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訪談介紹

第15期　可靠性與風險性在橋梁設計與養(yǎng)護中的作用
話題由來：可靠性和風險性在橋梁結(jié)構(gòu)的設計與后期養(yǎng)護中有著非常重要的作用。無論現(xiàn)在還是未來，在受荷與承載力方面，由于存在難以避免的不確定因素，完全確保安全和功能正常似乎是遙不可及的。非正常的性能或破壞出現(xiàn)的可能性對橋梁結(jié)構(gòu)危險性的威脅，促使人們對可靠性與風險性在橋梁設計與養(yǎng)護中所發(fā)揮作用產(chǎn)生了極大的研究熱情。美國國家工程院院士、加利福尼亞大學著名教授A H-S Ang是此領域的集大成者。本期行業(yè)交流欄目特邀Dr Ang做客節(jié)目現(xiàn)場，與廣大網(wǎng)友與現(xiàn)場同學進行溝通與交流。

本期嘉賓：A.H-S.Ang
　　可靠性和風險性在橋梁結(jié)構(gòu)的設計與后期養(yǎng)護中有著非常重要的作用?，F(xiàn)在抑或?qū)?，在受荷與承載力方面，由于存在難以避免的不確定因素，完全確保安全和正常功能也變得遙不可及。

訪談時間：2011-12-02 15:30:00

訪談實錄

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中國橋梁網(wǎng)主持人：各位嘉賓，各位老師、同學，中國橋梁網(wǎng)的各位網(wǎng)友們，大家下午好！歡迎大家關注中國橋梁網(wǎng)的行業(yè)交流欄目，我是本期主持人寒露。今天我們有幸邀請到楊慶山教授，作為本次活動的特約主持人，歡迎您，楊教授！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：很高興我們的行業(yè)交流欄目能夠再次走進北京交通大學，本次活動同時作為北京交通大學與大師面對面名師講壇系列活動展開，在此我代表中國橋梁網(wǎng)對北京交通大學的大力支持表示衷心的感謝！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：首先請允許我介紹一下今天行業(yè)交流的嘉賓，他是美國國家工程院院士洪華生教授。下面請我們的特約主持人楊慶山教授，給大家介紹一下大師面對面名師講壇活動，大家歡迎。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：（北京交通大學楊慶山教授）各位同學，各位中國橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友大家好，非常高興有這樣的機會和大家見面，借此機會我介紹一下北京交通大學大師面對面活動。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：（特約主持人：北京交通大學楊慶山教授）名師講壇的設立搭建了研究生的交流平臺，使廣大學生不僅可以更多更好地了解國內(nèi)外學科的前沿，也能夠親眼目睹專家的風采，學習科學實踐的方法，激發(fā)研究生腳踏實地、獻身科學的精神。本次活動是大師面對面與“院士校園行”環(huán)節(jié)之一，我們特別有幸請到了洪華生院士來我們學校講座，謝謝大家！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝楊教授，聽了楊教授的介紹，可以看出我們北京交通大學在為大家提供良好的學習氛圍方面用心良苦。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：今天我們有幸邀請到的嘉賓——加利福尼亞大學洪華生博士，作為美國土木工程學會在亞洲土木工程聯(lián)盟的代表，他同時也是國際活動委員會成員，以及美國著名國家工程院成員，洪華生博士曾參與美國多項地震分析研究和核電站設計與建成，并參與了日本、臺灣橋梁設計工程工作，為土木工程的快速發(fā)展做出突出的貢獻。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：今天洪博士將為我們做一次演講，并與現(xiàn)場的師生和中國橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友進行互動交流，下面我們以熱烈的掌聲歡迎洪博士為我們演講。

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A.H-S.Ang：女士們、先生們，大家下午好！我今天要給大家做一場報告，關于風險性和穩(wěn)定性的角色，最初這個報告只是面對中國橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友，但是我沒有想到會有這么多的學生和老師來到現(xiàn)場。我今天知道現(xiàn)場的聽眾都是懂一些英語的，對于中國學生來說英語是第二門語言，所以我假設中國學生能有些基本的能力理解英語的報告。

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A.H-S.Ang：雖然我是個華人，但是我出生在菲律賓，我對中國了解得太少，因為我在美國生活了50年，但是我不需要學習中文，因為我在中國遇到的每個人他們都說很好的英語。非常遺憾，我在中國沒有講漢語，這讓我在年輕時學的漢語一點說出來的機會都沒有。

