重力坝计算中认为滑动面为胶结面，重力坝坝体为刚体[3,11].此时滑动面上的滑动力作为效应函数，阻滑力为抗力函数。由此可得到坝基面抗滑稳定极限状态的方程：
但是我们在设计过程中不难发现水工结构的极限状态都较为复杂，使用不便，因此在 SL/T191-96中采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法。
以可靠指标度量结构的可靠性， 从而建立起极限状态与结构可靠度之间的数学关系。 该可靠度方法引入了两种极限状态（承载能力极限状态、正常使用极限状态）、3 种荷载 （永久荷载、可变荷载、偶然荷载）、3 种安全级别、5 种分项系数等。 分项系数的选择需考虑工程结构安全级别、设计状况、作用和材料性能的变异性、计算模式不定性等。从而对水工结构最终应达到的可靠度水平进行设计。对坝工而言，分项系数是依据坝体结构的重要性、坝高、失效后果、破坏性质、经济指标等因素以优化方法分析并结合工程经验而确定的[11]. 分项系数极限状态设计法概念明确、使用简便。
例如，对于承载能力极限状态，按作用效应基本组合，其设计表达式为：
但是在使用过程中，仍有不少人反映 SL/T 191-96 分项系数过多，比较繁琐，使用仍然存在不方便，希望采用更为简便的单一系数方法。 因此在 SL191-2008 中将γ0、γdn、Ψ 合并为一个系数 K,也即承载力安全系数 K, 则可将承载能力极限状态简化成为 KS≤R,此时传统的单一安全系数设计法与考虑分项系数的可靠度方法得到了较好的结合， 实现了由复杂到简单的`进化[12].
（2） 水工结构的强度可靠度计算。 仍然以重力坝为例， 混凝土重力坝的材料强度对保证大坝安全十分重要。混凝土具有的抗压强度高的特点，重力坝正是充分利用这个特点发挥其效益。基于强度可靠性方法，以计算重力坝上游、下游边缘的垂直应力为例，可得到：
通过这种计算方法，可得到坝体材料应力值，但其应力值需满足 DL 5108-《混凝土重力坝设计规范》规定的强度指标。 此时则满足 R>S.
同理， 考虑分项系数的可靠度理论设计方法表达式为：
据此，同样可以依据概率极限状态设计法，计算得到设计值。
3、可靠度计算中的系数取值
如前文所述， 由于过去分项系数过多， 新规范SL191-2008 中采用了多系数分析，安全系数表达的方法，各系数的选取如下[13]:
（1） 设计状况系数 Ψ。 新规范 SL 191.2008 中考虑到施工阶段发生事故的概率较高，对基本组合，取设计状况系数 Ψ 为 1.0;对偶然组合，取为 0.85.
（2） 结构重要性系数 γ0.SL/T 191-96 将水工结构的安全级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，结构的重要性系数取为 1.1、1.0、0.9.对于四五级建筑物，在大中型水利水电工程的 4、5 级水工建筑物结构重要性系数取0.9 显然偏低，故提高至 0.95. 在 SL 191-2008 中，计算承载力安全系数 K 值时， 将 4、5 级建筑物的结构重要性系数 γ0取 0.95,1、2、3 级建筑物的结构重要性系数仍取为 1.1 和 1.0.
