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可靠性管理

可靠性管理是保证达到结构可靠性要求的重要手段。可靠性管理的内容包括可靠性分级、设计监管分级和施工检查分级。

• 可靠性分级
  在EN 1990中，可靠性分级由对建筑工程中所使用的资源通过社会经济优化的方法进行，并且考虑了所有预计到的失效后果和建筑工程的成本情况。

表5.1 – 失效后果类别

对应于失效后果等级CC3、CC2、CC1的可靠度等级是RC3、RC2、RC1，相应的可靠指标β的最小建议值如下表。

表5.2 – 可靠指标β的最小建议值 （承载能力极限状态）

可靠度分级可以通过调整持久状况中基本组合的作用分项系数γ_F来实现。例如对于与可靠度等级具有一致的设计监管和施工检查等级时，可以将分项系数γ_F乘以系数K_FI进行可靠度等级的区分。

• 设计监管分级
  设计监管分级可根据结构重要性和国家要求或设计大纲来确定。

表5.3 – 设计监管分级

• 施工检查分级
  检查水平可以质量管理等级相联系，并考虑相应的质量管理措施。

表5.4 – 施工检查分级

• 质量管理
  为使结构满足相应要求和设计假定，应采用适当的质量控制措施，这是措施包括：
  -可靠性要求的确定；
  -组织措施；
  -设计、施工、维修阶段的控制措施。
  -可以使用EN ISO 9001: 2000中相关的质量管理措施。

设计使用年限
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的时间段。工程结构设计时应规定设计使用年限。

表5.5 – 设计使用年限

耐久性
结构在预期的环境和维修下，其劣化程度不应影响到结构的性能。为达到耐久性的要求以下因素需考虑：
-预期或可预见的结构的使用功能；
-要求的设计准则；
-预期的环境条件；
-材料和制品的组成、特性和性能；
-土体的性能
-结构体系的选择；
-构件形状和结构细部构造；
-加工质量和控制水平；
-特殊的防护措施；
-设计使用年限内的维修。
-在设计阶段应对环境状况进行评估，并做出保护结构所使用材料的规定。劣化程度可通过计算、试验、以往的工程经验或在综合分析的基础上进行估计。

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欧洲规范EN 1990 是Eurocode体系的首要规范，其它规范必须保证与其的一致性，即EN 1991 ~ EN 1999必须参考和遵守EN 1990。EN 1990为所有欧洲结构规范确立了关于结构的安全性、常规使用和耐久性的基本原则和要求，并为建筑物、土木工程的设计和校核提供了基础，还为结构可靠性的相关方面提供了指导。

虽然EC0是关于可靠度的规范，似乎在平时设计用不到的感觉。但是这里必须强调的是，可靠度的问题其实是工程设计问题的核心，因为对于一个建筑物或构筑物，其荷载、材料性能等等都是基于估计或近似的基础上取得的，而工程师就是在此基础上进行设计。那么如何控制这些不精确的数据形成一个可控的安全适用的结构呢？就是采用可靠度方法，化不可控为可控。下面这首小诗正体现出了结构设计的精髓所在。

“结构工程是这样一种艺术：
使用材料
这些材料属性只能估算
建立真实的结构
这些真实的结构只能近似分析
来承受外力
这些力不能准确得知
以满足我们对公众安全职责的要求”

另外特别提醒，关于分项系数法的荷载组合内容是属于可靠度部分的，从这个角度讲也应该重视该规范。下图是欧标的体系结构，从中可以看出主要分为四大部分：首先是可靠度，其次是荷载与作用，再次是按材料区分的各类结构，最后是土工和抗震设计。

图 – EN 1990 与其它规范的关系

基本假定
结构设计、施工和使用应满足以下假定：

• 由具有相关资格和经验的人员进行结构体系的选择和结构设计；
• 由具有相关技能和经验的人员进行施工；
• 在工程实施过程中进行了适当的监督和质量控制，如在设计部门，加工厂，车间和现场；
• 使用EN 1990或EN 1991 ~ EN1999或相关施工标准，或相关材料标准或产品规程中规定的建筑材料和产品；
• 对结构进行适当的维护；
• 在设计规定的条件下使用结构。