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A.H-S.Ang：這是我今天要做報告的主線（注：參見PPT），然后會著重介紹我今天報告的幾個觀點。今天的主題就是不確定性，然后我們會在結(jié)構(gòu)設計的時候考慮風險和穩(wěn)定性。我還會給大家看一些例子，以及結(jié)論。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在先進入設計部分，在設計橋梁和其他結(jié)構(gòu)的時候，最大負載是不可能完全被預測出來的。而且結(jié)構(gòu)最初的負載能力也包含變數(shù)，而它后來的負載能力也是因為結(jié)構(gòu)的破損會產(chǎn)生變化，所以里邊有很多不確定性。

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A.H-S.Ang：所以在最大負載上，我們可以下結(jié)論說，有很多不確定性。從這個角度來說呢，沒有百分之百發(fā)生的事情，那么不確定性和可靠性是一個概率，任何一個結(jié)構(gòu)，比如說橋梁總會有破損，在金屬結(jié)構(gòu)當中，有累計的疲勞的損傷，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，有腐蝕，例如環(huán)境的腐蝕，環(huán)境腐蝕當中的氯的污染，所以，維持一定程度上的安全和可靠性，很明顯受限于不確定性，所以我們需要考慮風險和穩(wěn)定性的概率。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我要說我今天講的主要的三點，為什么不確定性是重要的，怎樣處理它們，處理它們的方式包括系統(tǒng)的處理，給工程應用。第一點是關于不確定性，從實際應用的角度來看，不確定性能分成兩類。這兩個單詞是從希臘語當中，偶然性的風險是由觀測數(shù)據(jù)的變化性造成的，這是一種自然的隨機現(xiàn)象。

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A.H-S.Ang：第二種是認知，就是基于真實的，因為缺少知識造成預測的不準確性。我們可能認為數(shù)據(jù)觀測的變化，實際上不是不確定性。相反，缺乏知識才是真的不確定性。

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A.H-S.Ang：但是，不管在哪一種風險當中，使用概率的方法進行分析，都是用一種適合的方法來對它們的表現(xiàn)進行建模和分析。當然，這兩種不確定性能夠組合到一種，實際上土木工程師已經(jīng)開發(fā)出來現(xiàn)代的設計準則和基于可靠性的代碼和規(guī)范。

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A.H-S.Ang：例如美國混凝土研究所歐洲代碼的，在維護和橋梁結(jié)構(gòu)的管理方面也提出了類似的方法。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在讓我們考慮風險和穩(wěn)定性，首先考慮它們應用到結(jié)構(gòu)設計當中來，在不確定性出現(xiàn)的時候，適當?shù)囟攘堪踩院涂煽啃?，是一種故障的概率函數(shù)。

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A.H-S.Ang：為了考慮不確定性，最大的生命周期負載，以及結(jié)構(gòu)的能力，可以用隨機變量來建模。用兩個函數(shù)來對這兩個變量進行建模，那么建模的方式就是屏幕當中的這兩個公式，不過上述的概率在實際當中很難被應用。

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A.H-S.Ang：這個問題可以用一階穩(wěn)定性的方法來近似，一階近似方法能夠簡化穩(wěn)定性方法的實際實現(xiàn)，尤其是在安全分析和結(jié)構(gòu)設計方面上，下面我們就總結(jié)一階方法的一些特點。

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A.H-S.Ang：一階方法能夠這樣描述，對于兩個隨機變量我們要分別引入兩個簡化的變量，這兩個變量分別是由原始的變量減去它們的平均值，再除以它們的方差。這是安全區(qū)域的一張圖，縱軸是Q，橫軸是R，R減去Q就是我們要考慮的變量。

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A.H-S.Ang：R減去Q等于0這個曲面就是安全性和故障的分界線。在曲面之上就是故障的區(qū)域，在曲面之下的這個三角區(qū)是安全的區(qū)域。當曲面離原點越遠的時候說明安全區(qū)域越大。所以當曲面距離原點越遠的時候我們就有更大的安全的空間，那么結(jié)構(gòu)的安全性也就得到了提高。

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A.H-S.Ang：而當這條曲面離原點越近的時候，我們的安全區(qū)域就越小。那這條曲面或者曲線距離原點的距離就由這個公式來計算，非常簡單的幾何關系。

