時(shí)間：2022-04-14 13:35:41
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇可靠度理論論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：橋梁 結(jié)構(gòu)可靠度 研究現(xiàn)狀 研究意義 概述
1.引言
結(jié)構(gòu)可靠性的定義是:“在預(yù)定的條件下，結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定功能的能力”。結(jié)構(gòu)可靠度的定義是:“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率”。如果失效概率用Pi表示，則可靠概率就等于( 1- Pi)，這就是可靠度。
2.研究現(xiàn)狀
加固前的可靠度和加固后的可靠度是橋梁結(jié)構(gòu)加固可靠度的研究主要涉及兩方面的信息。可靠度的判斷作為決策的主要相關(guān)依據(jù)是需要摸清橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況為前提的，這將決定我們采用何種相應(yīng)的加固方法。加固后仍然需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)，從而評估加固維修是否有效或者是否達(dá)到最大功效。
加固技術(shù)時(shí)間并不長，在各種不同的加固方法中，我們對維修與加固混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)很有限，缺少必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是很多加固方法，特別是較新型的加固技術(shù)存在的主要問題。因此，有必要收集橋梁結(jié)構(gòu)加固后可靠度的研究資料，尤其對收集加固后的混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的系統(tǒng)研究資料。盡管，國外的相關(guān)檢測設(shè)備非常先進(jìn)，然而，相應(yīng)的資料偏少也是一個(gè)困擾他們的問題。
對于現(xiàn)在的加固設(shè)計(jì)方法，其前提基本上都是在各自的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，由于目前加固結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜性，不能與現(xiàn)行的可靠度設(shè)計(jì)要求相協(xié)調(diào)，也無法與整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠度相一致。尤其是，沒有深入的研究局部加固后對構(gòu)件整體及結(jié)構(gòu)整個(gè)體系的可靠度相關(guān)影響。對加固后的結(jié)構(gòu)可靠度研究還局限在對加固后構(gòu)件的研究。大連理工大學(xué)趙國藩教授提出了加固后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度分析[1]，分析了現(xiàn)行加固規(guī)范所具有的可靠度水平，提出了結(jié)構(gòu)加
固后可靠度分析方法，對現(xiàn)行加固規(guī)范所具有的可靠度水平進(jìn)行了分析研究;張宇[2]等分析了粘鋼加固混凝土梁可靠性，趙軍[3]長安大學(xué)碩士學(xué)位論文研究了預(yù)應(yīng)力CFRP即布加固混凝土梁，而朱建俊[4]分析了CFRP卿加固受彎構(gòu)件可靠度。有關(guān)國家重點(diǎn)項(xiàng)目引用了有限元理論研究混凝土一加固材料應(yīng)力應(yīng)變，分析了其受力模型，探討了相應(yīng)的計(jì)算公式，采用分項(xiàng)系數(shù)形式和采用可靠度校準(zhǔn)分析對各種加固形式進(jìn)行可靠度分析，力圖與現(xiàn)行規(guī)范相匹配。
3.研究意義
橋梁從施工建造到投入使用，再到運(yùn)營階段，性能逐漸退化，最后達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，與一個(gè)人的生命過程十分相像。施工建造期相當(dāng)于幼年期，在此期間失效的風(fēng)險(xiǎn)率大;使用期相當(dāng)于人類的中年期，此時(shí)失效風(fēng)險(xiǎn)率降低;老化期相當(dāng)于老年期，失效風(fēng)險(xiǎn)率又逐漸提高。但在任何一個(gè)階段中如果經(jīng)過維修加固等措施，結(jié)構(gòu)承載力將得到顯著提高，其失效風(fēng)險(xiǎn)率又會降低。
對加固后的橋梁進(jìn)行使用壽命預(yù)測，不僅可以揭示潛在危機(jī)，及時(shí)作出繼續(xù)維修、加固或拆除的決策，避免事故發(fā)生，而且研究成果可以直接用于指導(dǎo)加固橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性評定，提高加固橋梁的耐久性。通過對加固后橋梁使用壽命的預(yù)測，一方面，根據(jù)預(yù)測結(jié)果來明確加固后新結(jié)構(gòu)的實(shí)際壽命，從而做到防患于未然;另一方面，可以揭示加固后影響新結(jié)構(gòu)使用壽命的內(nèi)部和外部因素，然后根據(jù)工作環(huán)境、用途、經(jīng)濟(jì)條件等進(jìn)行有針對性的維修加固。這對提高加固工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量必有一定的促進(jìn)作用。特別是面對下一代規(guī)范將采用基于性能的設(shè)計(jì)與生命周期宏觀造價(jià)優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想，必將要求對建筑結(jié)構(gòu)的壽命進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測。
4.結(jié)束語
目前，國內(nèi)外對于既有橋梁可靠度研究較多，可靠度分析理論也較完善，但關(guān)于橋梁加固后可靠度的研究和資料較少，尤其是對于加固后混凝土橋梁動態(tài)可靠度的研究。因此，對于加固后橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的研究還需進(jìn)一步深入。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：公路橋涵；加固；可靠性分析
Abstract: based on the reliability analysis of highway bridge as the background, this paper introduces the current highway bridge reinforcement or after the highway bridge reliability assessment method, can according to different situations and have the bridge of the actual technical ability choose different bridge reliability assessment method.
Keywords: highway bridge; Reinforcement; Reliability analysis
中圖分類號：X734文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號
1、引言
近年來我國公路交通得到了迅速的發(fā)展。但在公路交通網(wǎng)絡(luò)中存在大量修建時(shí)間較早的舊橋，由于特定的歷史背景，很多舊橋存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低和維護(hù)保養(yǎng)不足的問題。將這些存在問題的橋涵在經(jīng)過結(jié)構(gòu)檢測與相關(guān)的力學(xué)計(jì)算后進(jìn)行必要的加固和維修成為路政管理中的重要問題。但對舊橋的加固只是完成了初步的任務(wù)。對加固后的橋梁進(jìn)行承載能力分析，對加固后的效果進(jìn)行評價(jià)對于檢驗(yàn)加固工作是否真正起到了效果和積累經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。
2、橋涵結(jié)構(gòu)可靠性評定方法
橋涵結(jié)構(gòu)的可靠性評定是路政管理中的一項(xiàng)常規(guī)但重要的任務(wù)。在現(xiàn)有的條件下，對公路橋涵的可靠性評定通常有以下幾種方法。
2.1外觀評定法
該方法是通過匯總橋涵可觀察到的缺損情況，在和對橋梁設(shè)計(jì)資料的對比作為依據(jù)對橋涵的可靠性進(jìn)行評價(jià)，操作較為簡單，這類方法一般被成為經(jīng)驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以考慮一些無法用數(shù)據(jù)來做定量分析的因素，同時(shí)可以通過這些資料的匯總后咨詢專家意見。因此這種方法對橋梁的可靠性評價(jià)對評價(jià)者的工程經(jīng)驗(yàn)水平要求較高。
2.2規(guī)范評定法
橋涵的設(shè)計(jì)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此對與橋涵的可靠性評估以設(shè)計(jì)規(guī)范作為衡量標(biāo)準(zhǔn)也是可行途徑之一。這種方法建立在力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，因此其理論基礎(chǔ)較為可靠。但由于橋梁在設(shè)計(jì)階段和實(shí)用階段的差異，設(shè)計(jì)階段很多未考慮到的不確定因素在橋梁的可靠性評估中不易確定，因此如何平衡二者之間的這種差異是一個(gè)較為復(fù)雜的問題。
2.3橋涵荷載試驗(yàn)法
這類方法是在橋涵上施加靜載或動載，評定在具體工作狀態(tài)不明確時(shí)的橋涵的承載能力。這類方法較為可靠，而且試驗(yàn)的結(jié)果非常的直觀，在新建橋涵和加固橋涵的質(zhì)量評定方面運(yùn)用較多，也被用來作為外觀評定和理論計(jì)算后橋梁可靠性評定的附加手段。按所加荷載的不同性質(zhì)，又可分為靜載試驗(yàn)法和動載試驗(yàn)法兩種。
在這類試驗(yàn)性方法中常用的手段是利用光纖光柵傳感器來檢測橋梁在使用中的各種變形情況，并據(jù)此做出分析和計(jì)算。其基本步驟為：在橋面板下部受力鋼筋和鋼板上布置光柵傳感器，并選擇測試截面；在橋梁上施加最不利荷載，記錄測試截面的內(nèi)力影響線和位移影響線；通過光柵傳感器返回的波長轉(zhuǎn)換得到橋梁在施加荷載后的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值，借此評估橋梁的承載能力。
2.4基于結(jié)構(gòu)可靠度理論評定方法
這類方法通過對橋涵極限承載力的狀態(tài)分析，計(jì)算橋涵的失效可能性和可靠性指標(biāo)等參數(shù)，并對橋涵結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力和使用安全性進(jìn)行評估。其核心思想是分析橋梁所能夠承受的承載力極限狀態(tài)，從概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度來為橋梁在未來實(shí)際運(yùn)行中可能發(fā)生的破壞情況做出概率評定，并給出一組量化的橋梁可靠性指標(biāo)。基于結(jié)構(gòu)可靠度理論的橋梁評定方法可以綜合考慮確定因素和不確定因素的對橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的影響，并可以將這些因素綜合成為統(tǒng)一的理論框架。
2.5考慮橋梁荷載歷史的可靠性評定方法
這種評定方法考慮的因素更加多樣化，利用橋梁在建成后使用過程中的后續(xù)信息，用可靠度理論來計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度和剩余使用壽命。由于荷載試驗(yàn)組織和實(shí)施方面需要的人力物力較大，因此常采用在橋梁使用過程中實(shí)際曾經(jīng)承受過的較大荷載，利用驗(yàn)證荷載法、條件概率法等理論手段來評估橋梁的可靠性，并給出量化的計(jì)算結(jié)果。由于在評定時(shí)所采用的荷載為經(jīng)驗(yàn)荷載，因此在反映橋梁真實(shí)承載力方面需要利用一些理論方法對橋梁可能受到的實(shí)際荷載進(jìn)行模擬。
2.6考慮時(shí)變性的橋梁可靠度評估方法
這類方法的基本思想是基于結(jié)構(gòu)的可靠性理論，不過更注重于對一些具有時(shí)變性的因素，并考慮這種時(shí)變性給橋梁的可靠性評估所帶來的偏差。因此這種方法實(shí)際上屬于一種動態(tài)性的可靠性評估方法。在實(shí)際運(yùn)用中，常采用的時(shí)變因素有橋梁荷載、橋梁的結(jié)構(gòu)抗力和評價(jià)的可靠性指標(biāo)三類。
在考慮因素的時(shí)變性特征時(shí)，還有一類貝葉斯推斷方法。多數(shù)的橋梁可靠性評估的思路是利用理論分析、試驗(yàn)或者統(tǒng)計(jì)的方法建立某種橋梁壽命的預(yù)測模型，但這類方法往往不考慮橋梁加固后新的構(gòu)件元素，因此蘊(yùn)涵著可能占主導(dǎo)作用的主觀不確定性，而且不能通過重復(fù)觀測得到這種不確定性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，采用貝葉斯方法可以解決這個(gè)問題。通過綜合橋梁現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型信息，使得所得預(yù)測結(jié)果具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，減小主觀不準(zhǔn)確性，利用不斷收集到的新信息，不斷提高橋梁可靠性評估的準(zhǔn)確性和客觀性。這樣為時(shí)變可靠度分析提供了一種動態(tài)更新的思路。總之這一方法的主旨是從已知的橋梁運(yùn)行狀況來對橋梁未來可能的壽命和承載能力做出概率方面的推斷，從而為橋梁的可靠性性評估提供依據(jù)。
2.7綜合評定法
該類方法通過采集橋涵的各類關(guān)鍵指標(biāo)，依據(jù)相關(guān)的技術(shù)評定規(guī)范來對橋涵的可靠性進(jìn)行綜合評定。主要考察的對象是橋梁上部結(jié)構(gòu)、傳力結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和地基等的承載力，并對這些構(gòu)件的承載力進(jìn)行評估。這種綜合評定方法的依據(jù)是公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中關(guān)于全橋總體技術(shù)狀況等級評定的相關(guān)內(nèi)容。以這種方法為基礎(chǔ)，還可以引入一些較為前沿的研究成果，比如將結(jié)構(gòu)抗力的不確定因素引入其中，從概率論的角度來對橋梁的某處結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行定量的分析。
3結(jié)語
公路橋涵可靠性分析是對橋梁性能的系統(tǒng)性總結(jié)和分析。既可以用在現(xiàn)役橋梁的可靠性評定，也可用于橋梁加固后的可靠性評定。這類工作可為橋梁的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。可靠性分析方法是這類問題中的重要研究方向，本文中總結(jié)了較為常見的橋涵結(jié)構(gòu)可靠性分析的計(jì)算方法，其中既有經(jīng)驗(yàn)性的方法也有理論性較強(qiáng)的方法。在橋梁可靠性的實(shí)際評定工作中，可依據(jù)所具有的不同條件來選擇合適的評定方法。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)可靠度;基礎(chǔ)工程;應(yīng)用
一、重力式擋土墻結(jié)構(gòu)體系可靠度的窄界限
重力式擋土墻因其有就地取材、施工方便、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，在水利、公路、建筑、港口、鐵路、礦山等工程中被廣泛應(yīng)用，對其進(jìn)行較為全面準(zhǔn)確的可靠性分析具有重要的意義.目前工程上大都采用定值分析方法來分析擋土墻，此法雖經(jīng)長期工程實(shí)踐證明為一種有效的方法，但存在明顯不足之處：首先是沒有考慮荷載、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、土的容重、地下水位、材料強(qiáng)度等量的隨機(jī)性;其次是沒有考慮擋土墻傾覆破壞、水平滑移破壞、地基承載力不足破壞、整體滑移破壞的失效模式相關(guān)性.因此，有的擋土墻按定值法算出的安全系數(shù)是足夠的，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)生了破壞，這已為國內(nèi)外許多破壞實(shí)例所證實(shí).
