第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共6页桥梁工程安全决策及设计的优化分析郭卓明（上海城建设计院，200011）摘要：本文通过桥梁结构在整个交通工程中的费用损失分析，分析了桥梁的合理安全度以及最优设计状态的确定方法，并以一定工程实例为背景做了相应的示例计算和分析。最后提出并且分析研究了工程最优安全度设置的保证率问题。关键词：桥梁结构安全决策优化设计1概述结构的安全性是一个相对的概念，绝对的安全是不存在的。这里的相对性包含两个方面，首先是针对整个社会发展，即不同行业之间安全程度的比较及合理配置，其次是土木工程行业内各个不同工程之间的安全程度的合理差异。合理协调这种安全的相对性就需要借助于结构的安全决策和优化分析。目前可靠度设计方法已经逐渐进入实际应用阶段，而在实际设计中以安全系数为依据的设计方法仍然被广泛应用。这就需要我们在进行分析时既考虑结构可靠度，同时也应包括结构安全系数的分析。2可靠度分析结构在规定的时间、条件下完成预定的功能的概率便为结构的可靠度，一般以失效概率或可靠度指标的型式给出，其表达型式为：（1）式中：g(x)为功能函数，f(x)为荷载和抗力的联合概率密度函数。实际上，由于功能函数和其概率密度函数均很难精确表达和求解，一般在可靠度求解过程中不采用这种型式。目前比较成熟的方法是一次二阶矩的方法，具体有中心点法及其改进的验算点法应用最为广泛。在可靠度的计算中，还有一种概念上十分简单的方法，那就是Monte-Carlo法。它是一种通过大量的抽样模拟计算，从中统计结构的失效概率的近似计算方法。另外还有一种利用响应面积分来求解的可靠度计算方法，Schueller[1]和Faravelli[2]均作过一些研究，但是其在结构工程中的应用尚不多见。2.1体系可靠度目前比较成熟的可以进入实际应用的可靠度分析均是针对某个构件甚至是断面的可靠度分析，结构设计统一标准和各类设计规范的规定亦基本按此考虑。但是对于设计以及安全决策来说，最具实际意义的是结构的整体可靠度。因为结构功能的发挥是一种整体的效用，某个具体构件的损坏并不意味这结构的绝对失效，同样也有可能当结构失效时结构中某些构件的安全度还相当大。因此结构的体系可靠度分析十分重要。理论上，体系可靠度的表达式为：（2）对于交通工程的优化设计，还应该从整个交通网络功能发挥的角度来进行分析，这就是网络第2页共6页第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共6页可靠度分析及网络中各元件的可靠度优化配置分析。理论上更为全面合理的则是应再进一步从社会大系统的角度来进行系统优化[3]，但是这种优化目前还只是一种理论上的探讨。2.2可靠度和安全系数在安全标准设置以及优化设计中，其结果目前一般是以目标可靠度的形式给出的，然而在传统的设计中则多是以结构的安全系数为标准的，尤其在实际设计中则更是如此。因此将可靠度指数和安全系数进行转换亦非常重要。当抗力和作用的变异系数及分布确定时，可靠度和安全系数之间存在着一种一一对应的转换关系[4]，通过推导可知，当分布为正态分布时，两者关系为：或（3）当为对数正态分布时，两者关系为：或（4）式中：为可靠度指标，Ko为中心安全系数，R、S分别为抗力R和作用S的变异系数。以上两式均由根据中心点法推导出的可靠度指数求解方程得出。对于其它各种分布，理论上亦可相应推出两者关系式。3结构分析在整个桥梁结构的安全决策和优化设计中，归根到底都必须落实到结构本身的安全水准上来，而优化设计则更是必须和结构的材料用量施工技术等费用方面的因素联合分析，在当前的实际设计水平下也必须和其设计安全系数相联系。因此结构的安全性分析不但在优化设计时必不可少，而且在安全决策中亦是相当重要。一般各种结构决策分析均以目标可靠度为最终决策目标，然而当我们需要对具体的结构进行优化设计时，对结构可靠性、安全性的分析就必不可少了。对于正常的承载能力失效目前新的公路桥梁规范就有成文的分析方法，相对比较成熟，此处不再赘述。本文的分析是以针对独塔单索面斜拉桥主塔的稳...