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A.H-S.Ang：這個距離D就叫做安全指數(shù)，一般用符號β來表示，什么是安全指數(shù)呢，安全指數(shù)和故障概率相關，就像下面的這個表格所表現(xiàn)的那樣。它們有一對一的關系，例如說β在等于1的時候，失敗的概率是16%，當故障概率是0.001的時候，安全指數(shù)是3.1。

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A.H-S.Ang：工程師一般不喜歡談故障概率，所以在不談故障概率的情況下，我們可以用安全指數(shù)來衡量，這對于工程師來說更容易接受。對于工程師來說，安全指數(shù)更容易使用，也更容易接受。

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A.H-S.Ang：但是安全指數(shù)確實和底下的故障概率有一對一的關系。它們的關系就是屏幕下面的那個公式所示?，F(xiàn)在屏幕上顯示的是偶然故障概率的一些符號，通過現(xiàn)在屏幕上的這個方程我們可以用上面的信息來計算安全指數(shù)，也就是說2.904是方程2結(jié)算出來的結(jié)果。

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A.H-S.Ang：但是這里沒有認知的不確定性，屏幕上的這些顯示它們是平均值，真實值是在平均值附近，但是在平均值附近波動。

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A.H-S.Ang：那么對于它的真實值來說，你唯一能知道的就是它在平均值附近，但是你并不知道它真實值具體是多大。這些是認知不確定性和均值負載，以及均值是和均值負載的不確定的估計有關。

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A.H-S.Ang：那么現(xiàn)在呢，故障概率和安全指數(shù)就變成了隨機變量。它們可以通過隨機的方針來決定。那么這張圖上平均的安全指數(shù)是2.764，如果我們把偶然和認知不確定性組合起來，那么下面就是這些數(shù)值就是兩種結(jié)合在一起的結(jié)果。

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A.H-S.Ang：什么是LRFD呢，結(jié)構(gòu)設計元素當中，一個通用的標準格式就像下面這個公式所表現(xiàn)的那樣，在這個例子當中假設我們需要的安全指數(shù)是2.5，那么設計的安全參數(shù)的變化系數(shù)就是像下面這三個數(shù)字顯示的那樣。

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A.H-S.Ang：那么，獲得的這些需要的負載和抗拒因子就是像下面的這三個方程所示。那么我們的設計需求呢，負載和抗拒因子的設計需求由于這個方程所示。我們應該強調(diào)我們現(xiàn)在已經(jīng)導出了平均設計因子的公式，現(xiàn)在我們要來考慮一下設計的安全等級的決定。

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A.H-S.Ang：在決定基于安全設計的公式的時候，一個事先準備好的安全等級是必要的，這可能是考慮了安全指數(shù)，還有選擇需要的安全指數(shù)的規(guī)范，這些對工程的決定都很重要。

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A.H-S.Ang：為了這個目標，我們要看到由所有的不確定性造成的故障概率，把這兩種不確定性分開，那么它真實的故障的概率就變成了一個隨機變量。從安全指數(shù)的分布上，一個高比例的數(shù)值，例如90%的安全指數(shù)，可能是一個保守的安全設計。這個數(shù)值也能受最小化認知不確定性的影響。

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A.H-S.Ang：讓我們回到剛才看過的那張圖，在90%的安全指數(shù)情況下，對于偶然的不確定性，你什么都做不了，因為這是自然界的一種隨機現(xiàn)象的表現(xiàn)。

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A.H-S.Ang：但是對于認知的不確定性，你可以利用它。這張例子是給出了一張懸索橋的安全指數(shù)的直方圖，對于保守的設計，安全指數(shù)90%的值是3.23，它的平均的安全指數(shù)值是2.28。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在這張圖的例子是海上平臺設計的一個例子，現(xiàn)在我這張圖橫軸是安全指數(shù)，縱軸是期望的生命周期。是一張海上鉆井平臺的一個例子。

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A.H-S.Ang：90%的安全指數(shù)值是3.5，這時它對應最小的生存周期花費設計。我在這兩個例子當中給大家看了一下保守的設計用90%的數(shù)值，其實是很多工程結(jié)構(gòu)所用到的，例如前面看到的兩個例子，但是我們需要強調(diào)的是，只用90%的安全數(shù)值就有10%，說明這個安全性可能不足夠。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我們要把這樣的理論應用到橋梁結(jié)構(gòu)的維護當中來，負載的能力、結(jié)構(gòu)的抗拒，這些都會隨著時間而有所下降。這些是環(huán)境和汽車負載的一個結(jié)果，而這些因素它們都是可變的，所以結(jié)構(gòu)抗壓的性能會隨著時間而下降，它們具有很大的不確定性。

