水工结构可靠度设计策略浅析

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摘要：我国水资源分布极度不均衡，因此有效利用水资源进行防洪排涝、灌溉农田，对于我国的经济产业结构优化具有重要意义，水利工程具有很强的综合性和系统性，因此水工结构可靠度必须从项目的整体角度出发，进行综合系统的深入调研，确定最佳方案。文章对可靠度设计在水工结构中的功能特点进行分析，探讨可靠度理论在水工结构设计标准中的应用。

关键词：水工结构；可靠度；设计策略

近年来我国在经济领域取得了长足发展，与此同时水利工程对于区域性的产业发展具有不可或缺的作用，尤其对于地区农业发展以及水利设施建设都至关重要。随着当前技术的快速发展，水工建筑结构朝着规模化、多样化方向不断迈进。我国幅员辽阔，不同地区存在着不同的地质环境，因此需要结合区域性特点进行水工设计，同时要站在更加宏观角度注重大中型灌区配套改造，以水利为重点推进农村地区技术设施建设。相关设计人员应摆脱传统的安全系数概率计算方法，加强可靠度理论数据统计及运用，以此提高水工工程结构质量、提升水利工程稳定性。

1可靠度设计在水工结构中的功能特点

1.1可靠度设计的重要性

水利工程中水工结构的投资比例较大，因此如果设计环节出现问题，很可能造成工程延期或返工，不仅增加建设成本，还会威胁到相关工作人员的安全及影响项目的日后使用，造成区域自然环境遭到二次扰动，对整体项目的规划具有深远影响。可靠度设计对于水工结构的安全性、稳定性具有决定性作用，需要相关工作人员秉承科学谨慎的态度，对水工结构整体效果进行理论推演，包括地基承载力、防水材料选用以及地形建造合理性等，有效提高水利项目的安全性，同时也能让后期的施工更加有序，根据水地边界条件计算模型，让设计更趋于合理，减少各类可能的风险因素[1]。

1.2可靠度设计的价值

结构安全性是结构设计最主要的追求目标之一，水利工程的安全性历来是工程领域具有争议的因素。我国自从改革开放以来在基建领域取得了重要成就，随着社会经济总量的提升以及建设规模的增大，水利正处于大规模基础建设的重要阶段，因此结构的安全性和稳定性是我国迈向现代化的重要基础，可靠度设计方法已经成为了理论与实践结合的重要学科，利用安全系数法或概率统计方法，可以将水工结构自身的安全性和不良影响进行数据化展现，对于设计人员进行设计规避以及消除不稳定因素具有重要价值。设计人员在早期的水工结构设计时，往往缺乏安全度认知，因此会采用数值上的折中方式，但是实践过程表明其效果并不理想，而结构可靠度设计可以克服这种缺陷，为安全性能提供重要决策依据。

1.3可靠度数据的现状

水工结构由于长期位于水下环境，结构及材料会受到多方面因素影响，需根据施工场地进行合理分析，制定可行性计划，因此可靠度数据要符合国家相关标准，同时也要结合地区性的特点进行系统化分析。从目前的可靠度数据应用来看，我国整体的水工结构工程数量与采集数据及利用率不成正比，尤其是区域性的可靠度设计数据没能进行大范围分享和推广。水工结构属于水利工程的重要组成部分，因此在设计时应注重宏观角度，目前的水工结构可靠度设计仍处于单个构件或关键部位阶段，没能形成整体性的可靠度设计模式[2]。

2水工结构可靠度设计应用的发展瓶颈

2.1变量不确定

众所周知，水利工程并非可以完全采用统一化模式进行建设的，而是需要进行可靠度、抗力、结构应用效应以及极限状态等分析的，尤其是抵抗力分析和结构应用效应分析当中的不确定因素较多，同时具有随机性、未知性等特点，因此造成了变量不确定的情况。另外，可靠度计算结果还会受到使用材料及外界不可控因素等影响，缺乏相应的基础数据使得所有数据分析都无法完全肯定，这也造成了可靠度设计应用障碍[3]。

2.2结构安全的局限性

纵观水工结构的设计发展，可靠度理论较为先进，但是在应用过程中也具有结构安全的局限性，其主要原因是理论中的部分问题尚未得到完美解决，例如以往对结构可靠度约束、抵抗力应用效应、随机变量等问题的认知可能存在偏差，随着当前技术的发展也发现了传统设计中的约束条件会受到更多因素影响。另外，在结构安全评价过程中使用可靠度理论一般包括作用效应和抗力因素，而非随机的不确定因素中还包括认知性指标和模糊性指标，这些指标无法通过计算取得，往往需要通过以往经验进行分析。

3水工结构可靠度设计在水工结构设计标准中的应用探索

3.1制定水工结构标准化等级

制定结构标准化等级可以提高水利工程的安全性，同时将等级标准作为参考，不能单单凭数据进行分析，还要结合区域性的水利工程地质实际情况，针对建设规模、建设环境以及建设质量等进行动态调整，避免漏洞出现，以合理的设计划分作为标准化的参考。我国正处于社会改革的深化阶段，基础建设是我国长期发展的重要工作，水利工程对于改善自然资源条件、促进农业发展具有重要意义，因此制定结构标准化等级是行业可持续发展的必然要求，同时也能通过科学的标准化等级控制水工结构成本，对于后期可能存在的问题进行数据收集，为整体数据模块的构建奠定基础。

3.2构建水工结构极限状态表达式

水工结构的安全性受到外界影响的因素较多，虽然部分影响因素无法确定具体数值，但是可以将不同类动因子列成多项式，根据所设计的水工结构特点，区分不同因子的影响范围和数值，这样可以从整体设计角度提高水工结构的极限状态。值得注意的是构建水工结构极限状态表达式时，应交错异型结构分项系数，并考虑地基承载力及防水材料合理性，通过多项数据的协同考察，能够对不稳定因素进行更加明确的判断[4]。

4结语

我国虽然是基建大国，但是在部分领域的结构设计仍处于探索阶段，水工结构设计具有复杂性和特殊性，尤其在特殊地段需要考虑的因素较多；因此相关工作人员要注重可靠度设计理论的运用，深入了解其在水工结构中的功能特点，并结合发展瓶颈进行分析，不断探索更加优化的计算方式，提高水利工程的整体设计水平。

参考文献：

[1]周洲.结构可靠度在水工结构设计中的应用研究[J].工程技术研究,2019,4(1):192-193.

[2]况建国.浅谈结构可靠度在水工结构设计中的运用[J].消费导刊,2019(25):45.

[3]史作言.刍议结构可靠度在水工结构设计中的应用[J].水电水利,2019(11):39-40.

[4]秦海燕.探讨水工建筑物结构设计中的相关问题[J].建材与装饰,2020(10):71-72.

作者:冯起超 单位:吉林省水利水电勘测设计研究院