1 引言

建筑結構的可靠性是工程設計的關鍵因素，特別是對于大型工程設計，其結構的安全性尤顯重要。自 20 世紀 30 年代起，國際上初步開始了結構可靠性基本理論的研究，并逐步擴展到建筑結構分析和設計領域。我國對結構可靠性理論的研究始于 20 世紀 50 年代，雖然目前在結構可靠性方面的理論研究有了很大的進展，但相比國際發達國家的研究還有一定的差距。因此，從結構可靠性理論的發展中尋找有益于我國建筑結構可靠性發展的對策和方向成為迫切需要解決的問題之一。

2 結構可靠度的研究現狀

2.1 在役結構的可靠性評估和維修決策問題

對在役建筑結構的可靠性評估與維修決策已成為建筑結構學的邊緣學科。目前對已有結構可靠度的評估采用的方法屬于實用分析法，這是在傳統經驗方法的基礎上，結合現代檢測手段和計算技術的一種評估方法。而如何根據已有結構本身材料性能的實測結果，來推斷該結構的抗力隨時間的變化而變化的規律來計算該結構繼續使用期內的可靠度或評估該結構的使用壽命，是已有結構可靠度研究的一項重要內容。

對處于不同環境下建筑物使用壽命的安全性評估問題，在結構設計的工作壽命期如何通過正常使用和必要的維護保證結構應有的可靠度，超過正常使用年限后如何安全地繼續服役等都應該是可靠度研究的重要方面。

2.2 腐蝕環境下結構可靠度的分析

目前，國內外的研究多數集中在氯離子侵蝕環境中鋼筋混凝土結構可靠度的變化，對硫酸鹽腐蝕地下混凝土結構使混凝土體積膨脹的研究還不是很多。在現今的這些研究中，有的并未考慮結構設計參數對混凝土中鋼筋腐蝕起始時間和鋼筋銹蝕速度的影響，有的雖做了考慮，但并沒有考慮二者之間的相關性。

2.3 結構體系可靠度分析方法

對于結構體系來說，體系可靠度由組成該結構的所有元件的極限狀態面決定，結構體系失效區域由所有元件的失效區域并交混合而成，而此時結構點可靠度的可靠指標已無確切意義。由于結構失穩是網殼結構破壞的重要原因，所以網殼結構的穩定性是一個非常重要的問題，正確地進行網殼結構，尤其是單層網殼結構的穩定性分析與設計是保證網殼安全性的關鍵。

3 影響工程結構可靠性的事物不確定性的研究現狀

3.1 影響工程結構可靠性的事物不確定的分類

工程結構要求具有一定的可靠性，是因為工程結構在設計、施工、使用過程中具有種種影響其安全、適用、耐久的不確定性。這些不確定性有以下幾個方面 ：

1）事物的隨機性。由于事件發生的條件不充分，使得在條件與結果之間不能出現必然的因果關系，從而事件的出現與否表現出不確定性，這種不確定性稱為隨機性。研究事物隨機性問題的數學方法主要有概率論、隨機過程和數理統計。

2）事物的模糊性。即一個對象是否符合這個概念是難以確定的，也就是說一個集合到底包含哪些事物是模糊的、非明確的，主要表現在客觀事物差異的中間過渡中的“不分明性”，即“模糊性”。研究和處理模糊性的數學方法主要有L·A.Zadeh 教授開創的“模糊數學”。

3）事物認識的不完善性。事物是由若干相互聯系、相互作用的要素所構成的具有特定功能的有機整體。對知識的不完善性處理還沒有成熟的數學方法，在工程實踐中只能由有經驗的專家對這種不確定性進行評估，引入經驗參數。

3.2 影響工程結構可靠性的事物不確定性的研究現狀

結構工程中的隨機性包括物理不確定性、統計不確定性和模型不確定性。傳統的結構可靠度理論屬于隨機可靠度理論，因為它處理的主要是物理不確定性問題 ；而經典可靠度理論則更多地考慮統計和模型不確定性問題。