地震時(shí)，常因地震作用使土壓力增大而造成擋土墻的破壞，因此，在地震區(qū)建造擋土墻時(shí)應(yīng)考慮地震對土壓力的影響.在降雨較充足的地區(qū)，土體滲流及墻體排水速度有限，引起墻后水位上升，墻后壓力增大，擋土墻往往在下雨時(shí)或下雨后由于水壓力增大而破壞.對于低矮的擋土墻，因墻體厚重，所受拉彎曲拉應(yīng)力較低，再加上墻體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力又能抵消部分拉應(yīng)力，因而墻身拉應(yīng)力很小;對于稍高的擋土墻，除墻體厚重外，還可采用配鋼筋等結(jié)構(gòu)措施處理，因此，暫不考慮墻身材料強(qiáng)度不足的破壞.
1.1實(shí)例分析
某工程采用重力式擋土墻，墻身材料混凝土重度為γ0=24KN/m3，變異系數(shù)為0.05.斷面為矩形，埋深3.2m，基坑開挖5.0m，地基土假定為單一土層，擋土墻底與土之間摩擦角為31°，地下水位高度平均值在地表以下1.0m處，變異系數(shù)為0.42.在漲水期間地下水不漫過墻頂，各土性指標(biāo)的概率特性列如表1所示，擋土墻幾何尺寸視為定值.
表1隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)特征
注，隨機(jī)變量之間相關(guān)性：c、φ間相關(guān)系數(shù)為-0.3，c、H0間相關(guān)系數(shù)為-0.4， φ、H0間相關(guān)系數(shù)為-0.3;其它變量相互獨(dú)立。
計(jì)算得各種失效模式對應(yīng)的可靠指標(biāo)如表2
表2各種失效模式對應(yīng)的可靠指標(biāo)
考慮3種失效模式通過隨機(jī)變量聯(lián)系，存在相互聯(lián)系，因此其可靠度必然落在一個(gè)范圍之內(nèi)，其失效概率一般界限可用式（6.6）求解，得
0.0084936≤Pf≤1-（1-0.0084936）（1-0.0035518）（1-0.0078464）=0.019767356
進(jìn)而由Pr =1-Pf求可靠度的界限：99.15064% ≥Pr≥98.02326%
以上求出的可靠度范圍較窄.故可不求擋土墻可靠度窄界限.
二、軸心荷載下樁樁基礎(chǔ)的可靠度計(jì)算
對擋土墻等結(jié)構(gòu)進(jìn)行的可靠度計(jì)算均為地上結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中地下結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算也具有很重要的工程意義，本節(jié)對基礎(chǔ)工程中軸心荷載下樁基礎(chǔ)的可靠度計(jì)算進(jìn)行分析。
打入砂層的混凝土摩擦樁，其承載能力一般可以認(rèn)為是由混凝土的抗壓強(qiáng)度和土對樁的支承能力來確定.假設(shè)本樁斷面是圓形的，則與土對樁支承能力不足相對應(yīng)的功能函數(shù)為
三、偏心荷載下樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)的失效模式與可靠度窄界限
以下對樁基最一般的工作狀態(tài)偏心荷載作用下進(jìn)行可靠度分析，就偏心荷載下樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)失效模式與可靠度的窄界限進(jìn)行研究。
樁底壓漿灌注樁是新近開發(fā)的新型摩擦樁，具有承載力高、沉降小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)己用于實(shí)際基礎(chǔ)工程中，對其可靠度的合理評價(jià)具有重要的工程意義.然而在現(xiàn)行的土力學(xué)地基與基礎(chǔ)之中，摩擦樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)仍是采用傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，由樁身材料強(qiáng)度和土對樁的支承力來確定單樁豎向承載力，然后由單樁豎向承載力來確定樁數(shù)及樁的布置，再對各樁進(jìn)行承載力驗(yàn)算，并驗(yàn)算群樁地基強(qiáng)度.這種方法有明顯不足之處.首先是沒考慮樁身材料強(qiáng)度、地基強(qiáng)度、荷載效應(yīng)等量的隨機(jī)性;其次是沒考慮樁身材料強(qiáng)度不足、土對樁的支承力不足、群樁地基強(qiáng)度不足的失效模式相關(guān)性，與實(shí)際情況有所偏頗.雖然有過對單樁可靠性分析的文章，但考慮樁身材料強(qiáng)度、土對樁的支承力、群樁地基強(qiáng)度對整個(gè)摩擦樁基礎(chǔ)進(jìn)行可靠度窄界限分析的研究卻很少，對于樁底壓漿灌注樁基礎(chǔ)的可靠度窄界限研究更少.本節(jié)從樁身材料強(qiáng)度、土對樁的支承力與群樁地基強(qiáng)度等3方面考慮樁底壓漿灌注摩擦樁基礎(chǔ)的失效模式，利用JC法求其單項(xiàng)可靠度，再考慮失效模式通過隨機(jī)變量聯(lián)系，存在相關(guān)關(guān)系，求其可靠度的窄界限.
四、總結(jié)
在基礎(chǔ)工程中重力式擋土墻和樁基礎(chǔ)，長期以來采用安全系數(shù)法，盡管這一方法已使用多年，但對安全系數(shù)大小的取值，則是根據(jù)工程事故率的高低來不斷調(diào)整的，這不免要以過大的材料浪費(fèi)和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)、生命損失為代價(jià)。而且由于設(shè)計(jì)中不確定因素的存在，特別是土工參數(shù)的不確定使得按傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的擋土墻出現(xiàn)了許多工程事故，基礎(chǔ)工程可靠度理論正是在這一背景下發(fā)展起來的。結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐說明，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)所受載荷、結(jié)構(gòu)的幾何尺寸等眾多均是隨機(jī)變量，基于概率統(tǒng)計(jì)理論的可靠度設(shè)計(jì)方法，已在土建、水利、道路、礦山、機(jī)械等眾多工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于影響構(gòu)件和結(jié)構(gòu)可靠性因素的隨機(jī)性與復(fù)雜性，對于結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的可靠性評價(jià)的研究仍方興未艾。
隨著國內(nèi)各部門可靠度規(guī)范改革的進(jìn)一步深入及巖土工程可靠度研究的進(jìn)一步開展，作為土木工程、水利水電工程建筑、房屋建筑工程、道路工程結(jié)構(gòu)、鐵路路基工程、港口工程等重要組成部分的擋土墻結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)采用可靠度方法已是大勢所趨。所以現(xiàn)在結(jié)構(gòu)可靠度理論在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用是十分重要的。
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關(guān)鍵詞：初期支護(hù)；有限元響應(yīng)面法；可靠度；驗(yàn)算點(diǎn)法
中圖分類號：TD353文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
1引 言
在隧道設(shè)計(jì)施工中，復(fù)合支護(hù)已成為廣泛采用的一種支護(hù)形式。這種支護(hù)的結(jié)構(gòu)層通常由兩層或者三層組成。其中外層常為噴射混凝土層或是與錨桿、鋼支撐、格柵的聯(lián)合支護(hù)，稱為初期支護(hù)。初期支護(hù)的作用在于：保持隧道斷面的使用凈空，承受可能出現(xiàn)的各種荷載，與永久支護(hù)相互配合。因此評估初期支護(hù)的安全狀況對于隧道安全施工及正常使用具有重要的意義。應(yīng)用可靠性理論和推行概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，是當(dāng)今國內(nèi)外工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢，也是提高我國工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的有效途徑。
隧道工程的特點(diǎn)是影響作用效應(yīng)的隨機(jī)變量多，包括巖土、支護(hù)結(jié)構(gòu)的各種物理力學(xué)特性及幾何尺寸的隨機(jī)變異。這些隨機(jī)變量與作用效應(yīng)的關(guān)系復(fù)雜，常常難以用簡單的顯式函數(shù)表達(dá)出來，而且其主要影響作用的隨機(jī)變量的變異性和離散性都比較高，它們對可靠度的影響比計(jì)算模式不定性的影響大得多。一般的泰勒技術(shù)展開和攝動法為基礎(chǔ)的隨機(jī)有限元方法，對于變異性較大（大于0.2時(shí)）的隨機(jī)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果都將帶來較大的誤差。隧道襯砌作用效應(yīng)分析面臨的問題是：能否找到保證分析精度和能近似反映各種隨機(jī)變量與作用效應(yīng)顯式函數(shù)的有限元分析方法，以滿足隧道截面可靠度分析和隧道系統(tǒng)可靠度分析的需要。經(jīng)過幾年來對各種方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可靠度分析的可行性，發(fā)現(xiàn)蒙特卡羅響應(yīng)面法能夠很好的模擬隧道圍巖參數(shù)的不確定性，適合用于分析隧道初期支護(hù)的可靠度，具有很強(qiáng)的可操作性。
2結(jié)構(gòu)可靠度的基本理論
2.1結(jié)構(gòu)可靠度與極限狀態(tài)
結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性這三者總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，可靠性的數(shù)量描述一般用可靠度。極限狀態(tài)是衡量結(jié)構(gòu)完成各項(xiàng)功能的標(biāo)志，主要用來分區(qū)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的可靠程度。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般分為三類:①承載能力極限狀態(tài)，這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力，或達(dá)到不適應(yīng)于極限承載的變形；②正常使用極限狀態(tài)，這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)達(dá)到正常使用和耐久性的各項(xiàng)規(guī)定極限值；③逐漸破壞極限狀態(tài)，指偶然作用后產(chǎn)生的次生災(zāi)害限度，即結(jié)構(gòu)因偶然作用造成局部破壞后，其余部分不發(fā)生連續(xù)破壞的狀態(tài)。
在結(jié)構(gòu)可靠度分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般由功能函數(shù)加以描述。當(dāng)有n個(gè)隨機(jī)變量影響結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為：
（2-1）
式中：，為結(jié)構(gòu)上的作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能等基本變量。
當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當(dāng)Z
（2-2）
稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程，它是結(jié)構(gòu)可靠度分析的重要依據(jù)。
2.2結(jié)構(gòu)可靠度與失效概率
結(jié)構(gòu)功能函數(shù)出現(xiàn)小于零（Z
設(shè)功能函數(shù)僅與荷載效應(yīng)S（荷載引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、位移等）和結(jié)構(gòu)抗力R（結(jié)構(gòu)抵抗破壞或變形的能力，如極限內(nèi)力、極限強(qiáng)度、剛度以及抗滑力、抗傾力矩等）兩個(gè)正態(tài)分布隨機(jī)變量有關(guān)，則結(jié)構(gòu)承載能力的功能函數(shù)為
（2-3）
當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z
（2-4）
即失效概率和可靠度的關(guān)系為。
在工程實(shí)際中，R、S不一定為正態(tài)分布，這時(shí)可根據(jù)R、S的概率分布函數(shù)，通過積分求解結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率。
2.3結(jié)構(gòu)可靠度與可靠指標(biāo)
以極限狀態(tài)方程Z=R-S的兩個(gè)正態(tài)的變量R和S為例。首先把Z的正態(tài)分布轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，由概率論知識可得到失效概率的表達(dá)式，再引入符號，并令得到失效概率
（2-5）
式中為無因次的系數(shù)，稱為可靠指標(biāo)。利用可靠度與失效概率的關(guān)系，得到可靠度與可靠指標(biāo)之間的關(guān)系為：
（2-6）
可見：可靠指標(biāo)是失效概率的度量。可靠指標(biāo)越大，則失效概率越小，可靠度越大，因此，可以表示結(jié)構(gòu)的可靠程度。
如果R和S非正態(tài)分布，可以算出Z的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，再由計(jì)算出近似的可靠指標(biāo)。
