建筑物可靠性鉴定

建筑物可靠性鉴定（共6篇）

建筑物可靠性鉴定 篇1

摘要：着眼于建筑物和环境未来可能的变化, 明确鉴定前提条件, 考虑实际功能要求, 赋予适当评定标准, 慎重选择评定依据和恰当的评定方法, 是建筑物可靠性鉴定中应该运用的基本思想和原则。

关键词：建筑物,结构体系,可靠度,建筑物和环境

引言:现有建筑物是一个复杂的实物系统, 具有诸多不同于拟建建筑物的特点, 其可靠性评定要涉及许多特殊问题, 这里将结合现有建筑物的特点阐述建筑物可靠性鉴定的原理、目的、用途、基本思想及其应用。

1 原理、目的和用途

1.1 原理

结构可靠性指结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性三个方面, 一般以结构完成预定功能的概率来度量, 称为结构可靠度。

结构体系可靠性的主要影响因素包括失效模式的数目、可靠指标和相关性。结构体系失效模式的数量越多, 可靠指标越低, 相关性越弱, 结构体系的失效概率则越大。当失效模式的数目较多, 可靠指标较低, 或相关性较强时, 结构体系的失效概率对各因素的变化较为敏感。

1.2 目的

建筑物可靠性鉴定的实质是对现有建筑物在未来时间里能否完成预定功能的一种预测, 是对未来事物的推断。虽然建筑物当前的状况对建筑物的可靠性有着重要的影响, 是建筑物可靠性鉴定的主要依据, 但仅仅评定建筑物当前的状况并不是可靠性鉴定的目的, 人们最终关心的是建筑物在未来时间里能否像期望的那样安全和适用, 能否在新的目标使用期内完成预期的使命, 因此在现有建筑物的可靠性鉴定中, 应始终着眼于建筑物和环境未来可能的变化。

1.3 用途

通过对建筑物可靠性的鉴定能够全面、准确地掌握建筑物的性能、状况和所承受的各种作用, 准确评价其可靠度水平, 为建筑物的使用、管理提供技术依据, 包括:

⑴为建筑物的日常维护提供技术依据。

⑵为建筑物的维修、加固提供技术依据。

⑶为建筑物的用途变更和使用条件变化提供技术依据。

⑷为建筑物各种灾害事故的处理提供技术依据。

⑸为超过设计基准期建筑物的继续使用提供技术依据。

2 基本思想及其应用

2.1 明确前提条件

对于现有建筑物, 设计和施工已完成, 其可靠性分析的前提条件一般仅指建筑物在目标使用期里能够得到正常的使用和维护, 如果原设计或施工存在缺陷, 则必须考虑它们对建筑物可靠性的影响;除此之外, 现有建筑物可靠性分析的前提条件中, 还可能包含对建筑物使用、维护方面的附加要求, 在特殊情况下, 可能会限制多台设备或生产线同时满载运行, 或要求做定期专项检查, 目的是通过这些措施来保证建筑物的可靠性。前提条件对建筑物可靠性鉴定的结果有着直接影响, 不同的条件下可能会得出不同的结论, 在鉴定过程中应明确可靠性分析的前提, 它们实际也是对建筑物后期使用和维护的技术要求。如果鉴定分析的目的不明确, 会造成加固和改造措施不当, 则可能造成新的工程事故。

2.2 考虑功能要求

如果是因用途变更、改建、扩建等原因而对建筑物的可靠性进行鉴定, 就必须考虑功能要求上可能发生的变化, 它们会改变原先设计时所依据的控制指标和限值。现有建筑物的可靠性鉴定应考虑新的功能要求及相应的控制指标和限值, 以建筑物完成新的预定功能为目标, 这样才更符合建筑物可靠性鉴定的目的。例如, 某些建筑物原来为办公楼, 因功能要求, 需要增加检验设备, 则必需考虑新功能、新荷载对建筑物的影响;某些场所因使用环境改变, 原来干燥的室内环境可能变成敞开或潮湿的环境, 则对钢筋混凝土构件的保护层厚度和裂缝宽度的要求更加严格。建筑物在改建、扩建后, 原有建筑物除使用荷载增加外, 使用环境也可能改变, 则除了考虑原有建筑物的现在质量水平外, 还应考虑新使用环境的影响。例如, 某建筑物原为教学楼, 后来改为厂房, 并且业主因生产需求, 需要进行加层, 则原有建筑物的荷载和使用环境都发生了改变。因此, 在建筑物的可靠性鉴定过程中, 考虑功能要求的变化是非常必要的。

2.3 赋予评定标准

现有建筑物多数是依据过去的标准、规范设计的, 这些标准、规范所采用的设计方法和所隐含的可靠度水平和现行的标准、规范不同, 但建筑物的可靠度是否满足要求应以现行的标准、规范为基准来评定, 即以当前公认的可靠性指标限值为基准制定建筑物可靠性评定的标准, 遵循当前更为先进的设计思想建立结构力学分析和构件校核的方法, 只有这样才能保证建筑物的可靠度符合现时的要求。但是, 可靠性指标的限值本质上是对可靠概率或失效概率的一种控制值, 低于该值并不一定意味着建筑物将失效或破坏, 只是失效或破坏的可能性超出了人们公认的标准, 如果严格按照当前规定的可靠指标限值评定以前各个时期建造的建筑物, 则可能造成建筑物加固改造工程的规模过大。较为合理的方法是赋予评定标准以一定的弹性:如果现有建筑物的可靠度指标仅在较小程度上低于当前规定的可靠指标限值, 原则上予以接受, 不必进行加固或仅需局部处理;而不可接受的是那些可靠指标和当前规定的可靠性指标限值相差较大的建筑物, 它们是加固改造的重点对象。

采用这样的评定标准, 既可将现有建筑物的可靠度差距限定在一定的范围之内, 又可控制加固改造工程的规模, 是一条从总体上提高和保证现有建筑物可靠性的可行途径。在近几年的“中小学危房改造工程”和“全国中小学校舍安全工程”鉴定工作中, 很多校舍工程为前期建筑物, 随着设计规范和抗震要求的提高, 很多校舍的质量水平达不到现行抗震设防标准和建设工程强制性标准的要求。如果能在保证校舍安全前提下, 赋予评定标准以一定的弹性, 对经鉴定不符合要求的、不具备维修加固条件的校舍, 则要求按重点设防类抗震设防标准和建设工程强制性标准重建;对通过维修加固可以达到抗震设防标准的校舍, 按照重点设防抗震标准改造, 则可节约较大的资源和物力。