（3） 结构系数 γd. 配筋混凝土的结构系数 γd取为 1.2; 素混凝土的结构系数 γd按受拉破坏和受压破坏分别取为 2.0 和 1.3.将以上系数 Ψ、γ0、γd代入 K=Ψγ0γd中， 则可以得到 K 值，取整后得到规范 SL 191-2008 文献[12] 中表 3.2.4 混凝土结构构件的承载力安全系数取值表。
4、结论及建议
（1） 本文根据《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50199-2013）等规范性文件，对目前水工结构可靠度的“作用效应-结构抗力”分析计算模型进行分析； 基于对坝基面抗滑稳定分析及混凝土重力坝的材料强度极限状态分析， 发现采用以概率理论为基础的极限状态设计方法更为简便。 基于此， 对照规范 《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）及（SL 191-2008）将可靠度理论应用于水工结构稳定性计算。 基于设计规范， 对可靠度方法中各系数取值进行研究， 使传统的单一安全系数设计法与考虑分项系数的可靠度方法得到了较好的结合，将复杂计算方法简单化。
（2） 考虑可靠度理论的设计方法已成为当代国际工程结构领域的发展趋势， 可靠度理论在水工设计中的应用关键在于合理地确定分项系数， 我国目前使用的设计规范中系数取值多按经验选取， 并未按统计学方法取值。 建议完善荷载和材料等参数数据库， 加强对参数均值及变异系数等原始数据的整合，从而使分项系数取值更为合理。
（3） 传统的单一安全系数法和可靠度设计中的分项系数法各有优缺点， 建议进一步研究两种表达系数之间的关系，从而建立一种表达式简单、概念明确的概率极限状态设计法。
参 考 文 献
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电力杆塔结构体系可靠度分析研究 篇5
杆塔结构设计,一个重要的指标是结构体系可靠度。风荷载是杆塔结构的主要可变荷载,因此分析其可靠度主要是分析风荷载作为可变荷载下的结构可靠度。本文以杆塔结构构 件可靠度作为突破口,详细分析结构体系失效模数,基于随机 变量理论分析结构体系的失效概率,得到体系可靠度。并结合业内最新抗风研究成果,从可靠度角度探讨提高结构抗风性能的重要举措。
1组成体系单元(构件)的可靠度分析
组成结构体系的单元(构件),其可靠度分析比较明确。杆塔结构构件设计表达式主要涉及3个基本随机变量,即可变荷载效应、永久荷载效应及材料构件抗力。基于这些随机变量的均值、方差计算,根据JC法计算可得构件可靠度。结构构件的功能函数关系式为[1]:
式中,R为构件材料抗力;SG为永久荷载效应;SQ为可变荷载效应。
R、SG、SQ都是基本随机变量,且基本变量的标准值满足的关系式如下:
式中,K为安全系数,通常取1.5。
1.1随机变量统计参数
利用JC法计算构件可靠度,需要知道随机变量 的统计参数。根据相关 的理论文 献[2],构件中的 基本随机 变量统计 参数:R服从对数正态分布,其变差系数CvR=0.12,模比系数KR=1.14;SG服从对数正态分布,其变差系数CvG=0.07,模比系数KG=1.06;SQ服从极值I型分布,其变差系数CvQ=0.19,模比系数KQ=1.00,变差系数与模比系数根据R、SG、SQ的均值与均方差计算得到。
1.2可变荷载相关参数
3个基本随机变量中,可变荷载效应SQ的统计参数与重现期相关。根据目前架空送电线路设计规范,风荷载重现期规定按电压等级分,500kV及以上重现期为50年,500kV以下重现期为30年。为了便于计算可靠度,本文计算的可 变荷载效应取重现期30年,风速取值35m/s,基准高度10m。
1.3相关参数假定