3蒙特卡羅有限元法
蒙特卡羅方法，又稱為隨機(jī)抽樣（Random Sampling）技術(shù)或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)(Statistical Testing)方法。其基本原理為：由概率定義知，某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來估算，當(dāng)樣本容量足夠大時(shí)，可以認(rèn)為該事件的發(fā)生頻率即為其概率。因此，可以先對影響其可靠度的隨機(jī)變量進(jìn)行大量的隨機(jī)抽樣，然后把這些抽樣值一組一組地代入功能函數(shù)式，確定結(jié)構(gòu)是否失效，最后從中求得結(jié)構(gòu)的失效概率。
有限元法是解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的一種數(shù)值模擬技術(shù)，蒙特卡羅與有限元法相結(jié)合，形成獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)有限元法，該方法通在過計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生的樣本函數(shù)來模擬系統(tǒng)的隨機(jī)輸入量的概率特征，并對每個(gè)給定的樣本點(diǎn)，進(jìn)行確定性的有限元分析，從而得到系統(tǒng)的隨機(jī)影響概率特征。
支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞概率可以表示為:
（3-1）
式中,是具有n 維隨機(jī)變量的向量；是基本隨機(jī)變量X的聯(lián)合概率密度函數(shù)。
當(dāng)采用蒙特卡羅法表示工程結(jié)構(gòu)的破壞概率，則式（1）式為：
（3-2）
式中，N為抽樣總數(shù)；當(dāng)時(shí)，；反之，；冠標(biāo)“⌒”表示抽樣值。
式（2）的方差為：
（3-3）
當(dāng)選取95%的置信度來保證蒙特卡羅法的抽樣誤差時(shí)，有
（3-4）
或者以相對誤差來表示，有
(3-5)
考慮到通常是一個(gè)小量，則上式可以近似地表示為：
或(3-6)
當(dāng)給定時(shí)，抽樣數(shù)目N就必須滿足
(3-7)
這就意味著抽樣數(shù)目N與成反比；當(dāng)是一個(gè)小量，即時(shí)，N=10-5才能獲得對的足夠可靠的估計(jì)。而工程結(jié)構(gòu)的破壞概率通常是較小的，這就要求N必須有足夠大的數(shù)目才能給出正確的估計(jì)，很明顯，直接蒙特卡羅法是很難應(yīng)用于實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)的可靠性分析中，只有利用方差減縮技術(shù)，降低抽樣模擬次數(shù)N，才能使蒙特卡羅法在可靠性分析中得以應(yīng)用。
抽樣方差減縮技術(shù)常用的有：對偶抽樣技巧，條件期望抽樣技巧，重要抽樣技巧，分層抽樣法，控制變數(shù)法，相關(guān)抽樣法等，現(xiàn)采用較易編程實(shí)現(xiàn)的對偶抽樣技巧。
假若U是一組[0,1]區(qū)間均勻分布的樣本，且相應(yīng)的基本隨機(jī)變量為X(U)，X服從概率密度函數(shù)的分布，也存在I-U和X（I-U），并且與U和X(U)呈負(fù)相關(guān)，那么工程結(jié)構(gòu)的破壞概率的模擬估計(jì)為：
（3-8）
很明顯，式（8）是無偏估計(jì)，且模擬估計(jì)的誤差為
（3-9）
其中，與呈負(fù)相關(guān)，。可以看出：模擬抽樣技巧并不是改變原來的抽樣模擬估計(jì)過程，只是利用了抽樣子樣的負(fù)相關(guān)性，使得抽樣數(shù)目N得以減少。
4隨機(jī)有限元響應(yīng)面法
4.1響應(yīng)面法原理
當(dāng)功能函數(shù)Z與各隨機(jī)變量的關(guān)系表達(dá)式很難直接給出時(shí)，可用響應(yīng)面方法設(shè)計(jì)一系列變量值，每一組變量值組成一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，然后逐點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算，得到對應(yīng)的一系列功能函數(shù)值。通過這些變量值和功能函數(shù)值來擬合一個(gè)明確的函數(shù)關(guān)系，以近似代替難以直接表達(dá)的真實(shí)函數(shù)，從而進(jìn)行可靠度分析。
本文采用二水平分?jǐn)?shù)因子設(shè)計(jì)法[6]，其計(jì)算步驟為：
（1）根據(jù)每個(gè)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，求得每個(gè)變量的兩個(gè)水平： (高水平)和 (低水平)，其中和分別為隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；
（2）根據(jù)需要確定的響應(yīng)面函數(shù)系數(shù)的數(shù)目，用每個(gè)因子的兩個(gè)水平設(shè)計(jì)出相應(yīng)的組合數(shù)，即所謂的設(shè)計(jì)矩陣[D]，例如具有3個(gè)獨(dú)立變量X1 ，X2，X3的問題，其響應(yīng)面函數(shù)的精確擬合為：
（4-1)
式中：a0 ，a1，a2，…，a123為8個(gè)系數(shù)，因此，需要X1 ， X2 ，X3 的8種組合才能求得，故設(shè)計(jì)矩陣如表1左部分所示，表中的“+”，“－”分別代表前述的兩個(gè)水平；
（3）根據(jù)設(shè)計(jì)矩陣中所列的因子組合，用有限元方法分別進(jìn)行分析，即可得計(jì)算點(diǎn)響應(yīng)值z1，z2 ,…， z8={z}，求解聯(lián)列方程組得到響應(yīng)面函數(shù)的系數(shù)矩陣：
表1 設(shè)計(jì)矩陣和X矩陣
計(jì)算
次數(shù) 設(shè)計(jì)矩陣[D] X矩陣
1 － － － － － － ＋ ＋ ＋ －
2 ＋ － － ＋ － － － － ＋ ＋
3 － ＋ － － ＋ － － ＋ － ＋
4 ＋ ＋ － ＋ ＋ － ＋ － － －
5 － － ＋ － － ＋ ＋ － － ＋
6 ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － －
7 － ＋ ＋ － ＋ ＋ － － ＋ －
8 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
(4-2)
（4）對隨機(jī)變量對隨機(jī)變量X1，X2，X3 進(jìn)行無因次化處理，使其具有零均值和單位標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)最小二乘原理，可以建立一個(gè)用于系數(shù)估計(jì)的X 矩陣，列于表1的右部分，則系數(shù)的最小二乘估計(jì)可由下式得到：
(4-3)
（5）根據(jù)概率論，從式(4-3)可得到響應(yīng)值的數(shù)字特征即均值和方差，注意到因子具有零均值和單位標(biāo)準(zhǔn)差，并略去二階以上的影響，則可得：
(4-4)
(4-5)
3.2 極限狀態(tài)方程
根據(jù)現(xiàn)行隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的襯砌截面抗拉和抗壓檢算式，建立初期支護(hù)截面抗拉極限狀態(tài)方程和抗壓極限狀態(tài)方程[7]，抗拉極限狀態(tài)屬正常使用極限狀態(tài)，而抗壓極限狀態(tài)則屬承載能力極限狀態(tài)。
（1）當(dāng)偏心矩時(shí)，截面抗壓強(qiáng)度控制承載能力，響應(yīng)的抗壓極限狀態(tài)方程為：
（4-6）
式中：N為計(jì)算所得的軸力（即荷載效應(yīng)）；為抗力計(jì)算模式不定性；b為縱向?qū)挾龋?m；t為截面厚度；為偏心影響系數(shù)；為混凝土抗壓強(qiáng)度。
（2）當(dāng)偏心距時(shí)，截面抗拉強(qiáng)度控制承載能力，相應(yīng)的抗拉極限狀態(tài)方程為：
（4-7）
式中：M為計(jì)算所得截面彎矩，為混凝土極限抗拉強(qiáng)度，為荷載效應(yīng)計(jì)算模式不定性。
上述極限狀態(tài)方程中，荷載效應(yīng)N和M的統(tǒng)計(jì)特征可由有限元響應(yīng)法求得，其他隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特征可通過最大量的現(xiàn)場調(diào)查、試驗(yàn)獲得。
3.3計(jì)算可靠指標(biāo)驗(yàn)算點(diǎn)法
設(shè)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程為：
（4-8）
式中：,,…, 服從正態(tài)分布且相互獨(dú)立。
方程可能是線性的，也可能是非線性的。它表示為坐標(biāo)中的一個(gè)曲面，這個(gè)曲面把n維空間分成為安全區(qū)和失效區(qū)兩個(gè)區(qū)域。
引入標(biāo)準(zhǔn)化整體隨機(jī)變量，令
（4-9）
則極限狀態(tài)方程在坐標(biāo)系中表示為：
（4-10）
可靠的指標(biāo)就是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點(diǎn)到極限狀態(tài)曲面的最短距離，也就是點(diǎn)沿其極限狀態(tài)曲面的切平面的法線方向至原點(diǎn)的長度，此時(shí)發(fā)現(xiàn)的垂足為“設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)”。
因此極限狀態(tài)曲面的在點(diǎn)的法線對坐標(biāo)向量的方向余弦為（關(guān)于坐標(biāo)系的方向余弦與關(guān)于原坐標(biāo)系的方向余弦相同）
（4-11）
由余弦的定義，可知
又由
所以
（4-12）
因此可得設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)在原坐標(biāo)系的坐標(biāo)，即
（4-13）
式中，，為隨機(jī)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
因?yàn)槭菢O限狀態(tài)曲面上的一點(diǎn)，因此滿足極限狀態(tài)方程，即
可以聯(lián)立上邊兩式求解，即
（4-14）
一般宜采用逐次迭代解上述方程組。
當(dāng)基本變量為多維正態(tài)分布時(shí)，可直接計(jì)算所得的估計(jì)隧道軟弱圍巖初期支護(hù)的失效概率。但是，在軟弱圍巖初期支護(hù)的極限狀態(tài)方程中，常包括非正態(tài)分布的基本變量。對于這種極限狀態(tài)方程的可靠度分析，一般要把非正態(tài)隨機(jī)變量當(dāng)量化或者變換為正態(tài)隨機(jī)變量。
5結(jié)束語
地下結(jié)構(gòu)含有大量的隨機(jī)因素，在分析其作用效應(yīng)時(shí)，必須采用隨機(jī)分析方法。蒙特卡羅-有限元法及響應(yīng)面法是分析隧道襯砌結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的有效手段。只要字樣數(shù)目足夠大，蒙特卡羅法就可得到足夠精確的結(jié)果。在特性參數(shù)樣本數(shù)量較小時(shí)，使用響應(yīng)面法所得結(jié)果與蒙特卡羅法結(jié)果非常接近，可作為支護(hù)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)特征的一種比較省時(shí)且足夠準(zhǔn)確的方法。
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摘要：2-狀態(tài)串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，單目標(biāo)-單約束可靠性優(yōu)化問題是NP-難的，有很多不同的智能優(yōu)化算法求最優(yōu)解，在實(shí)際應(yīng)用中存在對不同類型的智能算法進(jìn)行選擇問題。本文通過運(yùn)用常見的智能算法：模擬退火算法、蟻群算法、遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法，對2-狀態(tài)單目標(biāo)-單約束串-并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型用MATLAB編程求解，對算法參數(shù)、算法收斂性、算法執(zhí)行時(shí)間等進(jìn)行比較。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，對給定的測試實(shí)例，蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法都快速的收斂到問題的最優(yōu)解，而模擬退火算法、遺傳算法雖然也能收斂到最優(yōu)解，但較多情況下不能收斂到最優(yōu)解。蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法在求解單目標(biāo)-單約束串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化問題中是更有效的工具。
關(guān)鍵詞 ：可靠性優(yōu)化，串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，智能算法，算法收斂性，最優(yōu)解
中文分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
引言
系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的性能指標(biāo)。可靠性優(yōu)化是可靠性理論和工程中的重要研究領(lǐng)域，很多優(yōu)化問題屬于大規(guī)模非線性優(yōu)化問題，屬于NP-難的，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法僅有少數(shù)算法被證明是有效的；20世紀(jì)80年代以來，一些新穎的優(yōu)化算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模擬退火、蟻群算法以及混合優(yōu)化策略等，為解決復(fù)雜問題提供了新的思路與手段[1-4]。