2.4 慎选评定依据

建筑物可靠性鉴定的对象是现实、特定的空间实体, 它和它所处的环境为人们提供了可贵的历史和当前信息, 这些信息最有效地描述了建筑物和环境过去的变化轨迹和当前性状。建筑物的可靠性鉴定应以建筑物和环境自身的信息为依据, 与检测工程相结合, 这是建筑物可靠性鉴定的一个显著特点。混凝土构件当前的实际强度和保护层实际有效厚度、钢筋的目前状态、构件当前的使用和受力状态等信息能最有效地反映建筑物当前的性状和和过去的变化。

在实际工程中, 由于主、客观条件的限制, 完全依据建筑物自身的信息来分析评定建筑物的可靠性并不现实, 往往需要参考或引用类似建筑物或类似环境的信息和数据。例如, 对于建筑结构上的活荷载、风荷载和雪荷载等, 一般并不通过专门的测试来确定其数值, 而是直接取用现行荷载规范规定的数值。但是, 这些信息和数据往往适用于某一地区或某类建筑物, 有着较广的适用范围, 因此在建筑物的可靠性鉴定中, 需要以建筑物和环境自身的信息为依据来评判引用的合理性。

2.5 择用评定方法

建筑物的鉴定方法一般可划分为三种:传统经验法、概率鉴定法、实用鉴定法。传统经验法基本已被淘汰, 目前我国普遍采用的是以《民用建筑可靠性鉴定标准》和《工业厂房可靠性鉴定标准》为代表的方法。它们总体上属于实用鉴定法, 但在一些原则性的规定和具体条款上已引入概率鉴定法的思想。

建筑物的可靠性鉴定属于预测问题, 它的主要评定方法是依据建筑物和环境的信息, 推断结构材料、结构构件或结构体系的实际性能以及未来可能发生的变化, 推断建筑物在未来时间里可能遭受的各种作用, 通过结构或结构构件的力学分析和校核, 最终判定建筑物在目标使用期里的可靠性是否满足要求。这是一种基于性能分析的评定方法, 它在许多方面与结构设计中的可靠性分析方法或力学分析和校核方法类似。

由于建筑物已转变为现实的空间实体, 并经历了一定时间的使用, 结构材料、结构构件和结构体系实际的性能在使用过程中得到了历史的检验, 并在一定程度上通过建筑物实际的状态表现出来。基于载荷试验的评定方法和基于状态评估的评定方法完全是建立在建筑物和环境提供的实证信息上的, 是建筑物可靠性评定特有的方法。在实际工程鉴定中, 我们可以通过现场实际载荷试验, 验证和判断结构构件的承载力和变形能否满足要求;通过现场检测和取样试验得出相关数据, 以及检查建筑物的外观和变形, 可以评估建筑物的实际状况, 判定建筑物在目标使用期里的可靠性是否满足要求。

总之, 在现有建筑物的可靠性鉴定中, 应着眼于建筑物和环境未来可能的变化, 明确其目标使用期和前提条件, 以建筑物和环境自身的信息为依据, 以建筑物完成新的预定功能为目标, 以现行标准规范为评定的基准, 并赋予评定标准以一定的弹性, 采用基于性能分析、状态评估或载荷试验的方法评定建筑物的可靠度水平。

建筑物可靠性鉴定 篇2

改革开放以来, 我国城镇化进程加快和房地产市场飞速发展, 民生居住水平得到了极大改善, 现有存量房建筑已达到440亿平方米, 预计2020年全国房屋建筑面积将新增300亿平方米。既有建筑的存量快速增长以及大量的建筑工程仓促上马造成工程在勘察、设计、施工以及维护管理方面可能存在着一定的缺陷, 同时城乡间无规划、无报建、无资质设计、施工、无质量监督的“无五”房屋依然存在, 再者地震等自然灾害和人为灾害对建筑损害及使用安全方面的影响, 对建筑结构的可靠度进行鉴定评估, 对建筑结构的质量及安全性做出科学、公正、准确技术分析数据, 并采取有针对性的加固维修措施, 是我国当前对房屋安全使用管理迫切需要解决的问题之一。

此外, 50~60年代的房屋已超出设计服役期, 由于房屋的正常老化和管理维护的不到位, 其安全系数在逐年降低, 对这些老化问题日益严重的建筑物进行结构可靠度检测鉴定, 是得以准确判断建筑物可以延长使用年限, 对节省材料和提高经济效益也具有极其重要的现实意义。

2 造成建筑结构可靠度较低的因素分析

2.1 先天性缺陷

如果建筑结构在质量上存在着先天性缺陷, 那么无论后期使用维护做的多么到位, 其结构可靠度也必然无法在本质上得到保证。造成建筑结构存在先天性缺陷的因素较多, 其主要可以被归纳为以下几个方面: (1) 在建筑建设时期缺乏对工程所在地地质情况的仔细勘探, 如钻孔深度不够, 勘探点布置不合理或数量较少等, 这些都可能造成建筑在后续的施工中或竣工完成后发生地质沉降问题, 从而给结构的可靠度带来不利影响。 (2) 设计是控制建筑物结构质量的源头, 如果建筑的结构存在设计缺陷, 如设计人员在进行结构设计时没有充分考虑影响结构安全性的各个因素, 那么最终建筑结构的质量也无法得到保障。此外, 建筑物在最终竣工后, 每个结构都有其独有的特性, 而这些特性是无法通过数学模型进行精确描述的, 而这会造成结构的使用情况与设计构思存在一定的差异, 再考虑到我国在建筑结构设计时将冗余度控制地较低, 从而就可能为后期的使用安全留下隐患。 (3) 一切建筑产品都需要通过施工建设才能完成, 而各个施工建设企业的技术水平存在高低之分, 现场施工人员的素质也存在差异, 这就可能造成同样的结构设计方案由不同的施工企业进行施工, 其完工后的质量也存在不同。当前我国建筑队伍迅速扩大, 但建筑队伍的技术和管理水平却没有同步提高, 因施工质量不达标或偷工减料而造成的正在施工或刚竣工的建筑物就出现严重质量事故的现象在全国屡见不鲜, 这会给建筑物的结构安全埋下大量的隐患。

2.2 环境劣化及使用维护不当

我国的地域跨度比较大, 不同地区的自然环境存在差异, 并且一些地区的自然环境还可能存在持续恶化等问题的影响, 还有遭受自然灾害, 或火灾、爆炸、振动、碰撞等偶然事故及周围环境的影响, 例如, 高温潮湿、腐蚀性气体、液体的侵蚀, 以及白蚁危害影响, 这造成了不少建筑物出现不应有的“早衰”现象。

另外一些建筑物自竣工后就缺乏必要的维护和管理或房屋超期服役, 结构构件材质日趋老化以及开裂损坏, 存在承载能力不断减弱的现象。在建筑物使用过程中亦存在大量的使用不当现象, 如未经鉴定就增加荷载和设备, 未经鉴定和加固就擅自拆改承重构件或加层等, 进而给建筑的结构安全性带来不利影响。