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A.H-S.Ang：所以修復和維護是必須的，也是需要的。下面這張圖就是表現(xiàn)了一個結(jié)構(gòu)在有維護和沒有維護的時候性能的變化過程。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我們要把這樣的理論應用到橋梁結(jié)構(gòu)的維護當中來，負載的能力、結(jié)構(gòu)的抗拒，這些都會隨著時間而有所下降。這些是環(huán)境和汽車負載的一個結(jié)果，而這些因素都是可變的，所以結(jié)構(gòu)抗壓的性能會隨著時間而下降，它們具有很大的不確定性。

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A.H-S.Ang：所以修復和維護是必須的，也是需要的。下面這張圖就是表現(xiàn)了一個結(jié)構(gòu)在有維護和沒有維護的時候性能的變化過程。

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A.H-S.Ang：縱軸就是性能指數(shù)，開始的時候表現(xiàn)不錯，然后性能就下降了。但是當下降到一定程度的時候我們就開始進行維護，維護之后隨著時間的進行，它的性能又開始下降。

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A.H-S.Ang：下降到一定程度的時候，我們還是需要維護。在后期的時候，依然需要維護，不過就變成非常必要而且非常必須的維護。有兩種維護的類型，一個就是預防的維護，一個是基本的維護。

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A.H-S.Ang：下面我們具體來看一下疲勞的穩(wěn)定性，對鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來說，性能的下降主要由于積累的疲勞造成的損傷。金屬結(jié)構(gòu)的疲勞周期本身就是隨機的，通常就用隨機變量來建模，建模的方法就是1960年所提出來的方法。

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A.H-S.Ang：那么用這個辦法去假設疲勞周期，沒有疲勞故障的概率在N個周期的情況下，可以由這個公式給出，其中這幾個因素包括最小的生命周期，這個值可以假設成0，還有平均生命周期，以及疲勞生命的變化系數(shù)。

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A.H-S.Ang：在常系數(shù)幅度的壓力范圍內(nèi)，平均疲勞周期由下面的公式給出。壓力和范圍的關系可以用β分布來表示，它有一個下限，還有一個上限，以及參數(shù)Q和R，那么對應的M階矩量就由這個公式給出。

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A.H-S.Ang：那么穩(wěn)定性的函數(shù)，就包含了隨機因素在，例如偶然不確定性。但是在估計平均生命周期的時候還有認知不確定性。

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A.H-S.Ang：根據(jù)大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)當中的焊接點的研究，在估計平均疲勞周期的時候，平均的認知不確定性就像下面的數(shù)值顯示的那樣?，F(xiàn)在這是一張疲勞穩(wěn)定性評估的數(shù)值樣例。

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A.H-S.Ang：我們用β的分布當中q等于2.83，r等于4.39，對于考慮的鋼梁假設S除以N的系數(shù)是像下面所示。那么，m階統(tǒng)計矩量就是由下面的圖所示。

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A.H-S.Ang：關于鋼梁具體的細節(jié)測試數(shù)據(jù)顯示，它的變化系數(shù)是0.35。在20萬的周期下，它的穩(wěn)定性是88.3%，那么疲勞故障的概率就是1減去0.883，也就是0.117。對于10萬個周期來說，可靠性的概率是0.9426，所以它失敗的概率就是0.057。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我們來看一下剛才計算的兩個故障概率，0.117和0.057，它們僅僅是因為偶然不確定性造成的。但是還有相當一部分是認知不確定性，這些不確定性可以用變化系數(shù)來表示。變化系數(shù)是0.44，例如在20萬個周期情況下，直方圖像這張圖所示的這樣。

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A.H-S.Ang：那么90%的數(shù)值指定的時候這個概率就是0.194，如果是平均值也就是50%這個概率是0.118。那么這張圖當中橫軸是β值，現(xiàn)在我們要討論一下疲勞可靠性的設計。

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A.H-S.Ang：在設計的時候，安全性和免除故障性能一般是需要的。為了達到這個目標，一個高比例的值對于安全指數(shù)來說是必要的，來盡量地縮小認知不確定性。那么這個方程就顯示了在20萬個周期的情況下，它的概率是92.9%，需要的平均值可以通過這個公式來確定。