2-狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建過程中，人們除了關(guān)心系統(tǒng)的可靠度外，還要考慮元件的數(shù)量、體積、價(jià)格等因素[3]，從而可靠性優(yōu)化模型可以分為：（1）構(gòu)成系統(tǒng)的元件數(shù)量、價(jià)格、體積等不超過某一數(shù)量界限等約束條件，目標(biāo)是選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使構(gòu)造出來的系統(tǒng)具有最大可靠性（2）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有相對固定的形狀，且構(gòu)成系統(tǒng)的可靠度滿足一定的最低條件，目標(biāo)是選擇合適數(shù)量的元件、或適當(dāng)分配具有不同可靠度的元件，使元件用量最少、或體積最小或價(jià)格最低等。可靠性優(yōu)化問題也可分為[4]：（1）單目標(biāo)的可靠性優(yōu)化問題，進(jìn)一步還可以分為冗余系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化問題、具有比較設(shè)計(jì)的可靠性優(yōu)化問題、時(shí)間相關(guān)的可靠性分配優(yōu)化問題、帶有置信區(qū)間的可靠性優(yōu)化問題（2）多目標(biāo)的可靠性優(yōu)化問題。
在實(shí)際應(yīng)用中，存在著多種優(yōu)化算法怎么樣合理選擇的問題。本文選擇模擬退火算法、蟻群算法、遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法，對選定可靠性優(yōu)化模型的實(shí)例進(jìn)行編程測試，模型屬于2-狀態(tài)串-并聯(lián)、子系統(tǒng)元件都相同，不同子系統(tǒng)元件一般不相同的單目標(biāo)-單約束、目標(biāo)函數(shù)最小化可靠性優(yōu)化問題。根據(jù)模擬仿真結(jié)果，對用常見智能算法求解網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化問題算法的選擇提出建議。
1、可靠性優(yōu)化模型
1.1 假設(shè)
（1）研究的網(wǎng)絡(luò)是2-狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的元件有且只有兩種狀態(tài)，即正常工作狀態(tài)和失效狀態(tài)。
（2）網(wǎng)絡(luò)用一個(gè)無向圖G =（V，E）表示，其中V表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)集合，E代表邊的集合。s是源結(jié)點(diǎn)，t是匯結(jié)點(diǎn)。
（3）結(jié)點(diǎn)是完全可靠的，永不失效。
（4）網(wǎng)絡(luò)是耦合的（Coherent）。
（5）邊的失效是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。某一邊處于某種狀態(tài)的概率是已知的。
1.2 模型
假設(shè)系統(tǒng)G=(V，E)由n個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)組成，如圖1所示，在每個(gè)子系統(tǒng)中使用相同的2-狀態(tài)元件，Cn表示系統(tǒng)的總價(jià)格（這里僅僅考慮元件費(fèi)用），R表示系統(tǒng)可靠性，ci表示第i種元件的單價(jià)，xi是第i個(gè)子系統(tǒng)第i種部件的個(gè)數(shù)，xi＞=1，R0是系統(tǒng)要達(dá)到預(yù)定的可靠度。
2、算法的實(shí)現(xiàn)
模擬退火算法、蟻群算法、遺傳算法的原理、自然語言描述，請參閱高尚[3]等論文，粒子群優(yōu)化算法請參閱王正初[5]等論文。用Matlab2008a編程，計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真(基本配置為CPUB960@2.2Ghz，2.2Ghz、內(nèi)存4G、Windows 7操作系統(tǒng))。
2.1 模擬退火算法
算法如圖2所示。
3、仿真實(shí)例
設(shè)圖1模型中，由5個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)中元件的正常工作概率、開路失效概率和短路失效概率如下：p1=0.96，p2=0.93，p3=0.85，p4=0.80，p5=0.75；c1=3元，c2=12元，c3=8元， c4=5元，c5=10元，系統(tǒng)要求R0=0.9。
模擬退火算法測試結(jié)果： 取T = 1 0 0 0 0 0 0 ， T 0= 1 . 0 ，a=0.90，初始解為（4,4,4,4,4）（是可行解）。計(jì)算50次，計(jì)算最優(yōu)解情況如下：最小費(fèi)用是81元，最大費(fèi)用103元；平均費(fèi)用（近似最優(yōu)費(fèi)用）85.24元，算法平均執(zhí)行時(shí)間0.1747秒，取得最優(yōu)解20次，此時(shí)最優(yōu)解為（2，2，2，3，2）。其中，模擬退火算法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的費(fèi)用—迭代次數(shù)關(guān)系，如圖6(a)所示。算法基本達(dá)到了高尚[3]等推薦的最好算法（蟻群算法）水平。蟻群算法的測試結(jié)果：取M=106，xm a x= 4 ， β = 0 . 9 ，[τij]4×5=[10]4×5，Q=10，初始解取（1,1,1,1,1）（不是可行解），計(jì)算50次，全部都收斂到最優(yōu)解（2，2，2，3，2），最優(yōu)解費(fèi)用81元，算法平均執(zhí)行時(shí)間0.3069秒。算法的收斂情況好于高尚[3]等推薦的最好算法（蟻群算法）水平，與王正初[5]等微粒群算法的效果相同。蟻群算法執(zhí)行產(chǎn)生的費(fèi)用—迭代次數(shù)關(guān)系，見圖6(b)。
遺傳算法的測試結(jié)果：取M=250，N=30，Pc= 0 . 2 ，Pm=0.5，遺傳代數(shù)tt=100，t=1，初始解選為（4,4,4,4,4）。算法執(zhí)行50次，計(jì)算最優(yōu)解情況如下：最小費(fèi)用是81元，最大費(fèi)用93元；平均費(fèi)用82.72元，算法平均執(zhí)行時(shí)間0.8349秒，取得最優(yōu)解34次，此時(shí)最優(yōu)解為（2，2，2，3，2）。其中，遺傳算法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的費(fèi)用—迭代次數(shù)關(guān)系，如圖6(c)所示。除了時(shí)間因素外，算法收斂情況好于高尚[3]等推薦的最好算法（蟻群算法）水平。
微粒群算法的測試結(jié)果：取加速度常數(shù)c1=c2=1.4962；種群規(guī)模N=20，進(jìn)化最大代數(shù)Gmax=100，權(quán)重w滿足：w=0.9-0.5*(t-1)/99 ，初始解為（4,4,4,4,4。算法執(zhí)行50次，計(jì)算最優(yōu)解情況如下：算法全部收斂到最優(yōu)解（2，2，2，3，2），最小費(fèi)用是81元，算法平均執(zhí)行時(shí)間0.4272秒。其中，微粒群算法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的費(fèi)用—迭代次數(shù)關(guān)系，如圖6(d)所示。算法收斂情況好于高尚[3]等推薦的最好算法（蟻群算法）水平，與王正初[5]等算法收斂情況一致。
論文摘要：水泥混凝土路面是當(dāng)前高等級公路的一種主要結(jié)構(gòu)形式，本文對具體設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題作一探討，供大家參考。
1前言
水泥混凝土路面有很多的優(yōu)點(diǎn)：路面強(qiáng)度高、承載能力大，耐磨耗能力強(qiáng)，能見度好，使用壽命長，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少，行車的油耗也較瀝青路面少10％——15％，正因?yàn)橛羞@些優(yōu)點(diǎn)，所以水泥混凝土路面在許多省市廣泛使用，也取得了比較好的效果。
80年代至90年代初期，我國的水泥混凝土路面建設(shè)呈現(xiàn)一個(gè)高峰期。但從道路使用運(yùn)營狀況來看，大多數(shù)的水泥混凝土路面難以達(dá)到20一30年的設(shè)計(jì)使用年限，并且出現(xiàn)一些較嚴(yán)重的缺陷，如路面的早期斷裂、錯(cuò)臺邊角破損、平整度及粗糙度差等給行車和養(yǎng)護(hù)帶來一定的困難，且不易處理，修復(fù)費(fèi)用高難度大。究其原因，除了設(shè)計(jì)施工質(zhì)量問題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設(shè)計(jì)構(gòu)造的角度，就如何提高水泥混凝土路面的使用性能，有效的控制路面的缺陷，結(jié)合自己的實(shí)踐體會與具體做法提出一些探討意見，供同仁參考討論。
2水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的理論依據(jù)問題
2．1路面設(shè)計(jì)指標(biāo)可靠度的分折
公路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級為3個(gè)等級．路面工程的安全等級僅考慮高速公路。一級公路和二級公路的路面，相應(yīng)的安全等級要求規(guī)定為一級、二級和三級。為三級和四級公路路面增加一個(gè)設(shè)計(jì)安全等級--四級。并規(guī)定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20MPa；而設(shè)計(jì)安全等級為四級的路面結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠度．系按前三級的數(shù)值級差遞降得到的。按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理要求達(dá)到和可能達(dá)到的具體水平．選用其他等級。降低選用的變異水平等級，須增加混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度要求；而提高選用的變異水平等級．則可降低混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度或混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較予以確定但對于高速公路的路面，為保證優(yōu)良的行駛質(zhì)量，不宜降低變異水平等級材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級．按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理水平分為低、中、高三級由滑模或軌道式施工機(jī)械施工．并進(jìn)行認(rèn)真，嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和管理的工程．可選用低變異水平等級。由滑模或軌道式施工機(jī)械施工，但施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機(jī)具施工，而施工質(zhì)量控制和管理認(rèn)真、嚴(yán)格的工程可選用中低變異水平等級。采用小型機(jī)具施工，施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程。可選用高變異水平等級。
設(shè)計(jì)時(shí)．可依據(jù)各設(shè)計(jì)參數(shù)變異系數(shù)值在各變異水平等級變化范圍內(nèi)的情況選擇可靠度系數(shù)。目標(biāo)可靠度是所設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平。它的選取是一個(gè)工程經(jīng)濟(jì)問題：目標(biāo)可靠度定得較高，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)較厚，初期修建費(fèi)用較高。但使用期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用較低；目標(biāo)可靠度定得較低，初期修建費(fèi)用可降低，但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用需提高。通常采用“校準(zhǔn)法”來確定目標(biāo)可靠度。“校準(zhǔn)法”是對按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的已有路面進(jìn)行隱含可靠度的分析，參照隱含可靠度制定目標(biāo)可靠度，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)接納了以往的工程設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，包含了與原有設(shè)計(jì)方法相等的可接受性和經(jīng)濟(jì)合理性。
2．2交通量計(jì)算取值的分析