2.3 新规范和标准的出台

随着国家对建筑使用安全性的重视度日益提高, 我国在建筑可靠度的检测鉴定领域也出台了一系列新的规范和标准, 这一方面促进了建筑产品质量及其结构安全性方面的提高, 另一方面也拉高了可靠度的鉴定评价标准, 尤其对于一些采用以往标准进行可靠度鉴定时处于临界位置的既有建筑物, 因为新标准和规范要求的提高, 可能导致这些建筑物的结构可靠度不满足现行规范要求。

3 建筑结构可靠度检测鉴定方法探讨

结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 完成预定功能的能力, 称为结构可靠性, 它包括安全性、适用性、耐久性;结构可靠度是结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 完成预定功能的概率。结构可靠度是对结构可靠性的定量描述, 即当以概率来度量时, 称为结构可靠度。目前, 建筑结构检测鉴定的方法主要可以分为以下几类:

3.1 经验鉴定法

这种方法主要依靠结构专家或专业的鉴定从业员通过现场对房屋的观察和一些必要的计算分析, 以原设计规范为依据, 根据个人的经验和知识直接对建筑结构的可靠度进行评价。这种方法主要以专家对建筑结构外观形貌的观察结果和简单检测为依据, 鉴定程序简单, 花费较少, 并且鉴定时间短, 但因为受到鉴定专家个人知识、经验以及所采纳数据、资料的准确性等方面的限制, 使得评定结论因人而异, 经验鉴定法一般未采用检测手段获取技术数据, 很难对建筑结构的安全性和耐久性做出全面的评估。因此, 这种方法一般不适合对房屋原设计质量和原使用功能的鉴定, 但对于房屋完损性的常例检查和普查以及对那些受力明确且较易判定的中小型工程, 若结合进一步的检测、观察和验证, 却不失为一种提高鉴定效率的方法。采用经验鉴定法对建筑物的评定一般依据《房屋完损等级评定标准》、《危险房屋鉴定标准》。

3.2 检测鉴定法

检测鉴定法是在经验法的基础先对建筑物及其周围环境进行详细的调查、检查和测试, 再依据现行检测规范根据不同的结构构件通过应用相应的检测手段 (例如钢筋混凝土构件采用回弹法或钻芯法检测混凝土的抗压强度、采用超声波法检测混凝土的内部缺陷等) 获取相关的技术数据, 然后通过应用计算机技术对收集到的数据和资料进行综合分析, 以最终得到对当前建筑结构安全性的全面评估结论, 这种方法以国家对各类建筑物可靠性的鉴定标准作评定依据 (如《民用建筑可靠性鉴定标准》、《工业建筑可靠性鉴定标准》) , 按照规范的鉴定程序和标准, 能够从多个层面对建筑结构的可靠性进行综合评价, 与经验鉴定法相比, 实用鉴定法对鉴定人员的主观依赖性较低, 鉴定过程根据实测的检定数据作验算依据, 所得到的结论也更加准确, 能够为建筑维修、加固和改造方案的决策提供可靠的技术依据。

3.3 概率鉴定法

随着可靠度理论的不断发展, 当前将概率论和数理统计原理应用到可靠度评价的方法也日益成熟, 对于建筑结构的可靠度鉴定而言, 可以建立结构的功能函数 (结构抗力与结构荷载效应的差值) 。当结构抗力大于结构的荷载效应时, 对结构安全的鉴定结果为可靠;否则即为不可靠。此时可根据二者间差值的大小定义失效的概率, 如结构抗力减去结构荷载效应的差值越大, 则结构发生失效的概率就越低, 从而可进一步得到结构可靠的概率。

这种概率方法从理论上来讲是完善的, 能够对建筑结构的可靠度进行真实地反映, 但不足之处在于结构功能函数的构造和求解过程都比较复杂。因为实际中施工偏差和质量因数导致结构材料的强度存在差异, 各种检测手段测定数据的差异, 各种计算模型对实际情况的描述也存在一定的出入, 造成据此所构建的功能函数可能难以准确反映建筑结构的可靠度。

3.4 通过与已知模型的相似度度量来进行鉴定

随着建筑可靠度鉴定技术的发展, 当前又发展出了一些新的鉴定评价方法, 如可以根据一个确切的、已知其结构可靠度的建筑建立标准模型, 然后根据影响建筑结构可靠性的因素建立评价指标体系, 最后通过度量待鉴定建筑物与标注模型在对应指标值上的差异来评估其可靠性。如果二者在各个指标上都非常接近, 则待鉴定建筑物的结构可靠度就与标准模型接近。这种方法的优势是可以通过相似性度量实现快速鉴定和评价, 缺点是对标准模型和检测技术的要求都比较高, 如果标准模型本身的可靠度不具有较高的可信性, 那么也无法确保鉴定结论可靠。

4 建筑结构可靠度检测鉴定现状的局限性

结构可靠度是从统计数学观点出发用概率来度量, 这一定义比结构可靠性较科学和完善, 因为在各种随机因素的影响下, 结构完成预定功能的能力只能用概率来度量, 但当前在对既有建筑结构的可靠度进行检测鉴定的过程中存在一定的局限性。

现场检测条件的局限, 现役建筑通常正在使用中, 现场检测抽样数量受到使用条件的限制, 同时亦受到检测方法和检测仪器的限制, 造成构件因检测而破损损坏或检测数量不足, 一些构件重要部位或节点部位未能检测;另外对构件实测数据受施工质量各因素的影响, 例如混凝土强度:同一构件或同批构件的离散性较大时, 混凝土强度难以推定, 也直接影响验算结果。

检测鉴定规范、标准和计算软件的局限, 对现有建筑结构的可靠性鉴定标准而言, 有结构可靠度的功能 (R&S) 控制值, 但无数理统计函数做法和计算要求;用于结构可靠度验算软件通常是现行设计类的计算软件, 该类计算软件一般输出截面计算用量, 而不是结构抗力计算值, 实际操作上为得到此值什么计算方法都有使用, 造成等级评定有人为性的出入, 直接影响鉴定结果的准确性。

当前虽然发展出了一些结构可靠度的检测鉴定方法, 但这些方法在具体使用过程中仍存在一定的局限性, 如何从理论上入手将概率论统计数学应用于建筑结构可靠度检测和计算中, 规范并建立与既有建筑传力树体系相适用的结构可靠度功能函数和评定做法, 应该是当前迫切所需要解决的问题。

5 建筑结构可靠度检测鉴定的发展趋势

随着建筑用地的减少, 材料品种和强度日趋增多和提高, 城市建筑越来越高、跨度越大, 结构形式也越来越复杂, 由砖木结构发展为剪力墙结构、筒中筒结构、钢-筒结构、钢结构等。随着国家对建筑安全度的重视, 2002年后设计标准均有所提高, 建筑结构的可靠度也在提高, 建筑物的安全储备也相应增大;同时, 国家出台一系列施工质量检验、检测、验收规程规范;施工监督管理将日趋完善和走向正轨。虽然我国尚未立法对已竣工投入使用的建筑物规定其检测鉴定周期, 建立对建筑物定期检查的法规和管理制度是势在必行, 对我国现役建筑进行定期检测鉴定及建立房屋安全使用信息管理体系将是一庞大的工程。

