基于公路工程结构可靠度设计的质量管理及控制.docVIP

基于公路工程结构可靠度设计的质量管理及控制 帅长斌 （江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008） 摘 要：基于工程结构可靠性设计理论，针对结构工程质量指标中的材料及制品的变异性，利用数理统计原理分析了质量管理的方法和质量控制中的有关问题，并举出实例说明质量管理及控制方法。 关键词：工程结构；可靠性；质量检验；工程评价 0 前言 《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)中明确规定，对公路工程结构必须严格实施质量管理和控制，以保证结构在设计基准期内具有规定的可靠度，达到预定的安全性、适用性和耐久性，结构工程质量要求的可靠性管理已成为现代工程质量管理的核心。近几年来，在加强基本建设质量管理的同时，建立了相应的管理制度，引入全面质量管理的理念，加强质量控制和质量检测，取得了不少经验，但从管理的科学性和严格性，以及对施工的指导性来讲，仍有相当距离。主要体现在材料、制品的质量检验方面，按照数理统计的方法，如在保证结构符合设计采用的目标可靠指标的合理质量水平控制符合质量要求的特征指标和客许偏差，掌握质量指标的变异性和影响质量标准的不定性因素等方面存在不足。为此，我们将基于公路工程结构可靠度设计理论，探讨利用可靠性管理的方法，根据某个质量指标的变异性，正确确定质量指标的要求界限，正确评定所得检验结果是符合规定的质量要求，以及评定生产过程是否正常等等，进一步提高产品质量。 1 结构工程质量指标的变异性 结构工程是一个复杂的体系，质量的指标很多，既有材料性能的指标，又有施工质量的指标。这里的材料性能是指结构构件中材料的各种物理力学性能，如强度、弹性模量、泊松比、收缩、膨胀等。由于材料本身品质的差异，以及加工工艺、受荷状况、外形尺寸、环境条件等的不同，导致了结构构件材料性能的不定性。为了保证工程结构具有所预期的可靠度，首先应对结构的材料性能提出明确的质量需求，并对制品在形成产品的全过程进行严格的质量管理与控制，从而保证结构总体的质量水平。 1.1材料性能的质量 由于材料性能具有不定性，其质量特征亦同样具有不定性，一般用随机变量的概率模型和统计参数来描述。在工程结构可靠度分析中，结构构件的材料性能的主要指标是材料强度。根据大量的数据统计分析，其结果表明，材料强度可以假定服从正态分布或对数分布，材料性能的质量就可以用其分布的平均值和标准差S或变异系数来描述[1]，即用材料性能质量标准值以及低于该值的比率(也称为偏低率或者不合格品率)来评价产品的性能质量。设F(X)为材料性能的分布函数，可得F(X)=。 若为正态分布，根据概率论知识可得： (1) 式中为标准正态分布函数。 且： (2) (3) 这里定义为材料性能的保证率系数，与产品的不合格品率相对应。 可以看出，规定了和值，也就相当于规定了和S的关系，另一方面，只要规定了和S的关系，也就相当于规定了质量要求。 同理：若为对数正态分布时， 有： (4) (5) 1.2结构构件材料性能的不定性 以上仅说明了标准试验条件下的材料性能的统计质量的各参数之间的联系，这些质量是根据材料性能子样对材料母体质量所作出的统计描述；或者是根据质量要求，对材料性能子样提供的一个统计判断规则。就其实质而言，材料性能的不定性还应包括真实构件与试件之间的差异。 参考文献[1]中给出了实际结构构件的材料性能不定性用随机变量M的统计参数计算公式： (6) 式中：—结构构件中实际的材料性能值； —规范规定的结构构件材料性能值； —规范规定的试件材料性能标准值； —试件与构件的材料性能差别影响系数； —反映结构构件材料性能与试件材料性能差别的随机变量(无量纲数)； —反映试件材料性能不定性的随机变量(无量纲数)； —试件的材料性能值。 根据统计参数的运算法则可得： 　　　　 (7) 　 　　　　　　　 (8) 式中：—分别代表平均值； —分别代表的变异系数。 由上可见，只要分别对和进行实测、统计和分析，得到它们的统计参数，就可按公式求得实际结构构件的材料性能统计参数，再按可靠性理论，分析质量指标的变异性，以此加强质量管理和控制。 1.3材料性能质量与可靠指标的关系 因为结构构件设计用目标可靠指标()来控制，为了保证设计所提出的目标可靠指标，对材料性能质量应规定明确的质量要求，以便在施工过程中进行严格的控制，所以还应该建立之间的函数关系(即质量方程)。在实际应用中，按照极限状态概念的结构可靠性设计理论[2]，对于同类结构构件，质量方程的通式可以表示为： (9) 式中：质量Ｑ函数仅与材料性能的平均值、标准差S(或变异系数)、标准值，以及设计规定的可靠指标有关。其中和s(或)描述了材料性能标准值的实际质量状况，而则标志设计对结构构件所要求的质量水平。 若材料性能的变异仅在某个范围内