軸載換算公式是以等效疲勞斷裂損壞原則導(dǎo)出的。對于同一路面結(jié)構(gòu)，軸載和標(biāo)準(zhǔn)軸載產(chǎn)生相同疲勞損耗時(shí)。才能等效換算。在交通調(diào)查分析雙向交通的分布情況時(shí)，應(yīng)選取交通量方向分配系數(shù)，一般可取0.5；并依據(jù)設(shè)計(jì)公路的車道數(shù)．確定交通量車道分配系數(shù)(應(yīng)剔除2軸4輪以下的客、貨車交通量)，即為設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量ADTT，然后用軸載當(dāng)量換算系數(shù)法或車輛當(dāng)量軸載系數(shù)法求得)，再根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期l和輪跡分布系數(shù)、交通量增長率求得累計(jì)f用次數(shù)N，確定交通分級。
2．3水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合的設(shè)計(jì)分析
對于路基用土．高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土．不能用做高速公路和一級公路的路床填料或二級和二級以下公路的上路床填料；高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3％的低液限粘土，不能用做高速公路和一級公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻加石灰或水泥等結(jié)合料進(jìn)行改善。對于基層材料選擇時(shí)。特重交通適宜貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土?xí)r，設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按復(fù)合式路面分析。且強(qiáng)度以試驗(yàn)為準(zhǔn)對水泥混凝土面層下基層的首要要求是抗沖刷能力不耐沖刷的基層表面。在滲入水和荷載的共同作用下會產(chǎn)生淤泥、板底脫空和錯(cuò)臺等病害，導(dǎo)致行車的不舒適，并加速和加劇板的破裂。混凝土面層下采用貧混凝土基層，主要是為了增加基層的抗沖刷能力，并不要求它有很高的強(qiáng)度。高強(qiáng)度的貧混凝土并不能使面層厚度降低很多，反而會增加混凝土面層的溫度翹曲應(yīng)力，并產(chǎn)生會影響到面層的收縮裂縫。另外．新規(guī)范取消了基層頂面綜合模量的規(guī)定值的要求。
對于面層板來說，我國絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設(shè)傳力桿。不設(shè)傳力桿的主要原因是施工不便。但接縫是混凝土路面的最薄弱處，唧泥和錯(cuò)臺病害，除了基層不耐沖刷外．接縫傳荷能力差也是一個(gè)重要原因。同時(shí)，在出現(xiàn)唧泥后。無傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產(chǎn)生板塊斷裂。此外，接縫無傳力桿的舊混凝土面層在考慮設(shè)置瀝青加鋪層時(shí)．往往會因接縫傳荷能力差易產(chǎn)生反射裂縫而不得不加大加鋪層的厚度。為了改善混凝土路面的行駛質(zhì)量，保證混凝土路面的使用壽命，便于在使用后期鋪設(shè)加鋪層，新規(guī)定了在承受特重和重交通的普通混凝土面層的橫向縮縫內(nèi)必須設(shè)置傳力桿。另外，新規(guī)范僅強(qiáng)調(diào)了在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處設(shè)置脹縫，取消了變坡點(diǎn)、小半徑曲線設(shè)脹縫的限制，使行車更順暢。
3路面接縫處理的設(shè)計(jì)
水泥混凝土路面接縫多，易于損壞，尤其是脹縫位置面板破損較為普遍和嚴(yán)重。有的道路在通車l～3年后逐步破碎損壞。破損率高達(dá)50％～90％以上。究其原因是多方面，影響因素也復(fù)雜，但筆者認(rèn)為主要是脹縫的構(gòu)造問題、施工工藝及管理問題。從脹縫設(shè)計(jì)構(gòu)造的角度主要解決位置設(shè)置、構(gòu)造型式、傳力桿設(shè)置和面板局部加強(qiáng)。脹縫設(shè)置應(yīng)遵循新頒水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范第4．2．5條規(guī)定外，要盡可能少設(shè)或不設(shè)脹縫，特別是平縱線形標(biāo)準(zhǔn)較高的平原微丘地形設(shè)置長間距脹縫，或只在結(jié)構(gòu)物銜接處。這一點(diǎn)已經(jīng)在國外工程中得到證實(shí)。其次一般常用的脹縫型式為設(shè)傳力桿和不設(shè)傳力桿兩大類，不設(shè)傳力桿的脹縫其傳荷能力較差，在重車反復(fù)作用下，脹縫的兩側(cè)容易發(fā)生錯(cuò)臺。而設(shè)傳力桿的脹縫，其傳荷性能較好，從實(shí)際的應(yīng)用效果來看，設(shè)傳力桿的脹縫能較好的抑制脹縫病害，因此建議對于交通量大、重載車多的公路和城市道路采用傳力桿的脹縫為最佳；反之可采用不設(shè)傳力桿的枕梁式脹縫。但為了減少車輛反復(fù)沖擊作用．枕梁上最好設(shè)置一層緩沖橡膠墊。根據(jù)傳荷受力的需要設(shè)置傳力桿。傳力桿宜用
直徑為32～35較粗的光園鋼筋，同時(shí)脹縫兩側(cè)30～40mm面板范圍內(nèi)因傳力桿存在而受力復(fù)雜，應(yīng)在脹縫兩側(cè)30～40cm水泥混凝土板內(nèi)布置加強(qiáng)鋼筋。
4結(jié)束語
綜上所述．在公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，還有許多問題．只有認(rèn)真研究設(shè)計(jì)規(guī)范，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
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30.邊坡工程研究中的新理論和新方法評述
31.邊坡工程地質(zhì)信息的三維可視化及其在三峽船閘邊坡工程中的應(yīng)用
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36.泥化夾層對邊坡工程穩(wěn)定性影響及控制方法研究
37.風(fēng)險(xiǎn)評估方法在邊坡工程中的應(yīng)用
38.預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)在邊坡工程中的設(shè)計(jì)研究
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40.分布式光纖傳感技術(shù)在邊坡工程監(jiān)測中的應(yīng)用研究
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43.區(qū)間分析理論及其在邊坡工程中的應(yīng)用
44.邊坡工程中的PSA-ANFIS反演設(shè)計(jì)方法
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48.強(qiáng)降雨下元磨公路典型工程邊坡穩(wěn)定性研究
49.既有軟質(zhì)巖邊坡工程檢測鑒定技術(shù)研究
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52.第七屆全國巖土工程實(shí)錄交流會特邀報(bào)告——基坑與邊坡工程綜述
53.人工智能在礦山巖體邊坡工程中應(yīng)用
54.邊坡工程穩(wěn)定性耦合分析理論與方法研究
55.邊坡工程的爆破效應(yīng)分析
56.福州武警學(xué)院新校區(qū)邊坡工程設(shè)計(jì)研究
57.邊坡工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
58.露天礦邊坡工程系統(tǒng)演化過程
59.電磁波層析成像技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)邊坡工程勘察中的應(yīng)用研究
60.水電建設(shè)中的高邊坡工程
61.高速公路邊坡工程工后穩(wěn)定性評估
62.抗滑樁在邊坡工程中的研究進(jìn)展及應(yīng)用
63.改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法在邊坡工程力學(xué)參數(shù)反演中的應(yīng)用
64.基于光纖傳感的邊坡工程監(jiān)測技術(shù)
65.三維環(huán)境下邊坡工程地質(zhì)編錄關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)
66.邊坡工程中抗滑樁的效果評價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)
67.邊坡柔性防護(hù)技術(shù)在巖質(zhì)邊坡工程中的應(yīng)用研究
68.露采邊坡工程特點(diǎn)與有關(guān)問題的探討
69.邊坡工程監(jiān)測信息可視化分析系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用
70.港渝兩地邊坡工程中土釘技術(shù)的對比研究
71.邊坡工程集成式智能決策支持系統(tǒng)研究
72.豎向加筋技術(shù)在邊坡工程中的應(yīng)用研究
73.邊坡工程模糊隨機(jī)可靠度分析
74.基于逆可靠度的邊坡工程反演分析
75.基于異步粒子群優(yōu)化算法的邊坡工程巖體力學(xué)參數(shù)反演
76.論環(huán)境邊坡工程的設(shè)計(jì)與防治措施
77.福建山區(qū)高速公路邊坡工程與錨固技術(shù)
78.大連某檔案中心基坑邊坡工程支護(hù)型式研究
79.極端冰雪災(zāi)害對邊坡工程穩(wěn)定性影響分析研究
80.有限元強(qiáng)度折減法在元磨高速公路高邊坡工程中的應(yīng)用
81.邊坡工程模糊可靠度研究
82.邊坡工程中的巖石力學(xué)參數(shù)研究方法探討
83.云南紅層分布及其邊坡工程病害分析
84.廣義塑性理論上限法及其在邊坡工程中的應(yīng)用
85.錨桿抗滑樁加固邊坡工程動力穩(wěn)定性分析
86.邊坡工程中破裂角和巖體等效內(nèi)摩擦角取值及應(yīng)用若干問題探討
87.邊坡工程評價(jià)與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)
88.邊坡工程反饋設(shè)計(jì)研究的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
89.露天煤礦邊坡工程的發(fā)展趨勢
90.露天礦邊坡工程技術(shù)的發(fā)展與展望
91.區(qū)間分析在邊坡工程中的應(yīng)用
92.邊坡工程處治技術(shù)分析研究及工程應(yīng)用
93.綠春縣登天門景區(qū)邊坡工程治理方案研究 優(yōu)先出版
94.花崗巖類土質(zhì)邊坡工程特性及加固方法研究
95.邊坡工程失穩(wěn)災(zāi)害預(yù)警的研究
96.基于能量方法的巖體破壞機(jī)理及其在邊坡工程中的應(yīng)用
97.邊坡工程加固需求度評價(jià)及其應(yīng)用
98.基于DEA的地震作用下巖石邊坡工程整體安全風(fēng)險(xiǎn)分析 .
關(guān)鍵詞：橋梁；結(jié)構(gòu)動力分析；Midas/civil
Abstract: bridges after years of operating, its original design level can not meet the requirements of the current measured analysis and dynamic characteristics of the bridge in order to better evaluate the performance of the bridge, based on the finite element program, which bridges make an objective evaluation and treatment advice.Keywords: bridges; structural dynamic analysis; Midas / civil
中圖分類號：V448.15+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
1 引言
某高速公路汽車天橋，設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，跨徑25+36+25m，橋梁全長86m，橋?qū)?m，梁高1.25~1.80m，采用單箱單室截面，橋面橫坡為雙向1.5%。設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅱ級。對該橋進(jìn)行動載現(xiàn)場檢測及理論分析，對該橋的使用性能做出評價(jià)。
2 理論分析
動載試驗(yàn)理論分析主要是計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率和振型，本文采用有限元軟件Midas進(jìn)行模擬分析，采用梁單元建立全橋上部結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率。經(jīng)模態(tài)分析后獲得結(jié)構(gòu)豎向前3階自振振型及頻率。
3 動載試驗(yàn)
采用拾振器、數(shù)據(jù)采集儀、電荷放大器及動力分析儀組成的動力測試系統(tǒng)，測試橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。
3.1試驗(yàn)方案
根據(jù)動載試驗(yàn)要求及上述計(jì)算結(jié)果，確定試驗(yàn)方案如下:
(1)封鎖橋梁，禁止車輛及人員通行，進(jìn)行地脈動試驗(yàn)，測試橋梁的自振特性;
(3)跳車試驗(yàn):一輛重車(11.5t)以10km/h速度駛過主跨跨中位置安置木方(高18cm)，測定結(jié)構(gòu)的動力特性。
(4)采用由拾振器(位移、速度與加速度傳感器)、數(shù)據(jù)采集儀、電荷放大器及動力分析儀組成的動力測試系統(tǒng)，測試橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。
3.2地脈動測試數(shù)據(jù)
將兩個(gè)傳感器分別同時(shí)放置于邊跨跨中、中跨跨中位置，進(jìn)行地脈動測試，測得中跨的自振頻率為3.42988Hz，邊跨的自振頻率為5.71646 Hz。