对有完整设计资料和正常使用的建筑物, 采用无损法检测可增加检测范围和数量, 且减少对结构构件的破损影响, 使对建筑物定期检测鉴定的管理制度具有可操作性。随着超声波和雷达等先进检测仪器的研发, 对建筑结构构件的无损检测采集数据越发完善和精准, 有充分的检测数据进行数理统计和结构的功能函数计算以确定结构可靠度和进行等级评定成为可能, 对房屋实行定期检测鉴定的数据亦可录入房屋安全使用信息网进行管理, 所以对现役或新建建筑物采用可靠度检测鉴定将是必然的发展趋势。

6 结束语

本文对建筑结构可靠度检测鉴定的意义、可靠度影响因素和检测鉴定方法进行了阐述, 对当前进行结构可靠度检测鉴定现状局限性和发展趋势进行了探讨, 希望能为从事建筑结构可靠度检测鉴定工作的同行提供有益借鉴思路。

摘要：本文对建筑结构可靠度检测鉴定的意义、可靠度影响因素和检测鉴定方法进行了阐述, 对当前进行结构可靠度检测鉴定的局限性问题进行了探讨, 希望能为从事建筑结构可靠度检测鉴定工作的同行提供有益借鉴。

关键词：建筑结构,可靠度,检测鉴定

参考文献

[1]梁雪松.建筑结构的加固与鉴定研究[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2015, 31 (2) :34-35.

[2]张文军.某框架结构建筑物安全性鉴定分析研究[J].山西建筑, 2015 (1) :53-55.

建筑物可靠性鉴定 篇3

可靠性鉴定试验是为了验证产品的质量在规定的使用期限内是否达到了使用要求。由于农业机械的特殊性, 许多试验检测须在现场进行, 对于不同的农业机械其试验条件有标准具体规定, 可靠性鉴定试验时间也有明确规定, 部分农业机械可靠性鉴定试验样机数量及试验时间详见表1。

一、产品质量与可靠性关系

产品质量与可靠性是密不可分的两个概念。产品在其设计的使用寿命内和在规定 (或设计) 的条件下使用, 能达到设计的使用效果, 才达到了其质量要求。可靠性是质量的保证, 产品不可靠, 就是产品质量差的替代词。

一件产品在短时间内比较容易达到使用效果, 因此在原材料选用和生产制造上都比较容易出现以次充好的问题, 要杜绝设计、生产过程出错, 杜绝假冒伪劣产品, 最有效的方法是对产品进行可靠性试验, 产品的使用可靠性, 直观反映产品质量。目前农机产品可靠性指标主要由有效度、平均故障间隔时间 (MTBF) 和首次故障前平均工作时间 (MTTFF) 来考核。

二、产品故障分类

在可靠性试验中, 产品按故障后果的危害程度分为四类:致命故障、严重故障、一般故障和轻度故障。

1. 致命故障:

危及或导致人身伤亡、引起主要总成报废或造成重大经济损失的故障。

2. 严重故障:

严重影响产品功能或规定的重要性能指标恶化至规定范围以外, 必须停机修理、修理费用较高, 在较短有效时间内无法排除的故障。即需要更换产品外部重要零部件或拆开机体更换内部零部件的故障。

3. 一般故障:

明显影响产品功能, 在较短的有效时间内可以排除的故障, 即需要更换或修理外部零部件的故障;有效时间是指产品发生故障后停机到排除故障, 恢复正常为止, 包括故障诊断、检查、修理、调试和必要的管理时间, 但不包括停机期间, 由于人为或自然因素耽误的时间。

4. 轻度故障:

轻度影响产品功能, 暂时不会导致工作中断, 修理费用低廉的故障, 或在日常保养中能用随机工具轻易排除的故障。

在可靠性鉴定试验过程中若试验样机出现致命故障, 则产品被直接判定为不合格;而出现轻度故障, 则不纳入故障时间和故障次数统计。

三、可靠性鉴定试验监控

由于可靠性鉴定试验结果对产品的生命起决定性作用, 因此对可靠性鉴定试验结果的可信度非常重要, 加强对可靠性鉴定试验的监控很有必要。不同的农业机械产品, 其可靠性鉴定试验, 须根据具体机型, 采用相应的试验方法。不同的试验场地, 监控的措施不同。

1. 试验室或试验场 (或称标准场地) 可靠性鉴定试验。

按可靠性鉴定试验规范, 在可控条件的试验室内或在标准的试验场内进行可靠性鉴定试验。

在标准场地试验, 如台架试验、标准池试验等, 应将相关的各组试验数据自动全程记录存盘;对于以电动机为动力的农业机械可靠性鉴定试验, 可以通过对电能表进出电源线进行铅封并拍照来加以控制, 根据电动机的额定功率和可靠性试验期间的耗电量, 可以推算出机器的实际工作时间 (如排灌机械、水产养殖机械、干燥机械、粮食加工机械、饲料加工机械等) 。在进行试验时, 为增加可靠性试验的可信度及安全性, 应增加一套网络监控摄像系统, 用于远程监视并存档, 记录产品可靠性试验整个过程, 全面掌握现场试验情况。

2. 现场可靠性鉴定试验。

一般在田间或野外进行, 试验条件的可变性较大, 对可靠性鉴定试验结果的影响相对大些, 试验监控也存在一定难度。

对于移动式的、在不同地点进行现场作业的、以内燃机为动力的农业机械可靠性鉴定试验, 可结合产品实际使用情况, 由有资质的熟练机手负责操作, 在检验人员监督下进行可靠性鉴定试验, 可以通过加装计时器、油耗计等, 把内燃机的工作时间、油耗等进行实时累计记录, 通过监控内燃机的工作情况来监控样机的可靠性鉴定试验 (如耕整机械、播种机械、栽植机械、收获机械等) , 同时记录样机的作业效果, 并对作业前后的现场进行拍照留存。由于是现场作业, 同时要求现场试验人员记录试验地点、试验地户主姓名和联系电话, 检验监督人员可通过电话访问, 核实对样机的试验情况。

可靠性鉴定试验期间, 监督检验人员应不定期的对试验情况进行监督检查, 不预先通知试验人员, 采取突击检查的方法, 检查原始记录、样机状况、试验录像或现场试验照片等, 及时掌握可靠性鉴定试验的情况, 如发现疑问应及时处理。