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A.H-S.Ang：下面倒數(shù)第二行這個公式就是全部的不確定性。方程7和8，因此就給出了平均的生命周期來保證在一定可靠性上的有用的生命周期。

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A.H-S.Ang：而對于隨機和變化的負載，相應的可允許的壓力及范圍就由下面的公式給出。那么這張圖當中允許的上限壓力范圍值由這個公式給出。最后我要總結(jié)出這些概念，我們提到的這些概念都是給實際當中應用的壓力范圍來使用的，它們都是用β分布來建模的。下面是對可靠性和疲勞的一些評價。

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A.H-S.Ang：疲勞的性能需要概率表示，來估計可靠性。這個報告當中的概念和公式應該是開發(fā)基于概率準則的基礎，現(xiàn)在是總結(jié)和最后的評價。在不可避免的不確定性存在的前提情況下，安全和可靠性是沒有辦法百分之百地保證的。但是可以用概率的方法來度量。不確定性可以分成兩類，偶然和認知不確定性。

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A.H-S.Ang：在每一種情況下，概率的表示都是比較合適的建模工具。實際上認知不確定性所造成的誤差可能僅僅是在均值和變化系數(shù)上有所影響。故障的概率主要是由偶然不確定性造成的。但是因為認知不確定性，所以故障的概率變成了一個隨機變量。把這兩種不確定性組合起來就能夠得到故障概率的均值或者是相應的安全指數(shù)。

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A.H-S.Ang：我最后想說的是，工程上的主要目標，尤其是那些基礎建設，就是要減少或者最小化風險。從這個角度看，定量化地知道這些信息是很重要的。那么這張PPT上就給出了我的參考文獻。第四個參考文獻是我自己和我以前的同事的工作，這個文獻有所有的基本內(nèi)容，實際上它是一本書。對本科生來說是一本很好的書。如果你們有興趣的話我建議你們看看這本書，或者類似的書，謝謝。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝洪院士，也請楊教授到主席臺來就坐，今天我們還邀請到了中國橋梁網(wǎng)國際版的記者李永先生為我們做現(xiàn)場翻譯。聽了洪院士的介紹之后，不知道楊教授有什么樣的感受可以跟我們分享一下？

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特約主持人楊慶山：各位，大家好。洪老師的名字我們早就知道，上個世紀八十年代我在讀書的時候就經(jīng)?？春槔蠋煹臅篮槔蠋煹拿质窍葟闹形拈_始的，知道在美國有個著名的華人叫洪華生。

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特約主持人楊慶山：今天洪先生用非常簡短的時間為我們介紹了概率的可操作設計的基本內(nèi)容。特別是后邊關于全受命的設計理念，如果有50%的保證率，從周期來看它的造價是最低的，從全壽命來說為我們建立一個概念，就是如何使用概率。

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特約主持人楊慶山：在最后洪先生介紹了鋼結(jié)構(gòu)的疲勞累計損傷的問題，這對我們來說也非常有益。非常感謝洪先生的演講！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：各位同學如果對剛才的演講還有疑問的話，可以點擊中國橋梁網(wǎng)的網(wǎng)址下載洪教授的PPT，感謝洪教授的演講，也感受楊教授的點評。中國橋梁網(wǎng)的行業(yè)交流欄目一發(fā)布在網(wǎng)上就引起了網(wǎng)友的廣泛關注，很多現(xiàn)場的同學也是帶著問題來的，下面我們就把時間交給現(xiàn)場的觀眾和中國橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：我們先從網(wǎng)友的提問開始，我們前期就收到了很多網(wǎng)友的提問。第一個問題，有網(wǎng)友說，院士您好，我想問一下，可靠性和風險性是基于什么樣的理論基礎？

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A.H-S.Ang：我今天在給大家講的這些PPT的內(nèi)容當中，就是可靠性和風險的基礎知識，它們都是可靠性和風險的理論背景。那么，還有別的東西嗎？我就建議大家去學習數(shù)學系里面的概率論，同時我還建議大家去看一下我和我以前的同事所寫的那本書，這本書在2007年的時候出了第二版。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝！謝謝洪教授。一位網(wǎng)友問到說，考慮到橋梁的全壽命周期可靠性能也非常重要，因此在橋梁建造和養(yǎng)護過程中，怎么要追加一部分費用來保證橋梁達到足夠的高度，我想問的是，在建橋和養(yǎng)護的費用方面，如何達到資金和可靠度的平衡，投資方或者是決策層能不能認可這部分費用？