表3-1 結(jié)構(gòu)自振頻率計(jì)算值與實(shí)測值
3.3跳車測試數(shù)據(jù)
跳車位置在中跨跨中，傳感器置于中跨跨中位置。頻譜見圖5-5，時(shí)域波形分析圖見圖5-6。
阻尼比計(jì)算公式為...........................（3-1）
ε：阻尼比
yk : 振幅
yk+n: n個(gè)周期后的振幅
根據(jù)圖5-7中標(biāo)記位置處振幅關(guān)系計(jì)算阻尼比。從左到右所標(biāo)記點(diǎn)分別為1號點(diǎn)，2號點(diǎn)，3號點(diǎn)。
1號點(diǎn)振幅為78.453mv，2號點(diǎn)振幅為20.598mv，3號點(diǎn)振幅為3.180mv。
n1=17，n2=23。
根據(jù)公式5-1，求得，ε1= 0.0125，ε2=0.0129。
ε=（ε1+ε2）/2=0.0127=1.27%
4 結(jié)論
（1）實(shí)測頻率與理論計(jì)算所得頻率相比
①中跨實(shí)測頻率/第一陣型（中跨理論頻率）=3.42988/3.029516=1.132。
②邊跨實(shí)測頻率/第二陣型（邊跨理論頻率）=5.71646/5.335159=1.071。
根據(jù)《JTGT J21-2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率檢測的評定標(biāo)準(zhǔn)，中跨實(shí)測自振頻率/理論頻率=1.132>1.1為Ⅰ級，邊跨實(shí)測自振頻率/理論頻率1.071介于1 跟1.1之間，為Ⅱ級。中跨和邊跨的實(shí)測自振頻率均大于理論計(jì)算所得頻率，說明剛度均大于理論值，橋梁剛度滿足設(shè)計(jì)要求。但根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)際觀察，在改橋上通行的車輛噸位較大（一般為30~50t），設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅱ級，等級偏低。
（2）根據(jù)跳車試驗(yàn)，求得橋梁阻尼比為0.0127。理論上阻尼比越大表示橋梁耗能能力越強(qiáng)，但對于中小跨徑橋梁，阻尼比偏大說明橋梁結(jié)構(gòu)可能有一定損傷，一般介于0.01到0.05之間說明較為安全。
（3）應(yīng)用Midas進(jìn)行理論分析所得的數(shù)值與實(shí)測值教相近，可靠度較高。
參考文獻(xiàn)：
1大型橋梁工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)決策的特殊性
橋梁工程區(qū)別于建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特征是:如果在地震中橋梁工程遭到嚴(yán)重破壞,切斷了震區(qū)交通生命線,將會造成救災(zāi)工作的巨大困難,使次生災(zāi)害加重,導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著現(xiàn)代化城市入口的大量聚集和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對交通線的依賴性越來越強(qiáng),而一旦地震使交通線遭到破壞,可能導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)以及間接經(jīng)濟(jì)損失也將會越來越巨大。幾次大地震一再說明了橋梁工程遭到破壞的嚴(yán)重后果,也一再說明對橋梁工程進(jìn)行抗震設(shè)防的重要性。作為生命線工程,橋梁工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的決策和一般的工業(yè)與民用建筑有所不同。大型橋梁工程投資浩大,在交通網(wǎng)絡(luò)中所處的地位重要,一旦受損后修復(fù)的難度也大,而造成的經(jīng)濟(jì)損失更是難以估計(jì),因此,大型橋梁工程所采用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高于一般規(guī)范所規(guī)定的最低抗震標(biāo)準(zhǔn)。目前,大型橋梁工程具體采用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),一般由業(yè)主參考其它大型橋梁工程已采用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)工程的重要性、自身的經(jīng)濟(jì)能力以及所能承受的風(fēng)險(xiǎn)水平,進(jìn)行決策。
針對大型橋梁工程,由于其所處區(qū)域的地震危險(xiǎn)性、社會經(jīng)濟(jì)狀況和其在交通網(wǎng)絡(luò)中的重要性具有其個(gè)體的特殊性,其抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行單獨(dú)的量化的研究。因此,大型橋梁工程的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)決策與一般建筑結(jié)構(gòu)的最大不同在于地震損失的計(jì)算有本質(zhì)的區(qū)別。
由于橋梁工程的價(jià)值是通過其在交通網(wǎng)絡(luò)中的功能作用來實(shí)現(xiàn)的,因此地震造成的橋梁破壞損失包括兩部分:直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失。直接經(jīng)濟(jì)損失即橋梁本身的結(jié)構(gòu)破壞損失,可通過修復(fù)成本進(jìn)行計(jì)算;間接經(jīng)濟(jì)損失即因橋梁的破壞而導(dǎo)致的交通網(wǎng)絡(luò)通行能力下降而造成的經(jīng)濟(jì)損失,其計(jì)算非常復(fù)雜,主要涉及到兩方面:(1)橋梁震害對交通網(wǎng)絡(luò)通行能力的影響研究;(2)交通網(wǎng)絡(luò)受橋梁震害影響導(dǎo)致通行能力下降所造成的地震間接損失研究。前者可通過評估橋梁在交通網(wǎng)絡(luò)中的重要性來實(shí)現(xiàn):后者涉及的因素較復(fù)雜,因?yàn)榻煌ňW(wǎng)絡(luò)通行能力下降所造成的經(jīng)濟(jì)損失與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)活動密切相關(guān)。盡管震后經(jīng)濟(jì)活動的活躍性下降,讓位于救災(zāi)、消防、醫(yī)療、物資供應(yīng)等震后應(yīng)急救援活動,而這一切仍然依賴于交通網(wǎng)絡(luò)的通行能力。
2基于風(fēng)險(xiǎn)的大型橋梁工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)決策
謝禮立院士19J認(rèn)為:決定工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的因素有三個(gè),即社會經(jīng)濟(jì)狀況、地震危險(xiǎn)性和工程結(jié)構(gòu)的重要性。確定工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)時(shí),需要綜合考慮工程的設(shè)防原則、設(shè)防目標(biāo)、設(shè)防環(huán)境、設(shè)防參數(shù)、設(shè)防水準(zhǔn)、設(shè)防等級。確定最佳設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的核心問題是正確解決設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)防原則及目標(biāo)之間的關(guān)系。這種關(guān)系可以被抽象為一個(gè)多變量、多目標(biāo)、多約束的動態(tài)最優(yōu)決策問題。對一般結(jié)構(gòu)和工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)建立決策模型時(shí),模型中的基本變量應(yīng)當(dāng)是抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),目標(biāo)函數(shù)應(yīng)力求最大限度地反映設(shè)防原則和目標(biāo)的要求,使為減災(zāi)目的而采用的防災(zāi)投入與采取措施后的潛在地震損失之和為最小。
首先,對大型橋梁工程所在地進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析。地震危險(xiǎn)性是指某一場地在一定時(shí)期內(nèi)可能遭受到的地震作用的大小和頻次,可用烈度或其它地震動參數(shù)來表示。對未來某個(gè)地區(qū)中將要遭遇地震動強(qiáng)度的大小、或不同地震動強(qiáng)度水平的概率、或超過給定地震動強(qiáng)度水平的概率進(jìn)行預(yù)測估計(jì)的工作,叫做地震危險(xiǎn)性分析。
地震危險(xiǎn)性分析方法一般有兩種:一種是確定性方法(Deterministicmethod);一種是概率法(Probabilistic method)。在調(diào)查研究場址周圍地區(qū)的地震地質(zhì)、地震活動和地球物理場資料的基礎(chǔ)上,判定并劃分出潛在震源區(qū),確定了各項(xiàng)地震活動性參數(shù),再結(jié)合橋址地區(qū)的基巖地震動水平向加速度衰減關(guān)系,采用中國地震局推薦的“考慮地震活動時(shí)、空不均勻性的地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算程序包”,對橋址工程場地進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算。再經(jīng)地震危險(xiǎn)性不確定性校正,即可得到橋址場地的地震危險(xiǎn)性。曲線圖中,橫軸為地震動峰值加速度,縱軸為加速度峰值年超越概率;曲線為橋址場地基巖地震加速度峰值年超越概率。年超越概率可對應(yīng)于地震動重現(xiàn)期,至此,地震動重現(xiàn)期和基巖地震加速度峰值取得對應(yīng)。
其次,明確橋梁工程在交通網(wǎng)絡(luò)中重要度。可靠度指“系統(tǒng)能夠在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能或目標(biāo)的概率”(Bell and Iida,1997),是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。很多系統(tǒng)(電力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)等)都把可靠度分析作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理的一個(gè)重要內(nèi)容。交通系統(tǒng)作為一個(gè)大的動態(tài)系統(tǒng),道路的實(shí)際容量和交通需求由于各種影響因素的存在是不斷變化的,這使得道路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營狀態(tài)也是不斷隨機(jī)變化的。隨著人們對于交通服務(wù)的要求越來越高,路網(wǎng)的可靠度分析引起了日益廣泛的關(guān)注。
最后,對橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行研究。結(jié)構(gòu)的地震易損性是指結(jié)構(gòu)在地震作用下,發(fā)生某種破壞程度的概率或可能性。易損性可采用從0(無破壞)到1(完全破壞)的標(biāo)量形式來表達(dá)。地震易損性分析就是對工程結(jié)構(gòu)在地震作用下遭受各種破壞程度的可能性進(jìn)行估計(jì)。地震危險(xiǎn)性分析資料和工程結(jié)構(gòu)的抗震能力分析資料是易損性分析所依據(jù)的基本資料。目前常用的易損性分析方法可分為兩大類:經(jīng)驗(yàn)分析法和理論分析法經(jīng)驗(yàn)分析法是根據(jù)地震調(diào)查資料直接得到地震動參數(shù)與各類建筑結(jié)構(gòu)破壞比例的關(guān)系。理論分析法是將不同結(jié)構(gòu)理想化為數(shù)學(xué)模型(如非線性分析模型),以地震“安評報(bào)告”提供的地震波作為地震動輸入,通過彈塑性結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析來計(jì)算結(jié)構(gòu)反應(yīng),利用結(jié)構(gòu)反應(yīng)與震害程度的關(guān)系或結(jié)構(gòu)的失效概率與震害程度的關(guān)系來判斷結(jié)構(gòu)的震害等級。
參考文獻(xiàn)
【論文關(guān)鍵詞】高速公路；路基沉降；沉降計(jì)算
【論文摘要】在高速公路軟土地基路段的建設(shè)過程中，考慮到軟土地基的復(fù)雜性，為了控制施工進(jìn)度，指導(dǎo)后期的施工組織與安排，如何正確計(jì)算路基的工后沉降是一個(gè)重要問題，本文介紹了用于路基沉降計(jì)算的常用方法和一些新方法，并對它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析，同時(shí)對各種方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況作了比較，為準(zhǔn)確計(jì)算路基的沉降量提供了方法上的參考。
1．前言
在公路施工過程中，為了控制施工進(jìn)度，指導(dǎo)后期的施工組織與安排，同時(shí)保證路基的穩(wěn)定與適用，需要對路基的最終沉降量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測。高速公路對地基要求甚高，為了實(shí)現(xiàn)其“安全、舒適、高速”的服務(wù)目的，在使用年限內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)較大的工后沉降，同時(shí)還應(yīng)避免不均勻沉降的發(fā)生。隨著我國“五縱七橫”高速公路網(wǎng)的全面展開，高填方路堤和軟土路基也越來越多，如何準(zhǔn)確地預(yù)測它們的沉降量將會是高速公路建設(shè)中的一個(gè)重要課題。目前用于計(jì)算沉降的方法很多，主要有傳統(tǒng)計(jì)算方法、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料推測的經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值計(jì)算法等。本文擬在對傳統(tǒng)的計(jì)算方法作一總結(jié)的同時(shí)，側(cè)重于對新的計(jì)算方法作一介紹。