假定导线的平均高度在33~48m之间,水平档距在300~700m之间,垂直档距取值为水平档距的1.2~1.5倍,导地线线条风荷载与自重荷载的比值范围在0.6~1.3之间。通过这些基本参数,选择合理的杆塔几何模型,确定杆塔荷载效应比,由上述公式得到构件材料抗力表达式,进而可计算变量的统计参数,通过JC法完成构件可靠度计算。
2结构体系失效模式分析
杆塔结构体系由多杆件组成,体系可靠度与结构构件可靠度存在必然联系,但也有一定的差别。针对某一 杆件,控制工况是唯一的,其失效模数就只有一个。但是一个体系由多构件组成,每个构件的控制工况存在差异,所以其失效模式有多种,计算杆塔结构的可靠度也非常复杂。为了便于计算,只考虑荷载作用下失效概率比较大的失效模式。
正常情况下,对杆塔结构稳定起控制 作用的是 杆塔主材。主材作为主要支撑构件,若遭到破坏,则整个传力体系破坏,结构失效。在设计安全度方面,主材一方面受规范条款的约束而在一定范围;另一方面,与杆塔设计人员的理念 相关。比如杆塔有限元分析 软件,主材的设 计应力比 值可取100%,也可取90%,这一定程度影响体系的可靠度。根据 笔者所了 解情况,大部分设计院设计主材应力比都在95%~100%之间,余度不会很大,相比辅助材或者斜材,主材的设计安全度较小。因此,研究结构体系的失效模式,关键是确定主材的失效模式。
杆塔结构作为空间桁架体系,节间众多,且每个节 间的主材受力差别很大,若按满应力设计法,主材规格 多、接头多,将导致不经济、安装困难。目前做法类似于建筑结 构的标准 层,按受力及构造分段,一般一个耐张塔为4~6段,直线塔特别是大呼高塔可至10段。每一段主材为同一种规格,根据规范 规定的极限状态设计法确定,其失效模式通常认 为一致。因此,杆塔体系的失效模数与塔型、呼高相关,应针对具体情况 进行分析。
从收集的资料来看,倒塔事故多由强台风、飓风引起,塔型以直线塔为主,杆塔破坏以主材压曲破坏占多数,且主要发 生在变坡处以下。从设计角度来分析,直线塔受风 控制明显,特别是塔头以下主材,直接受风荷载增加的影响。因此分析杆塔结构体系的失效模数,应当结合倒塔事故的主要特征,对主要起控制作用的失效模式进行分析。变坡以下主材屈 曲破坏均可认为是起 控制作用 的失效模 式,主材分段 数即失效 模式的数量。
3电力杆塔结构体系的可靠度分析
杆塔结构作为高耸结构,在水平荷载作用下主要为弯曲变形,其变形特征与悬臂结构水平荷载作用下特征比较类似。因此,将杆塔主材分段后每段视为一个点,整个杆塔由上至 下视为多“点”串联体系。根据上述失效模数的论述,明确结构体系的可靠度分析实质上即是分析多点串联体系的可靠度,其计算可采用基于串联体系的窄界限法[3]进行。
根据窄界限法的计算方式,串联体系的失效概率P界限范围的计算式为:
式中,i为起控制作用的失效模数;Ei为发生事件;Ei∩Ej 为2个失效事件交集;P(Ei)为Ei事件的失效概率;P(Ei∩Ej)为不同事件同时失效的概率。
P(Ei)可通过JC法计算其可靠度后反算得到。公式中还需要明确2个事件Ei、Ej发生交集的概率,即同时失效 概率。这可以通过随机理论来模拟获得,通过计算2个随机变量之间的相关性,得到事件交集发生的概率。
基于以上公式及理论,可确定杆塔结构 体系的失 效概率,其值明显会比单个失效事件下的概率要高,但比各个事件对应的失效概率简单叠加要小。通过确定失效概率范围,得到结构体系在多个失效模式下的可靠度。