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A.H-S.Ang：這個問題問得很好，那么當我們在提及到花費的時候，這項花費不僅僅包括最初建造一座結(jié)構(gòu)所需要的花費，其實花費當中應當包含這個結(jié)構(gòu)在使用周期的所有花費，比如一個結(jié)構(gòu)能生存50年或者100年，在整個周期當中都應該考慮到。

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A.H-S.Ang：我們除了最初建造所使用的費用之外，還包括后續(xù)維護的費用，其中例如有些結(jié)構(gòu)坍塌以及修護的費用，這個費用其實是一個失敗或者故障概率的一個函數(shù)。只有考慮到這些才能夠在花費和可靠度之間尋找到一個平衡。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：這邊還有一個問題，就是近幾年我國現(xiàn)在在建的大跨度橋梁比較多，高墩大跨度施工安全性都有關注，網(wǎng)友問，這些橋梁設計和維護中如何控制風險和確保安全？

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A.H-S.Ang：其實像任何一座橋梁一樣，分析這樣的事情是需要系統(tǒng)的評估可靠性，這是一個長期的過程，這個過程是不簡單的。在這個分析當中，包含了非線性的分析和動態(tài)的分析，動態(tài)的分析其中包括分析有風和地震的情況下，以及一些極端負載情況下的安全分析。在分析當中動態(tài)分析包含了非線性的分析，這一部分是比較難的，因此我們需要系統(tǒng)的分析。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝洪博士的回答！我們這邊有一位網(wǎng)友看來是您的忠實粉絲。他說，洪博士您好，九月份在重慶聽了您的講座，真是受益匪淺，非常高興您再次來到中國，從改革開放以來中國的交通事業(yè)取得了飛速發(fā)展，經(jīng)過二十年的橋梁建筑，中國橋梁進入了大量加固維修時期。請您從橋梁日后的維修加固角度給我們講述一下在橋梁投入使用期間，日常養(yǎng)護工作應該從哪些方面做起？

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A.H-S.Ang：維護這件事必須是在一個結(jié)構(gòu)的生存周期之內(nèi)要考慮的，其實這是生存周期之內(nèi)的一部分。這個就好像我剛才講的時候所提到的那樣，如果沒有固定的或者周期性的維護，維護的費用可能最終會很高。所以，從維護的角度來看，一定要確保最低限度的可靠性能夠得到保證。在考慮維護的時候，最低限度的可靠性，其實可以部分地決定維護的指標，那么，維護其實的作用就是要保持最低水平線上的穩(wěn)定性。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝！我們這邊有一位網(wǎng)友非常好學，他有五個問題要問，但是由于時間的問題，我們就選擇其中一個來回答。這是一個非常專業(yè)的問題，他說，洪博士，您好，在學習結(jié)構(gòu)可靠理論當中，在結(jié)構(gòu)抗力和荷載都是高度相關的時候，如何尋求其主要的實效模式或者實效機構(gòu)？

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A.H-S.Ang：因為故障的概率，其實它就是指在某一種模式下所發(fā)生的概率。如果想知道所有模式下的概率，那其實就是要分別地計算在某一種模式下所發(fā)生的概率。

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A.H-S.Ang：當然，可能把這些概率組合起來，來計算整個系統(tǒng)所發(fā)生故障的概率。那么這時候，問題當然也就變得更復雜了。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：交流的過程中我們楊教授也一直想跟洪院士交流一下。請楊教授提問！

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特約主持人楊慶山：洪院士，因為在您的報告里提到了兩種不確定性，我想了解一下，剛才根據(jù)您舉的例子，第一種叫做隨機性，這個應該是信息不完整性，在國內(nèi)我們把不確定性分成了三類，一類隨機性，一類是模糊性，再一個是信息不完整性。

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特約主持人楊慶山：剛才您提到了，我覺得在您的報告里提到兩種，一個是隨機性，就是您剛才的第一種，第二種與信息相關的不完整決定的另外一種不確定性。根據(jù)您剛才的例子考慮了第二種不完整性這個不確定性之后，它的可靠度變化并不是很大。是不是可以這樣理解：第二種不確定性在我們考慮的時候，是可以忽略的？

