孙晓静
（河南省豫北水利勘测设计院，河南，安阳，455000）
【摘 要】经济社会的发展使得人们对于水利水电工程的数量以及质量的要求都越来越高，水工设计的可靠度设计时其建设中的重点，关系着工程的使用质量和寿命，因而设计单位对此也必须要给予足够的重视。为了尽可能降低地基渗漏情况发生的几率，在进行水工结构的设计前，设计团队要进行实地的考查，施工地的地质环境、水文状况以及城市村落的分布状况都会对设计方案产生不同程度的影响。
【关键词】水工；结构；可靠度；设计方法
水利工程对于地区的农业发展以及水电供应来说都至关重要。目前我国的水工建筑结构向着多样化的规模化的形式发展，很多地区的环境十分复杂施工面临诸多的困难，而且投入使用后容易出现结构损坏、地基渗漏等问题，因而设计人员在进行水工结构的方案设计时也需要考虑到这些状况。基于此，下面本文就先对水工结构可靠度设计方法进行相应的分析和研究。
一、水工结构可靠度设计方法
就目前来说，水利水电工程在推动我国社会经济快速发展方面起着非常重要的作用。因此，必须做好水利水电工程的水工结构的可靠度设计工作，确保水利水电工程的质量，延长其使用寿命，进而能够进一步推动我国社会经济的快速发展。基于此，下面本文就对水工结构可靠度的设计方法进行深入分析和研究，以便能够在最大程度上提高其结构的可靠度。
1.1水工结构可靠度理论
传统水工结构采用安全系数设计方法，目前的可靠度设计有取代前者的趋势。极限状态设计是水工结构可靠度设计的理论依据，水工结构的可靠度理论属于专业的工程结构设计范畴，因而需要掌握专业的建筑知识、数学基本功等等才能做出合理的设计方案。可靠度设计与传统的结构设计相比安全性更高、实际操作难度更低等优点，但是适用的范围仍然较小。因为在正常情况下只需要将抗力和效应作为变量可以设出极限状态方程。水准Ⅰ主要是为了预计影响水工结构安全性的相关因素，根据半概率公式等设计相应的实验从而做出相应的对策，但是水准Ⅰ无法计算工程结构的使用性能也就是可靠度。水准Ⅱ是计算可靠度的，从而可以推算出发生意外状况产生损坏的概率，需要用到统计、线性代数以及标准差的相关知识。水准Ⅲ是最简单计算方式，但是由于该方式所有的随机变量统一采用了联合分布，因而可靠度也较低因而在实际中较少使用。目前水准Ⅱ是水工结构可靠度设计最常应用的，该方式可以采用尽速概率法进行计算，其积分表达式为
上式中，R表示结构的承受抗力，s表示效应，其标准差和均值为mR和ms,因而其可靠性指标β就可以用下式进行计算
可靠性指标在数学中的定义就是标准正态空间中原点到极限状态超平面的最短距离。当s和R并不服从正态分布时，这时对其进行一定的特殊处理，即当量正态化，计算不同验算值下的β。业内有多种方式进行验算，目前JC方法已经得到了广泛的应用，该方式可以将非正态分布的变量进行当量正态化计算，可以使一些基本的变量数值更符合水工结构设计的要求，提高其可靠性，降低问题出现的概率，有利于保证水利工程的质量。但是JC计算的缺陷也是十分明显的，该方式计算的难度比较大，要进行多次计算才能得到正确的结果，因而需要的时间也会较长。而且水工结构的可靠设计出了需要得到数值结果外还要分析变量与变量，变量与可靠度之间的关系，因而在实际的设计应用中还需要结合数学、物理等知识。
1.2分项系数极限状态表达式
随着水利工程建设的现代化，分项系数极限表达式发挥的作用也越来越大，该式反映了材料性能分项系数以及作用分项系数的关系，通过计算可以发现结构中一些不稳定的因素，并作出应对从而保证水利工程施工的顺利进行。
其实以上两个分项系数与结构安全性的关系并不是很大，作用分项系数r可以直接影响结构的变异性，从而可以推算出材料性能分项系数y。在进行水工结构的设计中可以通过计算结构及材料的不确定性对结构进行完善和调整，使其更加合理。一般我们会在分项系数极限状态表达式引入系数r表示结构抗力中的不确定性，其表达式如下