文献[4]对DL/T5154—2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》[5]在一定的可变荷载与永久荷载比值下的可靠度有详细论述,当比值为5时,可靠度指标为2.90,比值越大即风荷载越大时,可靠度指 标越低。根据GB50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》[6]要求,安全等级为二级的结构,其延性构件的目标可靠指标为3.20。因此杆塔结构可靠度明显偏低,根据笔者近年来所接触的工程实例,在沿海地区如广东揭 阳、汕头、湛江等地,输电杆塔常受台风影响倒塔,电网公司就此制定了相关的抗风设计导则[7]。其中一条关键规定是将110kV、220kV线路在基本风速V=35m/s以上地区,计算导、地线大风工况水平荷载时风荷载调整系数βc取1.3。从可靠度 角度理解,风速越大则可变荷载越大,结构可靠度越低,因此采取增大风荷载效应的方式补偿处理。计算 得到考虑 增大导地 线风荷载后构件可靠度增加0.15~0.5,结构体系失效概率的数量级别与建筑结构较为接近,结构可靠度较为合理。
4结语
《工程结构可靠度》 篇6
关键词：钢框架,结构,可靠性,应力
钢框架是利用钢材作为材料, 利用钢梁和钢柱来承受建筑物的垂直和水平应力的结构, 在一些大跨度或者需要承担较大荷载的工业厂房以及部分民用建筑中用的比较多, 在国外的影响高层建筑中, 钢框架结构得到比较广泛的利用, 例如美国的芝加哥西尔斯大厦和著名的纽约帝国大厦, 都利用了这种结构。在工业厂房中主要是在影响有重型吊车和跨度较大的结构在用的比较广泛, 其中钢框架可以分为单阶和双阶柱, 钢框架主要用来承受楼板或者屋面的荷载、地震荷载以及水平方向上的风荷载等, 钢杆件一般利用焊接的方法进行连接, 铆接和高强度螺栓也用的比较多。
1 钢框架的特点
利用钢框架结构可以充分的利用和扩展建筑的空间, 由于其主截面相对比较小, 可以有效的增加建筑面积, 形成比较大的利用空间, 而且其结构之间的刚度分布比较均匀, 施工布置上比较灵活, 构造相对比较简单, 施工容易实现而且速度快, 工期相对比较短。具有比较好的抗震性能, 由于钢材具有非常好的强度和剪切性能, 以及拉伸和扭转等机械性能, 可以很好的抵抗地震的破坏外力, 使钢框架具有比较突出的抵抗地震的变形能力。而且钢框架结构和其它的建筑结构相比, 自主比较轻, 可以有效的减少建筑结构的自重对于基础的荷载和应力, 增强基础的抗地震能力。
2 加强钢框架结构可靠性设计的意义
钢框架结构是指沿房屋的横向和纵向用钢柱或者钢梁组成的框架结构, 这种框架结构主要用来作为承重和抵抗侧力的结构体系。钢框架在工业厂房的建设中应用的比较多, 是一种比较常见的结构体系, 在建筑领域中也得到了快速的发展, 在生活和生产中得到了比较广泛的应用。钢框架梁柱连接的形式直接的影响到了框架的受力, 也影响到了钢框架的刚度和可靠性。由于钢框架本身的侧向刚度比较小, 在水平荷载的作用下容易产生二阶效应, 在地震时, 二阶效应更加明显, 容易引起结构中非结构性构件的破坏。钢框架结构在竖直应力的作用下, 导致钢框架主的轴向应力随着层数的增多自上而下逐渐的表达, 特别是位于地层的钢框架柱的应力相对比较大, 钢框架梁和框架柱上的其他应力如剪力和弯矩则没有随着空间位置的变动而又显著的增加。在水平应力的作用下, 框架柱和框架梁中的能力, 如弯矩、剪力和轴向力都随着层数自上而下而逐渐的增大, 常常在底层的框架梁的梁端的内力最大, 这些因素都影响了钢框架结构的可靠性和稳定性。
3 钢框架结构的设计方法
根据钢结构设计的有关规定, 钢框架结构的内力应当满足以下两个条件:
3.1 框结构可以用一阶弹性分析的方法
3.2对于的框架结构, 通常采用二阶弹性分析的方法
其中, 式子中的∑N表示楼层中轴心应力总和设计的数值;∑H表示产生层间侧位移△μ的楼层和各个楼层的水平应力的和;[△μ]表示按照一阶弹性分析时所得到的楼层间的侧位移, 如果需要用二阶弹性分析时, [△μ]可以取[△μ]来进行计算, h表示需要计算的楼层的层高。在研究钢框架结构的稳定性和可靠性时, 就需要对钢框架的内力、位移以及位移对内力的影响, 然后根据变形后的结构体系建立平衡条件, 即考虑P-△的影响影响。所以在钢框架结构的设计中通常采用二阶分析的方法, 对于没有侧位移的钢框架, 由于没有P-△的影响, 只有P-δ的影响效应, 在这种情况下可以使用长度计算的方法。