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特約主持人楊慶山：第二個問題，我想了解一下，在中國我們把不確定性分為三種，一種是隨機性，第二種是模糊性，第三種才是所謂的信息不完整性。你剛才沒有提到模糊性的處理方式，我想了解一下您對模糊性在我們不確定性里邊的處理是不是重要。

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A.H-S.Ang：那么我剛才在我的報告當中提到的這種不確定性其實它們被分成了兩大類，這兩大類包含了所有的不確定性，第一種不確定性是隨機的不確定性，第二種不確定性就是因為信息不全造成的不確定性。這個不確定性包含很多種，其實它包含了隨機以外的其他不確定性。

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A.H-S.Ang：其實我剛才講的它是一個簡化的案例，因為在工程當中總是要把實際的應用簡化下來才方便計算。這兩項不確定性，第一類是基于數(shù)據(jù)的，第二是基于支持的，那么故障的概率是能計算出來的，在第二點當中你能計算故障的概率，從一開始它就是一個隨機變量。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：我們網(wǎng)友問答時間結(jié)束了，現(xiàn)在我們把時間留給現(xiàn)場的觀眾，咱們北京交通大學的同學們，有問題的同學可以舉手示意我，而且我們鼓勵用英文提問，我們相信北京交通大學同學一定可以的！

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北交大學生：第一個問題，是不是有其他的可靠度指標來描述可靠度？之前講的都是β，大家學過可靠度的都知道，β是研究可靠度指標，但是它還是有一些不全面性，是不是有其他的可靠度指標？

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北交大學生：第二個問題是，作為一個學習混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁人，我想問一下您是怎么發(fā)現(xiàn)這個DR的，DR不僅考慮了能量，而且考慮了變形，這樣考慮破壞是比較好的。我就想請您分享一下您發(fā)現(xiàn)這個的過程，對我們也是一種鼓勵。第二個問題，您是否對這個參數(shù)還有進一步的改進？謝謝！

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A.H-S.Ang：你為什么要考慮使用其他的安全指數(shù)，因為β是一個很簡單的指數(shù)，這其實是你僅僅要考慮的安全指數(shù)。我想在這個問題上再多說幾句話，為什么說β是僅僅需要考慮的呢？那就是因為工程師們其實不喜歡使用失敗或者故障概率這樣的詞語，為什么他們不喜歡呢？就是因為他們想讓他們設計出來的結(jié)構(gòu)永遠沒有失敗的可能性，所以他們?yōu)榱瞬皇褂檬〉母怕驶蛘吖收细怕蔬@樣的詞語才使用了安全指數(shù)這樣一個詞語。

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A.H-S.Ang：安全指數(shù)很適合故障概率或者是與失敗概率相關的研究，也就是說對于每一個安全指數(shù)值都是有一個底層的故障概率和它相關，所以從這個角度來說，安全指數(shù)唯一使用的一個參數(shù)。那么其實安全指數(shù)已經(jīng)是故障概率或者是失敗概率的一個替代的名詞。

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A.H-S.Ang：那么剛才說到的，在二十多年前這項工作就已經(jīng)完成了，工作本身是很簡單的，實際上它只是用到了一階可靠性的方法，那么它是一階可靠性的分析方法，它其實是用一個很簡單的方式來做這個事情，這個工作在二十年前就完成了。

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A.H-S.Ang：就工程的研究角度來說，當你做一項工程研究的時候，首先考慮到你的研究結(jié)果能夠在實際當中得到應用，只有這樣你的研究才算作是工程領域的研究，如果你的結(jié)果沒有辦法在工程領域當中得到應用，你的研究就不是工程領域的研究，可能是別的領域研究。

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A.H-S.Ang：所以其實從這個角度來看，一階可靠性的近似方法，其實它是比較簡單的一個方法，而且能夠得到應用。

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A.H-S.Ang：但是我想在這件事情上說得再深入一些，我剛才說的意思并不是說我們不需要再去做研究，尤其是那些復雜的氣候當中，我們還需要做更加深入的研究。比如現(xiàn)在我們有一些系統(tǒng)可靠性的分析，其實這些活動當中的每一個元素或者組件，它的可靠性分析在二十年前就已經(jīng)結(jié)束了。