2．傳統(tǒng)計(jì)算方法
經(jīng)典的沉降計(jì)算方法將沉降分為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分。瞬時(shí)沉降包括兩部分：由地基的彈性變形產(chǎn)生的和由地基塑性區(qū)的開展，繼而擴(kuò)大所產(chǎn)生的側(cè)向剪切位移引起的。對于固結(jié)沉降的計(jì)算，主要采用分層總和法。次固結(jié)沉降常采用分層總和法根據(jù)里蠕變試驗(yàn)確定參數(shù)求解。最終沉降量的計(jì)算通常采用固結(jié)沉降值乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的方法。
2.1分層總和法
分層總和法是先求出路基土的豎向應(yīng)力，然后用室內(nèi)壓縮曲線或相應(yīng)的壓縮性指標(biāo)，壓縮系數(shù)或壓縮模量分層求算變形量再總和起來的方法，這種方法沒有考慮路基土的前期應(yīng)力。e-lgp曲線法可以克服這個(gè)不足，能夠求出正常固結(jié)、超固結(jié)和欠固結(jié)情況下路基土的沉降。但這兩者都是完全側(cè)限條件下的變形計(jì)算方法，所以司開普頓和比利提出利用半經(jīng)驗(yàn)的方法來解決這個(gè)問題。關(guān)于分層總和法的介紹比較多，這里不再贅述。使用該方法有一點(diǎn)必須引起重視，就是壓縮層深度的選擇，這可以從位移場角度和應(yīng)力場角度加以考慮，具體可參見參考文獻(xiàn)[1]。
2.2應(yīng)力路徑法
直接用有效應(yīng)力路徑法來計(jì)算沉降的步驟是：①在現(xiàn)場荷載下估計(jì)路基中某些有代表性(例如土層的中點(diǎn))土體單元的有效應(yīng)力路徑；②在試驗(yàn)室做這些土體單元的室內(nèi)試驗(yàn)，復(fù)制現(xiàn)場有效應(yīng)力路徑，并量取試驗(yàn)各階段的垂直應(yīng)變；③將各階段的垂直應(yīng)變乘上土層厚度即得初始及最后沉降。
有效應(yīng)力路徑法可以克服估計(jì)初始超孔隙壓力以及固結(jié)沉降的街接上存在不夠合理的地方這個(gè)缺點(diǎn)，但它無法避
免用彈性理論來計(jì)算土體中的應(yīng)力增量。
3．現(xiàn)場實(shí)測資料推測沉降
由于荷載作用下路基沉降需要一段時(shí)間才能完成，所以通過前期的沉降觀測資料可以推算路基的最終沉降量。
3.1對數(shù)配合法
由路基固結(jié)度常用式U=1-ae-bt及其定義式，在實(shí)測的初期沉降-時(shí)間曲線上任意取3點(diǎn)且使它們之間的時(shí)間間隔相等，可得最終沉降量。為了使推算結(jié)果精確一些，時(shí)間間隔值盡可能取大一些，這樣對應(yīng)的沉降差值就要大一些。
3.2雙曲線配合法
該法認(rèn)為時(shí)間沉降量為一雙曲線，可由此確定路基的沉降量。但用該公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測比較后發(fā)現(xiàn)偏離較大[3]，推算的最終沉降量也偏大，如果沉降過程的觀測歷時(shí)較長，而且在求算最終沉降量時(shí)著重于后一階段的沉降曲線的話，就可得到較好的結(jié)果。
雙曲線配合法模型簡單實(shí)用，預(yù)測值較實(shí)測值稍微偏大，偏于保守，但對工程沉降預(yù)測有利。
3.3指數(shù)函數(shù)配合法
指數(shù)函數(shù)配合法即在沉降時(shí)間關(guān)系曲線上，取最大橫載段內(nèi)的三點(diǎn)，并使三點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，將三點(diǎn)的時(shí)間與相應(yīng)的沉降代入固結(jié)度的常用式U=1-ae-bt即可得指數(shù)函數(shù)配合法的具體表達(dá)式，由于上述方法中采用了實(shí)測的三點(diǎn)時(shí)間和對應(yīng)沉降值，該方法又稱三點(diǎn)法，三點(diǎn)的選擇以沉降曲線趨于穩(wěn)定的階段，且三點(diǎn)間隔盡可能大最為有利，此時(shí)推算的沉降值最準(zhǔn)確。
4．其他計(jì)算方法
4.1原位試驗(yàn)法
通過原位試驗(yàn)來確定沉降量的方法主要有：平板載荷試驗(yàn)法、靜力觸探法、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法和旁壓試驗(yàn)法。其中平板載荷試驗(yàn)法主要適用于砂土地基，該方法是對一定面積逐級施加荷載增量，并測量由這些增量所引起的沉降，可得到荷載與沉降的關(guān)系曲線，該方法通常要進(jìn)行尺寸效應(yīng)修正。靜力觸探法如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法是利用由大量的資料分析所得到的這些試驗(yàn)結(jié)果與土的壓縮性指標(biāo)之間的關(guān)系來計(jì)算沉降。旁壓試驗(yàn)法是用旁壓試驗(yàn)得到的模量應(yīng)用彈性理論得到預(yù)估沉降量，該方法將沉降分為二部分：由球形應(yīng)力張量引起的沉降和由偏斜應(yīng)力張量引起的沉降。
4.2有限單元法[5]
有限單元法是將地基和結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體來分析，將其劃分網(wǎng)格，形成離散體結(jié)構(gòu)，在荷載作用下算得任一時(shí)刻地基和結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的位移和應(yīng)力。該方法可以將地基作為二維甚至三維問題來考慮，反映了側(cè)向變形的影響。它可以考慮土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性特性，采用非線性彈性的本構(gòu)模型，或者彈塑性本構(gòu)模型。目前用得最廣的是鄧肯-張雙曲線模型。它可以考慮應(yīng)力歷史對變形的影響，還可以考慮土與結(jié)構(gòu)共同作用，考慮復(fù)雜的邊界條件，考慮施工逐級加荷，考慮土層的各向異性等。從計(jì)算方法上來說，是一種較為完善的方法。它的缺點(diǎn)是計(jì)算工作量大，參數(shù)確定困難，要做三軸排水試驗(yàn)，目前主要用于重要工程、重點(diǎn)地段的計(jì)算。
4.3反分析法
反分析法是依靠在工程現(xiàn)場獲取位移量測信息反演確定各類未知參數(shù)的理論和方法[6]。在反分析確定了路基參數(shù)后再根據(jù)所選擇的模型能準(zhǔn)確地求出路基的沉降量。進(jìn)行反分析計(jì)算要注意的問題有：一個(gè)可靠的反分析必須依靠一套可靠和完整的數(shù)據(jù)測定；在反算某些參數(shù)時(shí)，總要對其他一些輔助參數(shù)進(jìn)行實(shí)測，有時(shí)還需要估計(jì)；進(jìn)行反分析首先要對整個(gè)數(shù)學(xué)模型某種假定，這些假定的可靠度將影響反分析的適用性；在反分析的模型選擇、介質(zhì)特性假定等方面，經(jīng)驗(yàn)的工程判斷將起到重要作用。
論文關(guān)鍵詞：軌道車輛，設(shè)備管理，策略優(yōu)化
維修策略優(yōu)化的目的是為實(shí)現(xiàn)車輛設(shè)備整體維修費(fèi)用的最小化，設(shè)備可用性和安全性最大化，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸生產(chǎn)帶來的效益最大化。通過考慮設(shè)備類別與特征，失效模式、故障后果的嚴(yán)重級別等因素，尋找設(shè)備維修維護(hù)費(fèi)用和故障后果損失費(fèi)用之間的最優(yōu)關(guān)系進(jìn)行維修策略優(yōu)化。
1、根據(jù)設(shè)備分類優(yōu)化維修策略
不同的維修方式的理論基礎(chǔ)各有差異，例如狀態(tài)維修防止事故的原理是潛在故障發(fā)生后，功能故障發(fā)生前對設(shè)備進(jìn)行維修；定期維修方式則是設(shè)備故障有周期規(guī)律的情況下使用，能取得較滿意的效果。不同設(shè)備由于物理材質(zhì)，在系統(tǒng)中功能作用等的不同，有不同的屬性，所以在城市軌道交通車輛維修策略優(yōu)化過程中，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備與故障的不同加以區(qū)分。如圖1所示：
圖1 城軌車輛設(shè)備專業(yè)分類
設(shè)備在每次檢修之后，故障率有所下降，但是由于零部件的耗損、疲勞等因素，運(yùn)行狀態(tài)將越來越差，故障率又逐漸上升，直到下次檢修后，故障率再下降，設(shè)備故障呈周期性變化。如果能根據(jù)設(shè)備磨耗規(guī)律，在設(shè)備偶發(fā)失效期和損耗期的拐點(diǎn)對設(shè)備進(jìn)行維修，能避免維修不足和過剩維修，獲得最佳效益。
對于電子電氣類設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)代設(shè)備故障率曲線可知，設(shè)備故障的發(fā)生有的與設(shè)備使用時(shí)間有關(guān)，有的則與設(shè)備使用時(shí)間無關(guān)，要根據(jù)實(shí)際情況而定。在進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)的決策維修時(shí)軌道車輛，選擇預(yù)防性維修不一定能提高設(shè)備的可靠度，但許多設(shè)備的故障有一定的潛伏期，通過現(xiàn)代設(shè)備診斷技術(shù)可以檢測得到。由于診斷技術(shù)限制和出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，對于診斷技術(shù)不夠成熟或者產(chǎn)出投入比低的設(shè)備，應(yīng)結(jié)合設(shè)備壽命周期規(guī)律采取定期報(bào)廢或定期檢查的維修策略。
2、根據(jù)故障后果優(yōu)化維修策略
故障后果包括故障造成對人身安全、環(huán)境、對其它設(shè)備或者部件的影響及停機(jī)影響。設(shè)備故障導(dǎo)致運(yùn)輸生產(chǎn)損失，包括直接運(yùn)輸生產(chǎn)損失與間接損失。直接損失包括因運(yùn)輸中斷導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益停止或者人員傷亡損失等。間接損失包括交通中斷對人們出行的影響，對企業(yè)和政府聲譽(yù)的影響帶來的損失等。如果設(shè)備故障導(dǎo)致的損失越大，對設(shè)備的可靠性要求越高。
若單獨(dú)考慮設(shè)備故障后果，將防止故障的發(fā)生作為唯一目標(biāo)，也能對設(shè)備維修策略進(jìn)行決策。事后維修方式的維修費(fèi)用最小；定期維修維護(hù)費(fèi)用較大；狀態(tài)監(jiān)測的維修方式維修費(fèi)用最大，對保障設(shè)備可靠性水平也最好。設(shè)備故障對運(yùn)輸影響微小的，可以考慮用事后維修。對于對運(yùn)輸生產(chǎn)影響損失中等的設(shè)各可采用一般預(yù)防性維修，如定期維修，點(diǎn)檢不定期維修等。對于設(shè)備故障對運(yùn)輸影響大的，應(yīng)采首先考慮時(shí)刻保障設(shè)備可靠性的維修方式，如用定期維修和狀態(tài)監(jiān)測相結(jié)合。粗略的維修級別決策優(yōu)化方法如圖2所示。
圖2考慮故障后果的簡單維修決策
3、根據(jù)單位時(shí)間損失故障頻率和停機(jī)時(shí)間優(yōu)化維修策略
由于采用故障后果優(yōu)化維修方式確定車輛設(shè)備維修策略比較粗略，故而可綜合考慮多個(gè)因素論文服務(wù)。通過分析故障頻率、故障停機(jī)時(shí)間和單位停機(jī)時(shí)間損失費(fèi)用三個(gè)因素，建立空間三維模型，對維修策略進(jìn)行優(yōu)化。將故障頻率、故障停機(jī)時(shí)間、單位停機(jī)時(shí)間損失三個(gè)因素分別作為一維軸坐標(biāo)，通過對每一維做二元劃分，則得到一個(gè)被切分成八塊的立方體，如圖3所示，根據(jù)設(shè)備所落的立方體塊，定性進(jìn)行維修策略的優(yōu)化。
圖3 故障頻率、故障停機(jī)時(shí)間、單位停機(jī)時(shí)間損失三維模型圖
在被切割成的八塊的立方體中:第1區(qū)表示既有高故障頻率，又有高停機(jī)時(shí)間，并且單位時(shí)間損失費(fèi)用高，建議對這部分設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造和替換更新。第2區(qū)表示故障頻率高，且停機(jī)時(shí)間長，但停機(jī)單位時(shí)間損失費(fèi)用低，員工參與的點(diǎn)檢預(yù)防維修較為適合，輔之狀態(tài)維修。第3區(qū)表示故障頻率高，停機(jī)時(shí)間短，但單位時(shí)間損失費(fèi)用高，可以考慮主要通過狀態(tài)維修來管理，輔之點(diǎn)檢預(yù)防維修。第4區(qū)表示故障頻率高，但停機(jī)時(shí)間短、單位時(shí)間損失費(fèi)用少，既可以通過點(diǎn)檢預(yù)防維修來解決，也可以考慮狀態(tài)維修解決。第5區(qū)屬于故障頻率低，但停機(jī)時(shí)間長，單位損失費(fèi)用高，適合推進(jìn)長周期點(diǎn)檢，輔之以利用率為中心的維修策略。第6區(qū)意味著故障頻率低但停機(jī)時(shí)間長，然而單位時(shí)間損失費(fèi)用低，點(diǎn)檢預(yù)防維修應(yīng)該比較適合。第7區(qū)屬于故障頻率低，停機(jī)時(shí)間短，但單位時(shí)間損失費(fèi)用高，仍然適合于點(diǎn)檢預(yù)防維修。第8區(qū)表示故障頻率低、停機(jī)時(shí)間短而且單位停機(jī)時(shí)間損失費(fèi)用低，事后維修可能更經(jīng)濟(jì)適合。