长度计算法就是通过结构体系中的系数μ来计算框架中柱子的稳定性, 进而来考虑整个结构体系的可靠性和稳定性, 这种方法看似是只是对柱子进行计算, 但是由于长度系数μ, 所以其计算结果就是整个钢框架结构的结构, 就是对钢框架结构的可靠性和稳定性的计算。为了计算无测位移钢框架结构长度, 可以根据弹性稳定理论, 做以下假设:在发生失稳时横梁的两端的角度的变形情况相同;钢框架只承受到了对于节点的竖向应力, 可以忽略水平应力和横梁内力对钢框架端口处弯矩的影响;当钢框架所有的柱子发生失稳时, 也就是表明钢框架所有的柱子达到了临界应力条件。按照规范给出的计算柱子长度系数的表格中的数据, 其中变量K1、K2分别表示在柱子上下端口节点的横梁线刚度的和与柱线刚度和的比值, 当横梁和柱子铰接时, 横梁线的刚度为零, 当柱子和基础刚连接时, 可以取K2=10。结果整理和计算可以得到长度系数μ的近似计算公式, 可以得到梁柱线刚度的比值在不同情况下的规律。
没有侧位移情况的单层或者多层钢框架的底层柱的长度系数的计算方法, 当底层柱进行刚度固定时, 可以取K2=10进行计算, 得到长度系数, 关系线如图1所示。
当柱脚采用铰支固定时, 取K2=0, 可以得到, 其关系线如图2所示。
有侧位移的单层或者多层钢框架底层柱的长度系数的计算方法, 当柱子采用刚度固定时, 取K2=10进行计算, 得到, 其关系变化曲线如图3所示。
当柱脚采用铰支固定时, 取K2=0, 可以得到, 其关系线如图4所示。
通过上面的公式可以看到, 随着K1、K2的增大, 长度系数μ会逐渐的减小。
在运用二阶弹性分析时, 按照规范的要求, 要在每层柱顶加上一个假想的水平力Hni, Hni的计算方法如下式所示:
式中, Qi表示第i层楼层的全部重力荷载的设计值, ns表示钢框架在全部层数, 当取值为1, αr表示钢框架材料的强度影响系数, 按照有关标准规定, Q235钢材为1.0, Q390钢材为1.0, Q345为1.1。
对于有侧位移的钢框架结构在利用二阶弹性方法分析时, 其中各个杆杆端的弯矩可以按照下式进行近似计算:
式中, Mivb表示钢框架在没有侧位移时按照一阶弹性分析的方法得到的各个杆端的弯矩, Mivs表示其中各杆节点在进行侧位移时按照一阶弹性分析的方法得到各个杆端的弯矩, 表示二阶效应时第i层的侧位移弯矩增大的系数。对于具有侧位移的钢框架, 在利用一阶弹性分析的方法计算钢框架的内力时, 柱子的长度系数按照有侧位移的钢框架的有关规定来选择。如果要利用二阶弹性分析的方法来计算钢框架的内力时, 需要在每层柱顶加上一个假想的水平应力Hni, 还要考虑P-△的影响, 柱子的计算长度可以选择几何长度进行计算。稳定性的设计值可以按照下式进行验证:
式中, φx表示截面系数, 可以查表得到;, μ′表示为长度系数, 是在原来的长度系数的基础上乘以放大系数得到的。
钢框架的稳定性和可靠性和横梁和柱脚的连接方式有很大的关系, 也和柱子本身的截面特点有关, 随着横梁刚度的不断变大, 钢框架的稳定性也会不断的提高。在针对钢框架稳定性和可靠性设计时, 对于有侧位移的钢架, 需要考虑在应力作用下钢框架的二阶效应, 如果, 这个时候可以不考虑钢框架的二阶效应, 可以直接利用计算长度的方法;如果时, 在用计算长度方法进行计算时存在不准确的现象, 需要进一步的考虑到钢框架的二阶效应。