四、可靠性鉴定试验注意事项

对于可靠性鉴定试验的样机的信息应进行全面记录, 包括样机型号、出厂编号、生产日期, 配套动力型号及其出厂编号和生产日期, 关键零部件型号及其出厂编号和生产日期, 样机外观和运转情况等, 并对机器的关键零部件进行铅封并拍照, 充分掌握样机原始状态情况。记录试验情况的原始记录表格应设置合理, 表格包含的试验信息量要全面, 应能详细记录样机每天的试验情况。

试验过程中如样机发生致命故障或严重故障时, 试验人员应保留现场, 并拍照存档, 以备核查。

建筑物可靠性鉴定 篇4

A支架所处地区抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.15g, 设计地震分组为第三组。

1 检测内容及结果

1.1 使用环境调查

该索道沿线支架所处地区, 属腾格里沙漠和祁连山余脉向黄土高原过渡地带, 地势由东南向西北倾斜, 全境呈桃叶形狭长状。海拨在1275~3321m之间。该地区气候干燥, 降雨量稀少, 冬季寒冷, 四季温差较大, 昼夜温差大。

1.2 地基基础

1.2.1 地基基础构造调查

A支架基础持力层为湿陷性黄土, 设置100mm厚75#素混凝土垫层, 不满足《建筑地基基础设计规范》 (GB50007—2011) 中第8.2.1条关于“垫层混凝土强度等级不宜低于C10”的规定。设计图纸中未明确对于湿陷性黄土作为持力层的具体处理措施, 不满足《湿陷性黄土地区建筑规范》 (GB50025-2004) 第6.1条有关地基处理的相关规定。

A支架基础形式均为阶梯型无筋扩展独立基础, 采用150#混凝土, 不满足《建筑地基基础设计规范》 (GB50007—2011) 中第8.2.1条关于“混凝土强度等级不应低于C20”的要求。基础埋深为2.5m, 覆土厚度为0mm, 阶梯宽度为0.4~0.5m, 阶梯高度为0.8~0.9m, 满足《建筑地基基础设计规范》 (GB50007—2011) 中第8.1.2条关于“采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱, 其柱脚高度h1不得小于柱脚宽度b1, 并不应小于300mm且不小于20d (d为20mm) ”的规定。

1.3 上部承重结构

1.3.1 混凝土强度检测

检测时, A支架混凝土龄期已超过《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 (JGJ/T23—2011) 中关于混凝土龄期为14~1000d的要求, 考虑到长龄期混凝土的特点, 现龄期混凝土强度推定值按《混凝土结构加固设计规范》 (GB50367—2013) 的相关要求进行修正。

采用回弹法进行混凝土强度检测, 按单个构件进行混凝土强度评定, A支架修正后现龄期混凝土强度推定值为27.5MPa, 满足设计混凝土强度等级200#的要求, 但不满足《构筑物抗震鉴定标准》 (GB50117—2014) 中第11.4.6条关于“钢筋混凝土单柱支架混凝土强度等级, 不宜低于C30”的要求。

按回弹测区的30%进行碳化深度测量, 碳化深度大于6.0mm。在进行混凝土构件强度评定时, 已考虑了碳化深度的影响。

1.3.2 钢筋配置检测

根据《混凝土结构现场检测技术标准》 (GB/T50784—2013) 的要求, 对A支架采用PS200型钢筋探测仪对相邻两侧箍筋间距、主筋数量及保护层厚度进行检测, 如图3, 4所示, A支架相邻两侧主筋数量均满足设计要求, 箍筋间距满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》 (GB50204—2015) 中绑扎箍筋允许偏差±20mm的规定。

1.3.3 缺陷、损伤及腐蚀情况检查

根据现场实际情况, 对索道沿线A支架进行检查, 发现由于使用时间较长, A支架表面风化较为严重, 存在剥蚀、局部破损以及钢筋外露现象, 支架柱角部沿钢筋出现竖向裂缝, 裂缝宽度为1.5~3.0mm, 裂缝深度至内部钢筋表面, 混凝土内部钢筋表面严重锈蚀, 锈蚀厚度达0.15~0.30mm, 根据该裂缝出现的位置、形式及特点可以得出, 此类裂缝产生的原因主要为混凝土内部钢筋锈蚀, 造成的混凝土表面胀裂, 严重影响支架的耐久性以及支架的承载能力。A支架横担根部重侧出现斜向裂缝, 裂缝宽度为0.10~0.20mm, 根据裂缝形式及走向可以确定其为受力裂缝。

2 结构计算复核

根据现行《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 的要求, 对A支架进行抗震承载力和配筋验算。

2.1 结构验算的基本参数

2.1.1 计算模型

索道沿线A支架采用7.5m高钢筋混凝土结构支架, A支架两侧间距距离其它支架分别为190m、185m。按照原设计图纸进行简化建模, 构件截面尺寸、强度及材料性能均按照设计强度及性能进行取值。

2.1.2 荷载取值

支架的主要荷载为支架自重、线路设备自重, 各种钢丝绳的垂直力与水平力以及密封钢丝绳与鞍座的摩擦力;附加荷载为风、雪荷载, 见表1。荷载组合分为索道运行与索道停运两种不同工况, 本次计算按最不利荷载组合进行计算。经简化计算, A支架横担重侧与轻侧荷载取值分别为93.5k N与34.3k N。地震参数取抗震设防烈度为7度, 基本地震加速度值为0.15g, 地震分组为第三组。

2.2 验算结果

2.2.1 柱轴压比

索道沿线A支架轴压比计算结果为0.05, 满足《构筑物抗震设计规范》 (GB 50191-2012) 第6.3.6条“最大轴压比限值为0.75”的要求。

2.2.2 地震作用下最大水平位移

索道沿线A支架地震作用下X方向最大水平位移为4.4mm, Y方向最大水平位移为2.5mm。

2.3 承载力验算

通过对A支架的承载力验算, 满足R/γ0S≥1.0, 抗力与效应之比满足规范要求。

2.4 抗震构造措施核查

2.4.1 截面尺寸

A支架柱最小截面宽度为900mm, 最小截面高度为1100mm, 截面长边与短边的边长比最大为1.22, 满足《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 第6.3.5条关于“柱的截面宽度与高度均不宜小于400mm, 截面长边与短边的边长比不宜大于3”的要求。

2.4.2 钢筋混凝土支架柱配筋率

A支架柱纵向受力钢筋对称布置, 纵向钢筋最小配筋率为0.63%, 不满足《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 第6.3.7.1条关于“框架抗震等级为二级时, 柱纵向受力钢筋的最小配筋率为0.8%”的要求;单侧最小配筋率为0.21%, 满足《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 第6.3.7.1条关于“框架抗震等级为二级时, 柱单侧配筋率不应小于0.2%”的要求。