不同计算方式得到的水工结构的可靠度数值也会有所差别，为了确定一个统一的标准保证工程的安全性，行业标准与规范也有对三个标准计算下的水工结构的结构系数做出规定，水准Ⅰ、水准Ⅱ和水准Ⅲ是一个由高到低的顺序，分别为1.1、1.0、0.9。
二、目标安全度确定方法
确定目标的安全度对于水工结构可靠度设计来说至关重要，影响着水利工程的使用价值。通过实地的勘察、实验以及公式的解析等等来确定目标的安全度相比之前准确性提高了很多。市场经济下水利工程也应当在设计之初就规定其使用年限，当到达最终年限时要进行相应的改造或者是重建，这有利于保证社会资源的合理使用，提高水利工程设计和使用的效率。
确定方向安全度符合现代设计理论的要求。风险解析是目标安全度确定的主要办法之一，进行水利工程的建设是为了获得其使用价值，其使用价值是使用年限和作用请求的统一体，而工程发生故障以及出现事故则是其风险。
三、水工结构可靠度设计方法应用中的障碍
3.1变量不确定
以上介绍的几个方程在计算中均存在诸多的不确定的变量，这些随机变量使得水工结构可靠度设计的难度大大增加，这也是其应用中的主要障碍之一。一些主要的随机变量，例如结构的可承受抗力以及效应等因素很难给出一个确定的取值，有的甚至连范围也很难确定，而且还会根据材料、环境等的不同发生变化。除此之外，材料结构的变形量、使用过程环境的变化等等也很难进行确定。如果不能解决这些问题，水工结构的可靠度设计也很难进行。
3.2可靠度理论度量结构安全局限性问题
可靠度理论可以说是目前比较先进的水工结构安全评价标准，但是它仍然存在一定的局限性。首先其具体的评价内容的合理性随着认识水平的提高不断受到质疑，因为这些问题受外界的因素影响过大。可靠度的计算方法也存在问题，利用全概率或者半概率公式计算出的可靠度是否能正确反映工程的真实状况还存在整理。而且水工结构的可靠度设计无法兼顾所有的影响因素，如果过多考虑社会因素和经济因素就会导致其不符合理论，也无法将变量带入方程求解。此外很多随机变量是无法通过计算得到的，只能根据工程建设经验，但是经验很多时候并不是准确可信的。
四、安全度建设办法的评价
4.1水工结构的特征
水工结构的最大承重、设计方案的合理性、建设过程等都是影响建筑使用的因素。水工结构的最主要特征就是与土木项目具有诸多的相似处。其次水工构造的荷载量会因建设物料以及建设方式的变化发生随机变化，也可以将之称之为水荷载。水工结构的建设环境具有多样性，其建设的质量与地质构造具有高度的相关性，而且由于项目往往比较大，影响面也比较广直接关系到人们的生存状况，因而其使用的安全性至关重要。除此之外由于其建设会使用较多的混凝土，温度对其的影响较大。
4.2无限状况设计的问题
利用无限状况设计的水工构造一般结构复杂，因而其很难准确计算其承载量。再加之目前对于这方面的研究不足，并没有一个工人的计算方式，使得承载力无限状况更难进行肯定。安全度计算比较复杂，因为无限状况设计下的分项系数、随机变量都比较多，而且系数之间的相关度也不高，这就使得安全度计算更加困难。
总而言之，可靠度理论下的水工结构设计已经是目前水利工程建设的大势所趋，并且在实际的应用中也取得了不错的成效，保证了结构设计的合理性同时保证了工程的施工效率和使用安全性。相关技术人员也要不断发现当前的水工结构设计中存在的问题，并积极寻找解决的对策，共同推动了相关行业的发展。
参考文献：
[1]肖黎莎 基于可靠度理论的水工结构设计方法[J] - 湖南水利水电 2015（04）
[2]周佑庭 一种在水工结构分析中应用的空间杆块过渡单元[J] - 湖南水利水电 2013 （06）
论文作者:孙晓静
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
标签：水工论文; 结构论文; 可靠论文; 变量论文; 系数论文; 分项论文; 水准论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;