对于钢框架结构稳定性和可靠性的设计主要是分析和验证各个构件结构的应力, 使它们能够达到稳定性的要求。在进行设计时可以对整个结构体系进行整体的一阶分析, 然后确定其中各个结构的最大应力或者失稳应力;然后利用具体的公式对各个构件进行计算。在利用计算长度系数的方法来确定钢框架结构整体和部分构建的相互作用方面, 具有比较突出的优点, 其内力的计算和分析相对比较简单, 而且还可以利用叠加的方法计算总应力。在工程实践中, 这种方法具有非常好的可靠性, 所以得到了设计人员的广泛的利用。随着电子计算机技术和有限元分析技术的发展, 一些具有更加可靠性的设计方法也得到了人们的重视, 比较突出的是高等分析的方法, 有可能成为将来结构设计的主要方法。
参考文献
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《工程结构可靠度》 篇7
MCS (Monte Carlo Simulation) 方法本质上是一种数值模拟过程, 由于具有模拟计算结构可靠度相对精度较高, 适宜于大型复杂结构系统, 但其最大缺点是计算量大, 需要对随机变量样本进行大量统计。重要抽样MCS方法的基本思想是通过改变随机抽样的中心, 使样本点落入失效域的几率变大, 分析效率高。
2 重要抽样MCS法可靠度分析
结构的功能函数为, 基本随机变量X的联合概率密度函数为。按对X进行随机抽样, 根据所得样本值X来计算功能函数值, 若, 则表明模拟中结构失效一次。假若总共进行了N次模拟, 出现了nf次, 则结构失效概率pf的估计值为:
结构失效的表达式为:
式中的指示函数
重要抽样概率密度函数
3 工程算例
3.1 计算参数
某非线性工程结构极限状态方程为至X7均服从正态分布, 均值变异系数, 计算该结构的失效概率Pf以及可靠度指标β。
3.2 结果计算与分析
本文基于MATLAB编制非线性结构可靠度分析程序, 基于重要抽样MCS方法与直接MCS方法进行非线性结构的可靠度分析, 抽样次数采用104、105、106、107次, 计算结果如表1所示。
基于重要抽样MCS方法的MATLAB命令流如下:
结束语
MCS方法几乎可以应用到任何形式的结构可靠度分析上, 从理论上说, 已知设计变量的概率分布类型, 且抽样次数足够多, MCS法可以求得真实的失效概率, 但直接MCS方法需要处理大量的统计试验数据, 若采用人工处理会有很大的困难。本文通过MATLAB编制非线性结构可靠度分析程序, 说明重要抽样MCS方法求解非线性结构可靠度效率较高, 其进行104次抽样后, 其可靠度指标与失效概率趋于稳定, 计算结果较为精确, 在实际工程进行可靠度计算具有一定的意义。
参考文献
[1]吴斌, 欧进萍, 张纪刚等.结构动力可靠度的重要抽样法[J].计算力学学报, 2001, 18 (4) :478-482.
《工程结构可靠度》 篇8
位于黄河流域的伊洛河偃师城区段是典型的干支流交汇河道,受洪水影响,数千年来河道左右摆动,河床冲淤升降不断,对伊洛河的防洪安全、生产建设和附近居民生活都造成了不利影响。在此背景下,当地水利部门开展了伊洛河偃师城区段二期河道治理工程,对交汇河段实施整治河道、修建提防和节制河槽等措施[1]。本文在已有的物理模型实验成果的基础上,应用MIKE21平面二维水动力学模块(HD)对伊洛河偃师城区段二期河道治理工程进行数值模拟实验研究,主要研究内容有:建立适合伊洛河交汇河段河道治理工程的数值模型;应用交汇河段模型,根据不同洪水过程按照洪峰流量进行恒定流条件下的平面二维数值模拟;以数值模拟及物理模型实验成果为基础,对比分析工程修建前后河道河势、水位、流速的变化,对工程规划的合理性作出评价。
2 计算原理
MIKE21计算参数包括两类:数值参数,主要是方程组迭代求解时的有关参数,如迭代次数及迭代计算精度[2];物理参数,主要有床面阻力系数、动边界计算参数以及涡动黏性系数等[2]。
2.1 控制方程及解法
2.1.1 控制方程
数学模型的主要控制方程为雷诺方程的垂向平均[3]:
质量守恒方程:
X方向动量方程:
Y方向动量方程:
2.1.2 求解方法