對于模型不確定性對結構可靠度的影響，目前國內外結構設計規范的統一處理方法是在考慮材料性能和幾何參數隨機性的抗力模型基礎上，考慮計算模式隨機性的隨機變量，以考慮模型不確定性的影響，這種方法屬于經典的隨機可靠度理論范疇。Ditlevsen 首先提出了采用 Bayes 統計理論研究模型不確定性的方法 ；Maes 研究了承受模型不確定性時設計荷載準則的規范化問題 ；Zhang 和 Mahadevan 研究了基于可靠度的檢測理論中的模型不確定性和 Bayes 修正技術 ；Mahadevan 等采用 Bayes 概率網絡技術，系統地研究了模型不確定性的分析與驗證方法 ；Igusa 等采用 Bayes 分析技術較系統地研究了結構工程中的不確定性，特別是模型不確定性；Der Kiureghian 等深入研究了在不完全知識狀態下結構安全性的各種測度，并提出了考慮模型不確定性的結構地震易損性分析方法。

對于考慮統計不確定性的結構可靠度問題，目前國內外研究較少。Greimann 等采用經典統計學中的區間估計方法對統計不確定性進行定量化，提出帶有一定置信度的可靠度計算方法，并對某一桁架結構進行了概率可靠性分析，Le-maire等對統計數據不確定性對結構可靠度的影響進行了初步研究，Igusa 等采用 Bayes 分析技術較系統地研究了結構工程中的不確定性，Der Kiureghian 等深入研究了在不完全知識狀態下結構安全性的各種測度，研究了基于主觀認識上的統計不確定性對系統可靠度和時變可靠度的影響。Faber等在工程概率決策分析中考慮了統計不確定性的影響，并采用 Bayes 技術對統計數據進行更新。從目前發展趨勢看，對于統計可靠度問題，Bayes 統計學大有代替經典統計學的趨勢，特別是隨著馬爾可夫鏈蒙特卡洛（Markov Chain MonteCarlo，MCMC）模擬法的快速發展，后驗統計量和預測分布的計算已不存在困難。

哈爾濱工業大學土木工程學院的呂大剛等人為了充分研究統計不確定性對結構可靠度的影響，綜合考慮物理不確定性和統計不確定性，以 Bayes 理論為數學工具，對結構的統計可靠度問題進行研究，對 Bayes 理論進行概括和總結，采用該理論對結構工程中的統計不確定性進行建模和分析，然后研究考慮統計不確定性的結構可靠度分析方法，給出考慮統計不確定性的各種結構可靠性測度，并研究綜合考慮主觀不確定性與客觀不確定性的整體式與分離式可靠度計算方法。通過算例分析表明，統計不確定性對只考慮客觀不確定性的隨機可靠度有很大影響。預計統計可靠度理論將會被廣泛應用于結構的安全評定、健康監測和壽命預測中。

同時，呂大剛等人還以 Bayes 理論為數學工具，系統研究了考慮模型不確定性的結構統計可靠度理論，給出考慮模型不確定性的各種結構可靠性測度，并研究了綜合考慮主觀與客觀不確定性的整體式與分離式可靠度計算方法。分析表明，這種主觀的模型不確定性對只考慮客觀不確定性的隨機可靠度有很大影響。

4 結語

傳統的經驗安全系數設計法不免要以過大的材料浪費和潛在的巨大經濟利益、生命損失為代價。用理性的方法逐步取代經驗性的方法，或逐步減少經驗性的成分，是科學技術發展的必然結果。工程結構可靠度作為一種處理和分析工程結構中隨機性的理論和方法，除了在理論上尚需提出新的問題并不斷深入研究外，還需根據工程結構的特點，并考慮以往的工程設計和使用經驗對可靠性設計方法加以論證，逐步改進其中的不完善之處。

參考文獻

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