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A.H-S.Ang：但是，就整個系統(tǒng)的可靠性分析來看，還有很多的問題需要解決，尤其是那些復雜的、現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)，它們還有很多問題需要解決。

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特約主持人楊慶山：我還有一個問題，因為大家都知道在美國的風險系數(shù)是1.7，永久荷載技術是1.4，我們國家永久荷載是1.2，風險系數(shù)1.4，想問一下我們國家1.2和1.4的風險指數(shù)對應的指標是多少。

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特約主持人楊慶山：因為美國采用的比較多，基于現(xiàn)在的可靠度是以前允許用的要進行協(xié)調(diào)，現(xiàn)在設計的指標不能低于以前的安全度。它的可靠度指標對于梁來說是3左右，對于柱子來說是4左右，用1.4和1.7的風險系數(shù)，但是為什么要解釋柱要大一些，梁要小一些。洪教授做了詳細解釋。

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北交大學生：洪教授，您好！在中國我們現(xiàn)在的鐵路橋梁建設都采用了設計規(guī)范，以后我們肯定會朝著可靠度設計法理論基礎去研究，那么在這個過程當中，你認為都是有什么樣的特殊工作是我們應該研究的？

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A.H-S.Ang：其實我對鐵路橋梁不是很熟悉，所以我也可能沒有辦法給你特別有建設性的答案。但是，一階可靠性的分析其實可以應用到任何系統(tǒng)當中，當然也包括鐵路和橋梁，不過要注意這個方法只是能夠應用到橋梁當中的元素分析上來。那么，因為我對鐵路橋梁不是很熟，所以你必須先告訴我鐵路橋梁有什么問題，我才能告訴你更有針對性的答案。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：由于時間的關系，我們的現(xiàn)場提問到此結(jié)束，可以看出我們北京交通大學的同學非常專業(yè)，也非常勇敢，謝謝大家！最后請楊慶山教授為我們做一下今天活動的總結(jié)。

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特約主持人楊慶山：其實也沒有什么好總結(jié)的，今天非常感謝中國橋梁網(wǎng)和我們學校合作，使得大家有了彼此交流的機會。

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特約主持人楊慶山：當然也更要感謝洪華生院士來到中國,作客北京交通大學,給我們帶來一場非常精彩的報告,也感謝我們今天勇敢提問的每位同學和老師，還有我自己，我問了兩個問題。

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特約主持人楊慶山：我還要感謝那些沒有提問題的問題，你們沒有提問題給我們節(jié)省了時間，可以早點吃飯，謝謝大家！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：我們今天的活動就到此結(jié)束，再次感謝洪院士，感謝楊教授，我們下一期行業(yè)交流再見，謝謝網(wǎng)友關注，謝謝!

網(wǎng)友問答

憤怒de挖掘工：院士您好，我很認同可靠度的原理在橋梁設計與后期養(yǎng)護中有著不可替代的作用，考慮橋梁全壽命周期的可靠性能也非常重要。因此，在橋梁建造和養(yǎng)護過程中，自然要追加一定的費用來保證橋梁達到足夠的可靠度。我想問的是，在建橋和養(yǎng)護的費用方面，如何達到資金和可靠度的平衡，投資方或者決策層能不能認可這部分費用，在遇到形勢方面或體制方面的阻力的情況下，該如何來面對？

A.H-S.Ang：這個問題問得很好，那么當我們在提及到花費的時候，這項花費不僅僅包括最初建造一座結(jié)構(gòu)所需要的花費，其實花費當中應當包含這個結(jié)構(gòu)在使用周期的所有花費，比如一個結(jié)構(gòu)能生存50年或者100年，在整個周期當中都應該考慮到。我們除了最初建造所使用的費用之外，還包括后續(xù)維護的費用，其中例如有些結(jié)構(gòu)坍塌以及修護的費用，這個費用其實是一個失敗或者故障概率的一個函數(shù)。只有考慮到這些才能夠在花費和可靠度之間尋找到一個平衡。

現(xiàn)場圖片

行業(yè)交流現(xiàn)場學生提問

行業(yè)交流現(xiàn)場的外國留學生

中國橋梁網(wǎng)國際版主李永

本期特約主持人楊慶山教授

本期行業(yè)交流現(xiàn)場

中國橋梁網(wǎng)工作人員

中國橋梁網(wǎng)行業(yè)交流主持人

中國橋梁網(wǎng)行業(yè)交流現(xiàn)場