水工建筑物可靠度

设计中应用的可靠性分析方法按其概率理论基础分为三级水平。①水准三方法：完全基于概率统计理论的方法分析可靠度。②水准二方法：仅考虑各基本随机变量的均值、方差及分布形式，按一次二阶矩法分析可靠度，是实用的近似方法。③水准一方法：半经验半概率的方法。在普遍的可靠性分析及经验判断的基础上规定各基本变量的分项安全系数，取代单一安全系数进行设计，是实用的过渡方法。

设计时,应按建筑物失事的后果(危及人的性命、造成经济损失、产生社会影响等)确定其安全等级,按结构破坏特点确定其应达到的目标可靠度(或目标可靠指标)。安全等级高的取值高。结构呈脆性破坏时，无明显前兆，应比延性破坏结构取值高。中国在1984年颁布的《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84，试行)是以可靠度为基准的规范,取结构设计基准期为50年,承载能力的目标可靠度为2.7～4.2(相当失效概率为3.5×10-3～1.3×10-5)。水利工程结构设计统一标准正在研制中，鉴于水利工程的特点，一般认为大坝的基准期应长于50年，失效概率应低于10-6。可靠度与安全系数的关系见图。

赵国藩等编著：《工程结构可靠度》，水利电力出版社，北京，1984。2100433B

在规定的时期(基准期)内，在规定的条件下，水工建筑物完成预定功能（如使用性能、耐久性能或承载能力等）的概率。可靠度pS是建筑物或结构的安全性、适用性或耐久性方面的指标。不能完成预定功能的概率称为失效概率pf，pf=1-pS。

水工建筑物一般重复性小，对社会经济影响大，破坏形式多样，破坏过程不明确，安全要求高，使得水工建筑物的可靠性分析有如下特点：①需要建立表达各种破坏形态的极限状态方程，如需按结构体系的承载能力极限状态分析大坝破坏概率。②某些规范规定的极限状态方程是经验性的，应考虑其计算模式不定性。③体现水工界一贯重视的现场勘测调查、试验研究等工作的有效性，加强对荷载、抗力等基本变量的统计研究。

此外，统计表明，许多人为因素，如决策和计算中的失误、施工质量差、使用管理不当等，造成了部分水工建筑物失事，这需要专门的分析研究。水利工程界一般认为：设计施工质量好，再加上良好监测控制，称职的管理及预警措施，能消除灾害性破坏，保持坝的安全；近期还不能用概率统计方法评价坝的总体安全性，但对进一步的理论研究和比较研究抱有期望。

可靠度分析,从构件起,逐级研讨结构、建筑物，直至枢纽工程的可靠性，并在勘测、 规划、 设计、施工、管理运用的全过程中不断研讨工程安全性，使工程决策达到经济与安全的谐和，使工程建设达到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量。

见水工建筑物安全系数。

根据结构的极限状态和功能函数可得结构的可靠度(即可靠概率)Pr 和失效概率Pf：

由概率论知：

R、S常用的概率分布有两类：R、S均服从正态分布，两者相互独立；R、S均服从对数状态分布，两者相互独立。则不同情况下的可靠度和失效概率分别为：

R、S均服从正态分布，两者相互独立

功能函数Z是R、S两随机变量组合成的新函数，两随机变量服从正态分布，则两者之差组成的随机变量也服从正态分布，所以R、S服从正态分布。

Z的概率密度函数、结构可靠度、结构失效概率的式子分别如下：

结构可靠度计算中采用的一次二阶矩法，对于各种作用效应和结构抗力等基本变量都是作为随机变量处理的，实际上各种作用与时间有密切关系，故应按随机过程考虑。计算的结构可靠度实际是静态下的结构构件的可靠度，所以还应当研究整个结构体系的可靠度和动态条件下的结构或构件的可靠度。

此外，各种作用效应随机组合问题和相互依存影响问题，均有待进一步的研究。在基于概率理论的设计方法中，还应扩展到包括人为错误在内的总误差和管理领域等的研究。

可靠性用可靠度来度量，常用的可靠度指标是可靠概率、失效概率和可靠指标。