下面結(jié)合某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)說明應(yīng)用圖3-1闡述的定性策略分析法。表1是某地鐵公司車輛轉(zhuǎn)向架故障的統(tǒng)計(jì)情況。
表1 某地鐵公司DC01車輛轉(zhuǎn)向架故障表
故障類型
故障描述
頻率/次
等級
折算停機(jī)時(shí)間
剝離
輪對有大面積擦傷剝離
1
輕度
0一2分鐘
尺寸超標(biāo)
輪對軸箱裝置輪徑超標(biāo)
32
輕度
0一2分鐘
螺栓松動
牽引電機(jī)徑跳超標(biāo)(m軸)
1
一般
2一5分鐘
高速開關(guān)故障
跳高速開關(guān)
1
一般
2一5分鐘
裂紋
Ⅵ/Ⅰ軸齒輪箱懸掛裂紋
2
輕度
0一2分鐘
空氣簧裂紋
2
輕度
0一2分鐘
齒輪變速傳動裝置裂紋
1
輕度
0一2分鐘
輪對有大面積擦傷剝離
3
隨著經(jīng)濟(jì)、社會的不斷發(fā)展，各類社會競爭逐漸增多，當(dāng)代大學(xué)生面臨的壓力也不斷增加，而這些壓力往往成為大學(xué)生自殺的根源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年來，在我國大學(xué)生非正常死亡現(xiàn)象中，自殺的比例排在第一位 。②
2015年5月18日，28歲的中南大學(xué)研三學(xué)生姜東身從學(xué)校圖書館六樓跳樓身亡。事發(fā)5天后，姜東身哥哥姜東中向媒體公布了弟弟死前在網(wǎng)上留下的五千字遺書，稱弟弟因論文答辯遭導(dǎo)師為難無法通過，心里感到強(qiáng)烈不公平與憤慨，最終選擇了跳樓自殺。我們通過對姜東身遺書的分析，出身微寒的姜東身確實(shí)因?yàn)楦惺艿絹碜詫?dǎo)師的不公平對待而最終走上了不歸路。
通常而言，當(dāng)人們處于不公平狀態(tài)時(shí)都會想著努力地改變這種狀態(tài)，極不公平的境遇會令人感到屈辱，憤怒。本案例中，姜東身選擇留下遺書，然后自殺，以此控訴自己導(dǎo)師的種種惡劣行徑，既是他的反抗，從某種意義上來說，也是他對給予自己不公平對待的人和社會的報(bào)復(fù)。
大學(xué)生接受過良好的教育，是家庭和社會發(fā)展的希望，也是社會重點(diǎn)關(guān)注的群體。這就使得大學(xué)生的自殺行為造成的負(fù)面影響非常大。因此，大學(xué)生自殺問題便成為了當(dāng)下社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文從社會公平認(rèn)知視角出發(fā)，在對中南大學(xué)研三學(xué)生姜東身自殺事件進(jìn)行個(gè)案分析的基礎(chǔ)上，探討了如何引導(dǎo)當(dāng)代大學(xué)生樹立正確的社會公平認(rèn)知，并對如何有效預(yù)防大學(xué)生自殺提出了意見與建議。
二、理論基礎(chǔ)
（一）社會公平理論
社會公平理論是社會心理學(xué)中解釋人們公平感的一種觀點(diǎn)。由美國社會心理學(xué)家J.S.亞當(dāng)斯等人提出。通過對不同學(xué)科領(lǐng)域研究結(jié)果的整合，在目前的中國社會，人們社會公平感的結(jié)構(gòu)應(yīng)包含5個(gè)維度（張媛，2009）：權(quán)利公平、機(jī)會公平、程序公平、互動公平以及結(jié)果公平。
大學(xué)生群體對社會公平的認(rèn)知直接影響其情緒的變化和發(fā)展，對其自身行為也會產(chǎn)生不同作用。我們將個(gè)人對他人、對他人的社會行為及其規(guī)律的感知和認(rèn)識稱為社會認(rèn)知③。社會公平認(rèn)知，簡而言之，是對社會公平的主觀認(rèn)識，是人們對于自身是否受到來自他人和社會公平待遇的直接感受。
顯然，在社會公平認(rèn)知方面，是對機(jī)會公平和程序公平的認(rèn)知導(dǎo)致了姜東身的自殺。在姜東身看來，“前程為人人開放”而自己的前程卻一片黯淡，盡管自己有能力、有實(shí)力依然得不到公正待遇，這種競爭根本上就是不規(guī)范和不公平的。自己的抗?fàn)帥]有任何作用，消除這種不公平感的方法只有自殺這種極端行為。
（二）歸因理論
歸因理論是西方社會認(rèn)知領(lǐng)域最為重要的理論流派之一，20世紀(jì)70年代美國社會心理學(xué)界逐漸形成了主導(dǎo)歸因研究方向的新領(lǐng)域――成就歸因研究，代表人物是美國社會心理學(xué)家韋納。韋納的主要研究點(diǎn)有三個(gè)：成敗歸因的原因、維度及其對情緒和行為的影響；成就動機(jī)水平與成就歸因；能力自我知覺水平與成就歸因。他不僅開辟新的歸因研究領(lǐng)域，也建立了歸因的研究體系，將歸因的分類總結(jié)為內(nèi)外歸因、穩(wěn)定或不穩(wěn)定歸因，可控或不可控歸因。
20世紀(jì)80年代末期歸因理論被引入中國，國內(nèi)歸因理論的研究集中在教育領(lǐng)域，大多繼承了韋納的成就歸因理論，將大量的實(shí)驗(yàn)和調(diào)查研究聚焦于學(xué)生的學(xué)業(yè)成就和動機(jī)，研究學(xué)生的學(xué)業(yè)成就歸因及其影響因素。有些學(xué)者也探尋除學(xué)業(yè)成就歸因之外的領(lǐng)域，以歸因理論為基礎(chǔ)，研究社會行為的歸因以及人際交往的歸因，逐漸增強(qiáng)了對社會群體歸因模式的關(guān)注。
姜東身選擇自殺，很大程度上是因?yàn)樗麑厴I(yè)答辯未通過這件事歸因于導(dǎo)師對自己的不公平，甚至是整個(gè)學(xué)校、整個(gè)社會的不公平。在研究中，我們將根據(jù)歸因理論，來深入探討姜東身是怎樣對學(xué)習(xí)和生活上遭遇的一系列挫折和打擊進(jìn)行歸因的，并揭示這種歸因與他自殺之間的內(nèi)在聯(lián)系。
三、案例分析
姜東身自殺事件中，姜東身自身感到來到導(dǎo)師的強(qiáng)烈的不公平感，因而選擇自殺。這種對不公平的認(rèn)知主要是指對“機(jī)會”和“程序”的不公平的感受，有同門同學(xué)、非同門同學(xué)、其他導(dǎo)師三個(gè)參照對象，正因?yàn)橛羞@些比較，才更加深了姜東身自身的不公平感，繼而是憤怒情緒難以遏制，因想報(bào)復(fù)和尋求解脫而選擇自殺。
（一）不公平感的來源
（1）與同門同學(xué)相比：“近乎虐待的苛刻”
姜東身遺書中多次提到導(dǎo)師楊忠炯對同門的其他同學(xué)“寬容”，而對自己是近乎“虐待”的苛刻。
在寫論文方面，他寫道：“你也說過同門的論文看不懂，可是你隨便就讓改了發(fā)了！我的你看不懂，就著不讓發(fā)，把學(xué)生論文拖到3月初的，機(jī)電院有你，很難再找第二個(gè)！”在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，姜東身也是郁悶不堪，在遺書中他寫道：“我忙幾個(gè)月，不敵老板一個(gè)意見！也不敵老板的勢利眼，畢竟兩個(gè)同門中南本校的，不時(shí)去給你修電腦，也不及同門的家底殷實(shí)！”
所有這些遭遇到的不公平待遇被姜東身歸結(jié)為：不是中南本校、家境不好而導(dǎo)師又勢力。“也確實(shí)，窮點(diǎn)兒世面短，被你當(dāng)傻子也無所謂了。”“還要等你說6月份答辯嗎，明擺著要延期，要保賓賓和耀中。也不想想，他們仿真怎么做的，模型參數(shù)造假，實(shí)驗(yàn)造假，你不清楚嗎？”在姜東身看來，導(dǎo)師總是可以維護(hù)同門其他同學(xué)，對他卻十分苛刻，是個(gè)“勢利小人”。
（2）與其他同學(xué)相比：“被故意刁難的不甘心”
在網(wǎng)傳遺書中，姜東身指稱，導(dǎo)師楊忠炯故意為難他，別人“很水的論文”都通過了，唯獨(dú)對自己的論文十分苛刻，還要求其延期答辯。除了同門同學(xué)，與非同門的同學(xué)們相比，姜東身也深感不公平。
“論文建模仿真造假，實(shí)驗(yàn)造假，你不知道？偏偏揪著說我的可靠度怎么來的？我的都是計(jì)算出來的，沒假！你再看看別人的，那有多么造假。你不知道？勢利的小人，找個(gè)學(xué)生墊背踩，你很得意么？延期？不能接受，我盡力了，很多同學(xué)還沒我努力呢，論文還沒我寫得好呢。”“答辯有幾十號人了吧，怎么樣你不清楚？勢利小人，偽君子。”
遺書最后也曝光了其他老師的學(xué)生們的論文情況，不乏造假的“很水”的論文。“張懷亮老師，你的學(xué)生鄒偉建模造假，你知道嗎，基于環(huán)形縫隙流的建模，參考流體力學(xué)文獻(xiàn)？我看了，壓根沒有。遺書最后，姜東身兩次說到自己“不甘心”，可見，姜東身對自己論文沒通過這件事怎么也想不通。
（3）與其他導(dǎo)師相比：“勢力、愛面子的偽君子”
遺書中姜東身曾不止一次說道自己跟錯(cuò)了人，與其他導(dǎo)師相比，姜東身覺得自己的導(dǎo)師楊忠炯對自己極度苛刻，完全是個(gè)勢利小人。“聽說過別的同學(xué)也有挨老板批的，說的不過是被批成狗，這感覺我不懂。”“大家論文差不多，你不會不懂！別的老師放過的往屆的論文，知網(wǎng)上已有很多，對于別人的成果，你是相當(dāng)跪舔的，要我查，要我看別人怎么做！呵呵。”遺書中甚至說道，鑒于自己導(dǎo)師的權(quán)位，其他導(dǎo)師也不為自己說公道話。“周老師也看了我的大論文，直搖頭。呵呵，周老師什么人，那不是仰你鼻息，你心里什么蛔蟲，他不知道？裝什么清高？”
在對于自己導(dǎo)師的評價(jià)中，我們也能明顯感覺到姜東身的憤怒不平。“別的老師基本上不會為難自己的學(xué)生，即使有，那也是答辯之前吧。你不同，勢利，沒能力，辦事抓不住重點(diǎn)，舍得把學(xué)生往死里整。”
（二）不公平感的表現(xiàn)
五千字的遺書中，字里行間全是對導(dǎo)師楊忠炯的控訴，控訴自己在平時(shí)和畢業(yè)時(shí)處處都受到不公平待遇。他提到：“明擺著要搞我，明擺著表明你科研嚴(yán)謹(jǐn)，明擺著表明你無能嘛？”他也不止一次提到自己“不甘心，因?yàn)楦冻霰槐梢暎惨驗(yàn)楹芏嗨撐妮p松通過。”“我忍不了師兄弟的眼光，忍不了那種鄙夷，當(dāng)然，更對不起我的努力。雖然我的努力在你眼里都是狗屎，我很努力，可是你不在乎。”
甚至，在遺書中，姜東身不斷口出臟話，“說我畢不了業(yè)，要延期，你都放了N次屁了，無所謂了。說要我延期，扯到了同門論文比我強(qiáng)，比我說得過去；扯到了教育部讓你審已上傳論文的事兒；還他媽扯到了偉人的挫折。尼瑪，當(dāng)時(shí)我笑了，說這太遠(yuǎn)了吧。他媽把我當(dāng)傻子糊弄呢。”“跟了你，真是瞎了眼。狗雜種。”“你是什么人，頭天坑死人，第二天再潑糞的人。我不信了，論文再花幾年又能改成什么樣，你不知道？”從這些言辭中處處可見姜東身對自己導(dǎo)師楊忠炯的怨恨和不滿。在他看來，自己畢業(yè)論文答辯未通過這件事完全是自己的導(dǎo)師造成的，是導(dǎo)師的勢力、故意刁難造成的，導(dǎo)師對自己如此的不公平是他所不能接受的。在這封五千字的遺書中，姜東身將自己所有的憤怒、不甘心都不遺余力地宣泄了出來。
（三）原因分析
大學(xué)生自殺的原因是復(fù)雜和多重性的，單一的消極因素不可能導(dǎo)致大學(xué)生輕易地選擇自殺的行為。導(dǎo)致姜東身有此認(rèn)知的原因也是多方面的。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，姜東身家境貧寒，這樣的家境出身使姜東身的性格變得敏感、自卑。遺書中，姜東身就說道，自己“沒家底”而導(dǎo)師又非常勢力。“學(xué)生的心血在你眼里可以是狗屎，但是，這也要看人的，勢利的人看到家里有點(diǎn)兒底的，那他的心血可能就是盤不完善的菜！”據(jù)哥哥姜東中說，原本姜東身讀研就是為了畢業(yè)后找一份好的工作。這次論文答辯未通過給了姜東身致命打擊，或者可以說是壓死駱駝的最后一根稻草，在讀研三年期間因受到的種種不公平待遇而積壓在心中的憤懣在畢業(yè)論文答辯未通過這件事情上完全爆發(fā)，最終致使他走上了絕路。這可以說是導(dǎo)致姜東身自殺的內(nèi)因所在。
此外，在姜東身的憤怒和郁悶難以紓解的時(shí)候，唯一可以給他安慰和鼓勵的家人也沒有在他身邊，及時(shí)給予他支持。姜東身的哥哥姜東中事后也很懊惱和自責(zé)，自己沒有多關(guān)心弟弟，給予弟弟及時(shí)的安慰。
然而，姜東身選擇自殺除了不公平的認(rèn)知情緒難以紓解，還有他的報(bào)復(fù)心理。“算了，你不讓我好過，我也不讓你好過。”遺書中除了控訴導(dǎo)師對自己的不公平，姜東身還曝光了導(dǎo)師楊忠炯套取科研經(jīng)費(fèi)等一些不光彩的事。“記得跟紀(jì)委說說你套取科研經(jīng)費(fèi)的事兒，跟教育部說說你為人勢利，弄虛作假報(bào)賬的事兒，跟基金說說基金申請賺大錢一本萬利的事兒。”而導(dǎo)師楊忠炯在之前就囑咐其他學(xué)生注意姜東身的狀態(tài)，他也明顯感到姜東身對自己的不滿和可能做出偏激的行為。“上午批完，下午叫同門注意我的狀態(tài)，怕我跳樓了唄！”但最終，缺少家庭支持、社會支持的姜東身還是選擇用自殺結(jié)束自己的痛苦，用自殺行為報(bào)復(fù)對自己不公的導(dǎo)師楊忠炯。
四、結(jié)論與討論
導(dǎo)致自殺的原因十分復(fù)雜，從群體角度看，自殺與社會、歷史、文化、宗教等有密切關(guān)系④，從個(gè)體角度看，自殺是遺傳、神經(jīng)生物學(xué)、人格特質(zhì)和負(fù)性生活事件綜合作用的結(jié)果⑤。Kees（2003）將公平判斷作為結(jié)果變量，對影響它的因素進(jìn)行探討。他研究了在信息不確定的情況下，情緒對人們的公平感的影響作用。認(rèn)為，在通常情況下，人們會依靠他們對事件的感覺來進(jìn)行公平感判斷，這使得他們的公平判斷極大地受到情緒的影響。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也顯示，在信息不確定的情況下，人們的公平判斷會變得非常主觀，他們甚至?xí)揽坑诟录旧頉]有什么邏輯關(guān)系的情緒感受來做出判斷。
通過案例分析，筆者認(rèn)為，首先姜東身對于社會公平，尤其是機(jī)會公平和程序公平有一個(gè)比較清楚的認(rèn)知，從而將平時(shí)學(xué)習(xí)生活中遇到的一些挫折和困難以及畢業(yè)論文未被通過都?xì)w因于導(dǎo)師的不公平。姜東身心里早已蓄積了悲觀、失望、孤獨(dú)、厭世、報(bào)復(fù)等消極情緒，而畢業(yè)論文未被通過成為了這些情緒爆發(fā)的導(dǎo)火索，最終走上了以報(bào)復(fù)導(dǎo)師和尋求自我解脫為目的自殺道路。