2.4.3 钢筋混凝土支架柱箍筋

索道沿线A支架柱箍筋最小直径为Φ8, 满足《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 第6.3.7.2条关于“框架抗震等级为二级的情况下, 柱箍筋最小直径为Φ8”的规定;箍筋最大间距为300mm, 不满足《构筑物抗震设计规范》 (GB50191-2012) 第6.3.7.2条关于“框架抗震等级为二级的情况下, 柱箍筋最大间距为8d、100中较小值 (d为20mm) ”规定。

3 可靠性鉴定评级

支架作为工业构筑物, 依据《工业建筑可靠性鉴定标准》 (GB50144-2008) , 应划分为构件、结构系统、鉴定单元三个层次;其中结构系统和构件两个层次的鉴定评级, 应包括安全性等级和使用性等级评定, 由此综合评定其可靠性等级;根据检查及计算复核结果, 并在此基础上按照《工业建筑可靠性鉴定标准》 (GB50144—2008) 的相关规定将A支架作为一个鉴定单元进行可靠性鉴定评级, 具体评级见表2~4。

4 结论及建议

根据上述检测鉴定结果及《工业建筑可靠性鉴定标准》 (GB50144-2008) 的规定, 由于索道沿线支架建造年代较早, 受当时设计规范及经济形势局限, 在抗震设防及结构耐久性等方面标准较低, 使用年限已经超过40年, 长期暴露于大气环境中, 钢筋混凝土支架表面风化、腐蚀较为严重, 混凝土表面剥蚀, 钢筋锈蚀, 严重影响索道沿线支架混凝土构件的耐久性能, 索道沿线A支架可靠性评级为三级。建议对索道沿线钢筋混凝土支架进行加固处理。

5 结束语

20世纪70年代国内对外经济引进, 一大批援建工业建 (构) 筑物出现, 现任被使用, 但面临技术改造及设备升级, 因此对建 (构) 筑物进行可靠性鉴定很有必要。根据鉴定结果, 该批建筑物施工质量较好, 受当时标准及经济形势的影响, 存在的主要问题为混凝土耐久性较差, 风化、剥蚀严重, 影响构件的可靠性, 加固处理后可继续使用。

参考文献

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[4]住房和城乡建设部.构筑物抗震设计规范 (GB50191-2012) [S].中国计划出版社.

建筑物可靠性鉴定 篇5

关键词：二次监视雷达站,结构可靠性,鉴定

随着民航航班流量的不断增加, 传统的指挥手段已不能满足要求。为使飞行管制员更加灵活有效地指挥飞机, 在更大限度上消除飞机空中相撞的危险, 空管二次监视雷达已被广泛应用于航空监视指挥。通常, 它与一次近 (远) 程雷达配合使用, 也可单独使用, 监视并引导航空器沿航线飞行或进场着陆飞行。为使机场原有的塔台得到有效利用, 降低建造成本, 有些二次监视雷达站直接建造在原有塔台的屋顶上。原有塔台一般建造年代较早, 改造后结构可靠性是否满足规范要求值得关注。

1 工程概况

某空管二次监视雷达站建于机场内, 为10层框架—剪力墙结构, 采用筏板基础, 建于1982年, 建筑总高度31.1m, 总宽度5.7m。该楼原为塔台, 后期屋顶改变使用功能改造为二次监视雷达站, 雷达天线罩为球形结构, 高度8.5m;屋顶在雷达天线罩四周搭建钢结构平台, 钢结构平台采用H型外挑钢梁支承, 外挑钢梁锚固在屋面混凝土板底。

2 建筑物结构特点及布置

该楼结构平面为边长5.7m的方形平面, 结构平面内部偏 (D) 轴侧布置剪力墙薄壁双筒, 四角布置框架柱、梁。核心筒为双筒结构, 贯通至9层, 未贯通建筑全高, 二次监视雷达站总高度为27.8m、宽度为2.2m、高宽比约为12.6;核心筒的剪力墙厚度为200mm, 其中 (B) 轴洞筒内部竖向连续开洞为电梯井。框架柱截面尺寸均为500mm×500mm, 2至10层周边框架梁截面尺寸均为250mm×550mm, 屋面层框架梁为加腋梁, 截面尺寸为250mm×750/650mm。 (见图1、图2)

3 现场检测及查勘

3.1 常规检测及查勘

该楼没有建筑、结构设计图纸等技术资料, 现场检测工作主要调查房屋建筑结构布置现状, 采用回弹法抽检柱、梁构件混凝土强度等级;采用卷尺抽检部分柱、梁构件量测截面尺寸, 采用手持式定位仪扫描柱、梁构件钢筋分布;采用钢筋扫描仪抽检部分柱、梁构件钢筋直径;对承重构件进行裂缝检查;对建筑物进行整体倾斜度观测。经检测, 该楼柱、墙混凝土强度可达C40强度等级, 梁混凝土强度可达C35强度等级。

3.2 高耸结构检测及查勘工作重点

《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) 12.1.8条规定:“基础应用一定的埋置深度。”《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 4.2.4条规定:“高宽比大于4的高层建筑, 在地震作用下基础底面不宜出现脱离区 (零应力区) 。”该楼建筑总高度为31.1m, 总宽度为5.7m, 建筑高度较大、横断面相对较小, 为高耸结构。为确保高耸结构具有较好的整体稳定性及抗倾覆能力, 现场检测及查勘工作应重点调查基础布置情况及埋置深度。

《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 3.7.3条规定:“附着于楼、屋面结构上的非结构构件, 以及楼梯间的非承重墙体, 应与主体结构有可靠地连接或锚固。”该楼周边机场场地空旷, 所在地区50年一遇的基本分压为0.8k N/m2, 屋顶雷达站与主体建筑的连接在满足承载安全的同时应能满足抵御风振反应的要求, 现场检测及查勘还应重点调查屋面二次监视雷达各构件与主体结构的连接情况。

4 结构可靠性鉴定

4.1 上部结构

采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件对该楼进行承载力验算。计算时, 抗震设防烈度取为7度 (0.15g) ;场地类别取为Ⅲ类;基本风压取为0.8k N/m2;地面粗糙度类别取为A类;在竖向荷载的作用下, 钢筋混凝土框架梁考虑混凝土的塑性变形内力重分布, 适当减少支座负弯矩, 梁端弯矩调幅系数取为0.85;楼面二次装修恒荷载取为1.3k N/m2, 楼面活荷载取为2.0k N/m2, 屋面活荷载取为2.0k N/m2;混凝土抗压强度按现场实际检测结果取值;其余计算参数均按规范要求进行取值。计算结果表明, 该楼上部结构核心筒剪力墙及框架柱、梁构件承载能力基本满足结构安全性要求。

