服役工程结构可靠性理论及应用方法

严格来讲，服役结构的抗力和荷载效应都是随机过程，因而这种结构时变可靠性分析是一个相当复杂的问题。现有的随机静态可靠度计算方法，大致有点值估计法、JC法、直接积分法、MonteCarlo、响应面法及优化算法等［15，16，29，86］；而时变可靠度的计算方法并不成熟，从破坏的机制看，首次超越问题是其要解决的主要问题［15，29］。

由于拟建结构的可靠性分析只能建立在非自身的信息基础上，多采用的是空间类推的统计方法；而服役结构则较多采用时间外推的统计方法，即通过对历史和目前信息的分析推求结构在未来服役期内的统计特性［12］。考虑到结构抗力和荷载效应都是随机过程，显然用随机过程来研究服役结构的可靠性，在理论上是相当合理的。由于用随机过程理论研究结构可靠性问题，在方法上目前还不够成熟，计算过程也过于繁复，不便于工程实用。因此，寻找符合服役结构性能和可靠度计算特点，又与现行结构可靠度统一标准原则相吻合的计算及性能评估方法，是服役结构可靠性的重要研究内容。

由于问题的复杂性，目前大量的研究工作集中在两个方面。一方面是对具体工程结构进行系统可靠度的分析计算时，采用现场测试与监测采集的数据，基于Bayesian方法分析观测数据［185］及利用验证荷载试验结果分析方法等［112］，从单一构件的可靠性分析着手（主要是安全性），进而采用成熟的方法分析特定结构系统的可靠度，给出定量的结论，并对其中的各主要变量的影响进行研究；另一方面是工程结构系统的静力可靠度和动力可靠度计算的一般理论研究，如二维、多维标准正态分布函数的解析方法及快速半数值积分方法［2，12］、结构系统可靠度的近似方法（串联结构体系）等［86］。

构件的可靠度计算及评估是工程结构系统可靠性计算与评估的基础。服役结构构件可靠度计算应根据实际情况，由分析、评估或鉴定时的实测数据统计推理得出抗力和荷载（及其组合效应）的统计参数，再按成熟的计算方法计算，并可由此评定构件的等级，给出定量与定性相结合的结论［139，186］。不考虑抗力的衰减及相关荷载等因素的构件可靠度计算方法已比较成熟。考虑抗力衰减的服役结构构件可靠性分析，其某一极限状态的功能函数随机过程可用式（2.12）表示，即Z（t）＝g［R（t），S（t）］＝R（t）－S（t），其中的R（t）与S（t）分别为构件抗力和荷载效应随机过程，则在继续服役基准期内的可靠概率为：

相应地，在［τ＇0，τ＇0＋T＇］内每一时刻t的R（t）＞S（t），才能使构件处于可靠状态，其相应的失效概率为：(www.xing528.com)

按建筑结构设计和鉴定的有关规范及标准［187，188］，设构件的永久荷载效应为G，可变荷载效应为Q（t），则在［τ＇0，τ＇0＋T＇］内构件的失效概率可表示为：

式中：R（ti）和Q（ti）为构件抗力和可变荷载效应的时点值（任意时刻ti）。

目前对服役工程结构可靠性计算方法研究的理论成果较多，实际应用中还是较多地采用“定性”的思路和方法。由于工程结构中的不确定性因素多而且有的因素不确定性可统计性差，即使是由简单构件组成的结构系统，计算出的结果也仅仅是“名义”上的而非实际上的失效概率。对服役工程结构可靠性的理论研究，一般是从构件的可靠性计算入手，再由构件根据结构系统的特点，近似得出结构系统的可靠性（定性或定量）结论。但即使是构件的可靠性问题，也有一些问题尚未很好地解决，如构件抗力的衰减规律、相关可变荷载及基本变量相关性的统计问题等。为此，服役工程结构的性能评价，应该从服役构件的可靠性计算与评估出发，提出对工程结构系统的可靠性计算和评估的一些方法，使评估（定性）与计算（定量）之间尽量结合，实现基于半概率方法的评估。