在空间上,由于网格类型为非结构网格,采用中心有限体积法对原方程进行离散,把整体的计算区域细分为非重叠的单元;时间上采用显示积分。节点之间的近似解一般可以认为光滑变化,原则上可以应用插值方法确定,从而得到定解问题在整个计算区域上的近似解。[4]
2.2 定解条件
2.2.1 初始条件
对于给定的计算区域,在时间t=0时,令:
2.2.2 边界条件
边界条件为开边界上已知的水位、流速分量或流量,进口边界条件一般根据计算区域以上的产汇流模型计算或由实测水文资料确定[4],出口边界是自然开边界,按实测水文资料(水位一流量关系)确定。
3 模型的建立
3.1 模型的前处理
3.1.1 原始数据
根据伊洛河偃师城区段二期河道治理工程设计平面图(见图1)建立模型地形。
综合治理工程堤防按50年一遇防洪标准设计,各治理河段上游或下游均有水文站控制。
3.1.2 数据处理
a.模拟区域的网格划分。模型剖分采用三角网格,本次设计区域中主槽部分需要进行加密,采用最大网格面积100m2,其余地区最大网格面积为2000m2,网格总数为23007,平滑1000次。
b.模拟水文条件。依据工程设计任务,按20年、30年、50年一遇的洪水过程选取典型洪峰流量作为水文模拟条件,按河道面积比的0.75次方移用当地设计洪水得到模型恒定流进口流量值。
3.2 模型搭建及验证
3.2.1 搭建参数
设计初始水位设为:主槽部分初始水位为1.5m,滩区部分水位为0m。时间步长为10s,时间步数为671,模拟时长共计1小时51分50秒。
3.2.2 模型验证
为使模型正确模拟计算区域的洪水演进过程,需要对模型参数进行率定。经过反复调整糙率,得到一组曼宁系数,主槽22,滩地18,对应河槽糙率取n=0.045,滩地糙率取n=0.056。代入实测资料进行验证,模拟结果与实测值误差满足精度要求,模型验证成功。
4 数值计算及分析评价
4.1 计算方案
为与实际情况符合,将伊河支流与洛河支流的洪峰方案分开考虑,与3种洪水频率组合后共有6种计算工况,详细方案见表1。
4.2 成果分析
4.2.1 河道流势分析
20年一遇、30年一遇洪水模拟成果见图2和图3。
计算结果显示,治理工程修建后的河道主流位置与主河槽完全吻合。说明工程对主河槽的调整规划起到了应有的效果,使之顺应河势,稳定了河流。
据调查,工程修建前的河流漫滩现象很严重,过流覆盖面积很大,而治理工程模拟结果显示河道主槽过水宽度减小,水流只在主槽范围内流动,上滩情况很少,即伊洛河节制工程的修建使水流受到集中约束,河道的过流能力增强。
4.2.2 堤防可靠度分析
考虑最不利因素,以50年一遇洪水级别对修建堤防工程的河道进行模拟及安全性分析。计算结果见图4。
a.提防安全分析。从图4看出模拟区域有3处水流十分靠近大堤,分别为伊河段北岸,漯河段上游的北岸和下游的南岸,在50年一遇洪水最大流量下仍没有被直接顶冲,视为安全,预计更大洪水时有可能会受到水流顶冲,造成冲刷。所以在此三处区域的工程修建应该注意对大堤的加固保护处理。
b.可靠度评价。伊洛河规划工程在50年一遇洪水的最大流量下是安全的,建议在伊河段北岸、漯河段上游北岸和下游南岸的水流接近顶冲处采取护岸措施,加固堤防。
5 结语
结论:伊洛河偃师城区段二期河道治理工程是有效可行的。按照规划将河道治理之后水流被稳定在主槽之内,来洪没有受限,主槽过流能力增大,不再发生冲於游荡变化,50年一遇洪水最大流量下校核规划堤防是安全的,说明伊洛河偃师城区段二期河道治理工程是有效可行的。
建议:预测更大流量洪水对工程的影响,应该加固堤防。50年一遇洪水最大流量下校核规划堤防是安全的,更大流量时有可能会发生水流漫过亲水平台冲刷堤防,在伊河段北岸、漯河段上游的北岸和下游的南岸,水流接近顶冲处应采取护岸措施,加固堤防。
参考文献
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