基本要求
结构的设计应达到下列主要基本要求：

• 安全性要求 – 结构设计和建造应使其在使用期内具有一定可靠性和经济性，即能够承受施工和使用过程中可能出现的各种作用和影响。
• 使用性要求 – 在使用过程中具有良好的使用性；
• 防火性要求 – 当发生火灾时，在规定的时间内结构应保持适当的承载力；
• 鲁棒性要求 – 结构应在偶然事件发生时（如爆炸、撞击和人为差错）不出现与起因不相称的破坏；

且应采取如下措施一项或多项来避免或限制潜在的破坏：

• 避免、消除或减小结构可能受到的危险；
• 选择对已知危险不敏感的结构形式；
• 选择的结构形式和设计应使结构在单个构件或结构的有限部分被突然移除后仍能维持，或出现可接受的局部破坏；
• 保持结构的整体性。

应采取下列措施满足对结构的基本要求：

• 采用适当的材料；
• 采用合理的设计和构造；
• 对结构的设计、加工、施工和使用等应制定相应的控制措施。

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欧洲规范的特点
欧洲规范具有创新性、灵活性和系统性的特点：

• 创新性
  EN 1990为结构的安全性、适用性和耐久性确立了基本原则。并且欧洲规范为传统的和新型的结构和组件均提供了统一的通用设计准则。它的整个设计流程是基于极限状态的概念并结合部分安全系数。欧洲规范同时允许基于概率方法的设计以及辅以测试的设计，并为这些方法的使用提供相应指导。欧洲规范的编写方式鼓励创新，为土木工程的研究开发提供了共同的基础。
• 灵活性
  建筑物和其他土木工程的安全性、耐用性和经济性程度，可以通过国家附录的形式由执行欧洲规范的相应国家决定。欧洲规范“承认各成员国管理机构的责任，允许其有权确定本国与安全事项有关的数值，这些数值在各国可不同”。国家可选择欧洲规范提供的推荐数值，或由各国确定的参数代替。国家参数适用于分类、符号和替代方法。它可以考虑到不同的地理、气候状况（如风、雪）或生活方式，以及在各国、各地保护程度的不同。
• 系统性
  欧洲规范所有的参数和属性都将只在一部标准中给出。例如设计组合结构时，需要由EC0确定分项系数和组合工况，EC1确定作用值，EC2确定混凝土参数，EC3确定钢材参数，并由EC4确定设计信息。欧洲规范倾向于给出可用于确定承载力的理论化的设计准则，而不是给出具体的计算公式。例如设计钢结构时，钢梁的侧向扭转屈曲的弹性临界弯矩，以及设计组合结构时的组合梁承载力等，标准中均没有给出计算公式。欧洲规范认为这些具体的计算公式属于“教科书”中的内容。

欧洲规范的优势
欧洲规范是涵盖所有主要的建筑材料和所有的主要结构工程领域以及种类广泛的结构和产品的一整套设计标准；欧洲规范是至今最新的实施规范；灵活的欧洲规范使得每个国家都能够通过国家指数选择适合自己的安全程度。它有助于：

• 消除贸易壁垒
  在欧洲标准化和认证体系内，欧洲规范是建筑产品的参考性文件。它将促使生产商遵守欧洲法律；为建筑市场的公平竞争提供共有和透明的基础；有利于建筑和工程服务的交换；便于结构材料、产品、零件和建筑装备的自由流动；减少边境官僚程序并降低多次测试和认证的成本。
• 提高公众安全
  欧洲规范凝聚了欧洲各国的经验和研究成果，提高了公众在建筑物环境下的安全性，促进了建筑安全程度在不同国家的一致性。
• 推进科学、产业和技术合作
  执行和采用欧洲规范能够：为结构的安全性，适用性，耐久性，经济性提供共同的设计标准和设计方法；为业主、运营商、使用者、设计者、合同方和生产商提供共识；便于使用通用的设计软件；为研发工作提供一个共同的基础；鼓励建筑产品和工程的创新。

从欧洲规范的使用情况来看，欧盟成员国自2010年中期已全面使用欧洲规范，一些非欧盟国家中，欧洲规范已经被用于修改现有国家规范以及创建新的国家规范，或直接实施欧洲规范。许多参与国际性工程的工程师也正在使用欧洲规范。由于欧洲规范体系的健壮性使得其正在世界范围内流行起来。本人非常喜欢并看好欧标的前途。

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