现场检查该楼柱、墙、梁构件表面未发现明显损伤;进行回弹的混凝土柱、墙、梁构件结构面层未发现存在明显的蜂窝、孔洞、露筋等施工质量缺陷。

现场重点对剪力墙及剪力墙与梁构件连接部位进行裂缝检查。结果表明, 5至9层 (4) - (C-D) 轴、 (C) - (4-5) 轴梁端与剪力墙交接处梁底及局部梁侧位置出现较细小裂缝, 其余框架柱、梁以及剪力墙全数检查均未发现肉眼可见明显裂缝。

采用全站仪对该楼进行侧向位移观测。结果表明, 所检各测点侧向位移方向不一致, 且各测点顶点位移均未超出鉴定标准的结构侧向位移限值, 该楼现阶段尚未产生明显的整体倾斜。

该楼为10层框架—剪力墙结构, 采用现浇钢筋混凝土楼、屋面板, 结构平面规则、对称, 结构布置合理, 形成完整体系, 传力路线明确;计算层间位移角满足框架—剪力墙结构的弹性层间位移角限值1/800, 框架柱计算最大轴压比满足规范的轴压比限值要求。

该楼屋顶现使用功能为二次监视雷达站, 雷达天线罩四周搭建钢结构平台, 外挑支承钢梁通过锚栓直接锚固在原屋面混凝土板底, 不满足《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 第3.7.3条“附着于楼、屋面结构上的非结构构件, 以及楼梯间的非承重墙体, 应与主体结构有可靠的连接或锚固”的要求。

采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件鉴定加固模块对该楼综合抗震能力指数进行第二级鉴定, 其中体系影响系数及局部影响系数根据《建筑抗震鉴定标准》 (GB 50023—2009) 6.2.11、6.3.13条规定取为1.0。计算结果表明, 该楼综合抗震能力指数大于1.0, 满足抗震鉴定要求。

以上检测、鉴定结果表明, 该楼屋顶后建的二次监视雷达站与主体结构的连接构造不满足规范要求, 上部结构的结构可靠性不满足要求, 应采取处理措施。

4.2 地基基础

基础开挖结果表明, 该楼柱墙基础采用筏板基础, 基础埋深约为房屋高度的1/20, 不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) 第12.1.8条1款“天然地基或复合地基, 可取房屋高度的1/15”的基础埋置深度要求。

采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件对该结构整体倾覆计算结果表明, 该楼基础出现零应力区, 不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) 第12.1.7条及《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 第4.2.4条“高宽比大于4的高层建筑, 在地震作用下基础底面不宜出现脱离区 (零应力区) ”要求。

以上检测鉴定结果表明, 地基基础的结构可靠性不满足要求。

5 结语

综合以上检测鉴定结果, 该空管二次监视雷达站的结构可靠性等级综合评为三级, 不满足结构可靠性要求, 应采取措施。建议另外选址, 选择地势较高、四周无严重地形地物遮挡并可获得足够的高、中、低空覆盖的场地, 重新建造更高、更能适应现代社会日益繁重的空中管理任务的雷达站。

参考文献

[1]GB 50144—2008, 工业建筑可靠性鉴定标准[S].

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[4]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[5]JGJ 3—2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[6]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].

建筑物可靠性鉴定 篇6

随着现代科学技术的发展, 产品的可靠性越来越被人们重视。可靠性鉴定试验是在产品设计定型阶段为确定产品的设计与要求的一致性, 由使用方用有代表性的产品在规定的条件下所做的试验, 并以此作为批准设计定型的依据。它是检验新型研制装备是否达到研制要求的最常用且最有效的手段。在工业工程和武器装备等领域, 很多电子产品及装备的寿命都服从指数分布, 我们称之为指数型产品。关于指数型产品的可靠性鉴定试验设计技术, 很多学者进行了相关的研究。文献[1]利用经典的方法, 给出了指数型产品定数截尾试验的接收概率公式。文献[2]从平均后验风险的角度, 利用Bayes方法获得了指数型产品的可靠性鉴定试验方案。文献[3]从最大后验风险的角度, 制定出了正样产品的Bayes可靠性鉴定试验设计方案。文献[4]综合考虑了两类风险和试验损失, 研究了Bayes可靠性验证试验设计。

由于Bayes理论可以充分利用产品的各类先验信息, 即试验之前的有关可靠性指标的信息, 因此比经典鉴定方法更加节约样本量和试验时间, 从而降低试验成本, 这对于使用方来说无疑是非常有利的。利用Bayes决策理论来确定可靠性鉴定方案, 以往有学者进行过研究。但通常都选取最为简单的0-1损失函数为判断前提, 这样只是对于损失的一个定性表示, 对于鉴定所产生的实际经济损失没有量化。我们希望能从经济角度考虑决策损失, 使得决策者能够获得更加符合实际的信息。另外, 鉴定试验是需要花费成本的, 但同时抽样也是有价值的。因此, 除了决策风险外, 我们还希望能考虑抽样的纯利润, 即抽样净益。目前对于指数型产品的失效率鉴定, 国内大多数都是按定时 (Ⅰ型) 截尾进行的试验[5,6]。定数 (Ⅱ型) 截尾鉴定试验可以详细了解产品故障信息, 也有相当广泛的应用。因此如何在定数截尾情况下确定失效率的可靠性鉴定问题是非常值得研究的。

本文正是基于上述问题, 针对指数型产品, 按定数截尾试验的方式, 综合考虑决策风险和抽样净益, 确定失效率的Bayes可靠性鉴定方案。最后通过算例说明其应用效果。

1 指数型产品的Bayes决策模型

假定某装备寿命服从指数分布E (λ) , 其中λ为其失效率。我们采取定数 (Ⅱ型) 截尾方式进行抽样试验, 即从一批产品中随机抽取n件进行寿命试验, 当试验产品中有r个失效时停止试验。r个产品的失效时间分别为t1≤t2≤…≤tr, 设总试验时间为T, 可分为有替换和无替换两种截尾方式。对于器件, 常采用无替换方式, 即不对已经失效的产品进行替换, 此时。而系统常用有替换方式, 即当系统部件失效时, 将其替换为新的部件, 则T=ntr。

根据装备的可靠性要求, 生产方和使用方共同协商建立如下假设:

其中λ0为按照设计要求的产品失效率的上限。当产品失效率λ≤λ0时, 产品符合要求, 否则λ>λ0时, 产品不符合要求。

假定行动a1表示决策者接受原假设H0, 认为λ≤λ0;行动a2表示决策者接受备则假设H1, 认为λ>λ0。h表示决策损失函数中的系数, 可根据实际情况来确定。不区分生产方还是使用方的损失, 决策损失还应该和实际失效率λ与可接受失效率λ0之间的差额有关, 相差的越多, 损失越大。因此, 可以将决策损失函数L (a, λ) 定义为

