与基本随机向量的维数无关、极限状态函数的复杂程度与模拟过程无关、无需将状态函数线性化和随机变量当量正态化、数值模拟的误差可由模拟次数和精度较容易地加以确定的特点.但是,当实际工程的结构破坏概率在10-3以下时,该法的模拟数目就会相当大,进而占用大量时间。该法既可用来分析确定性问题,也可用来分析不确定问题.由于具有相对精确的特点,除用于一些复杂情况的可靠度分析外,也常用于各种近似分析方法的计算结果校核。
三、世界上一些国家可靠性理论的研究和应用情况
在北美 ,美国是结构可靠性理论与应用的代表 ,也是国际上较早开展结构可靠度研究的国家之一。钢结构规范中荷载和抗力系数设计方法的提出是美国结构可靠度理论应用的开端。1978年在美国建筑技术中心结构分部工作的 Ellingwood 教授主持了基于概率的极限状态设计荷载要求的研究项目。研究成果反映在1980年出版的NBS特别报告577“美国国家标准A58基于概率的荷载准则”中,随后的工作则是基于概率的设计理论在各种结构中的应用。NBS特别报告577的概率荷载准则首次在1982年版的美国国家标准A58中得到应用,1985年开始由美国土木工程师学会(ASCE)出版,自 1982 年至今一直为美国所有标准、 规范极限状态设计方法所参考。新一代美国和加拿大的公路桥梁规范都采用了基于概率的荷载与抗力系数设计规范 ,如美国州公路与运输官员协会的 AASHTOLRFD1994 桥梁荷载与抗力系数设计规范等。在美国,公路管理联合会( FHWA)重视支持长远技术项目的研究,其中之一是贯彻荷载与抗力系数设计方法。美国州公路与运输官员协会制定了一个过渡时间表,2007年10月1日之后 ,所有新桥的设计必须使用荷载与抗力系数设计规范。
在亚太地区(美国除外) ,中国应该是可靠度应用研究和在设计规范中应用最早的国家之一。除中国外,还有日本、澳大利亚等。近年来 ,伴随 WTO/ TBT协定的生效,1998 年日本成立了一个由建筑和土木工程各领域专家组成的委员会和秘书委员会,编写包括各领域和结构类型的综合性规范 《建筑及公共设施结构设计基础》 。目的是通过这一规范的基本原则将各领域规范纳入同一个框架中。在日本的 《结构设计基础》 中 ,极限状态分为承载能力极限状态、 正常使用极限状态和可恢复极限状态 ,这是因为日本是多地震国家 ,震后受损结构的修复是重要的。为适应国际经济发展一体化的要求,在亚太地区,国与国在结构设计标准方面的协作也日益加强。中国、日本和韩国就港口工程技术标准的协调和发展问题进行过联合研究 ,其中的一个重要方面是研究和理解国际标准和欧洲标准及基于可靠度的分项系数设计法。
四、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。
五、结语
回顾20世纪初至今,现代结构可靠性分析理论的研究取得了非常大的成就,但同时还有许多值得研究的课题。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。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。
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