这样得到的损失函数能够真正量化决策的经济损失, 使得鉴定方案的制定更合理。

若根据经验及历史数据选取λ的先验分布为Gamma分布Ga (m, b) 。即λ的分布密度为

其中, m>0, b>0, 为先验分布中的超参数。确定方法常见有3种: (1) 利用先验矩; (2) 利用先验分位数; (3) 利用先验矩和分位数。

无论是无替换还是有替换方式, 总试验时间T都服从Ga (r, λ) [7]分布, 即T的分布密度为

则可得到T的边缘分布为

故λ后验分布为

即λ的先验分布为共轭先验分布。这种形式在实际应用中比较容易分析。

2 指数型产品的Bayes可靠性鉴定方案的制定

我们的任务就是制定鉴定方案 (R, TR) , 即确定失效数R和合格判定总时间TR。随机抽取N个产品进行试验, 当试验累积失效数达到R时停止试验。若试验总时间T≥TR, 则接受原假设, 判定产品合格, 若T

2.1 两类决策风险

对于假设检验的决策判断, 可能会出现两类错误:弃真错误和存伪错误[8]。设α (R, T) 为依据试验结果进行假设检验时所产生的弃真错误概率, 是生产方的风险值。β (R, T) 为存伪错误概率, 是使用方的风险。试验前在兼顾双方利益的情况下, 生产方和使用方协商确定两类风险的约束值α0和β0, 即满足α (R, T) ≤α0, β (R, T) ≤β0。根据验后风险准则有

即

即

因此当给定失效数R时, 合格判定总时间TR要满足上述两类风险的约束, 使得生产方和使用方可以接受由于决策带来的风险。

2.2 抽样净益ENGS的计算公式

如果决策者在采取行动之前, 只有先验信息可用, 没有获得抽样信息, 那么决策者依据先验信息得到的先验期望损失为

在先验损失准则下采取的最优行动为

化简后, 有

时, a1为最优行动。而h>0, 故只要即可。即

在获得抽样信息后, 决策者所受的后验期望损失为

则与先验损失准则类似, 在后验损失准则下所采取的最优行动为

对于给定的截尾数r, 取, 则最优行动还可以记为

因此, 抽样信息期望值EVSI为

其中, 为T的边缘分布D (t) 对后验期望损失的期望, 消除了样本对决策的影响。这表明抽样信息期望值EVSI是在抽样前后分别采取最优行动而使决策者承受的期望损失的相差量, 即抽样给决策者带来的效益。然而, 抽样试验还要花费大量的人力物力财力, 为此我们有必要考虑该费用。设抽样试验费用函数l (n, r) 为

其中, k1表示单位产品的成本或维修等费用, k2表示单位产品的抽样试验所需的观察费用和试验费用。则抽样净益ENGS为

这表明抽样净益就是抽样带来的价值扣除抽样费用后的纯利润[9]。

在指数型产品定数截尾的Bayes决策模型下, 抽样净益ENGS的计算公式如下:

(1) 当时, a1为最优行动, 即先验信息表明, 应该接受原假设, 认为产品合格。此时, 抽样净益为

(2) 当时, a2为最优行动, 即先验信息表明, 应该接受备则假设, 认为产品不合格。此时, 抽样净益为

2.3 鉴定方案的确定

由上述结果可见, ENGS最终是关于产品失效数r和样本量n的函数, 并且关于n是单调递减的函数。由于样本量n满足n≥r, 故给定截尾数r, 我们取n=r, 使得抽样净益最大。然后选取使ENGS≥0的最大的r作为试验方所能承受的最大样本量n*。对于批产品可随机抽取N≤n*个产品进行寿命试验, 再将ENGS (N, r) 中最大值所对应的r作为试验方案的产品失效数R。对于N的确定, 只要在试验方资金等条件都认可的情况下即可, 通常可取n*。但如果试验方认为不必要花费很大来进行试验的话, 也可以选择双方都认可的协商结果且满足小于n*的值为N。根据后验损失准则, 为保证最优行动为a1, 即接受该批产品通过鉴定, 需要满足, 同时满足两类风险约束值的试验总时间范围是T≥T′, 因此取为合格判定时间。从而得到指数型产品的可靠性鉴定试验方案 (R, TR) 。即选取N (N≤n*) 个产品进行寿命试验, 当失效R个产品时停止试验。若总试验时间T≥TR, 则该产品通过鉴定, 否则产品不能通过鉴定。

3 应用算例

某自行火箭自动操瞄系统的可靠性指标规定平均故障间隔时间TMBF≥250h, 即失效率λ≤λ0=0.004。假设根据先验数据信息, 可确定λ的先验分布为π (λ) =Ga (5, 2200) 。对于该系统, 我们关心的是其中出现故障的部件, 因此只涉及故障部件的维修及成本等费用, 而选取部件的抽样和观察费用与其他费用相比非常小, 故为计算方便可取k2=0。根据实际情况, k1、d分别取为0.0003和7×107。为了查看出现故障的部件并分析原因, 采取有替换定数截尾方式, 则试验总时间T=NtR。当取定α0=β0=0.1时, 由2.2节可知, , 先验信息表明该系统合格。由式 (3) , 利用MATLAB软件分别计算不同的失效数确定抽样净益值, 从而得到抽样净益ENGS与失效数R之间的关系, 如图1所示。从图1中可以看出, 使得抽样净益非负的最大失效数为25, 根据实际情况商定选取部件数N=20<25, 则T=20tR。可见, 取失效数R=9时, 抽样净益最大。将R=9代入两类风险约束条件, 确定合格判定总时间TR=2178h, 即鉴定试验方案为 (9, 2178) , 当系统累积故障数为9时, 若T≥2178h判定为合格, 否则判定为不合格。

同理对于不同的两类风险值α0和β0, 分别得到相应的鉴定试验方案, 结果如表1所示。依照GJB899-90[10]进行试验设计, 取鉴别比d=1.5, 则满足相应的风险约束的鉴定试验方案见表2。从表1和表2比较来看, 本文的方法得到的鉴定方案无论是截尾失效数还是总试验时间, 结果都更优。比如:α0=β0=0.1时, 经典方法中失效数和合格判定时间分别为36和7500h, 而基于抽样净益的Bayes试验方法所得到的结果只为9和2178h, 几乎减少了75%, 其他情况也有类似结果。因此可见, 本文的方法更具有优越性, 极大地降低了试验成本, 这为使用方节省了大量的资金和时间。

4 结论

本文针对指数型产品, 研究了失效率的Bayes可靠性鉴定方案的制定方法。与以往的其他鉴定方法相比主要的特点是:

(1) 将经济损失量化, 建立决策损失函数, 比选取0-1损失函数更加合理有效。

(2) 同时考虑决策风险和抽样净益两方面因素制定方案, 更加全面, 对于使用方更有利。

(3) 通过实例可以看出方法的应用效果很好, 极大地节省了试验成本, 提高了抽样效率。

在工程应用的具体情况中, 如何确定各系数是今后有待研究的问题。

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