5.2 作用的随机特性

    混凝土自重是水工结构的永久作用，而且可能是主要的永久作用，尤其是大体积挡水建筑物。其自重根据结构设计尺寸和单位重确定，由于它们受尺寸、材料容重、制作方式等各种因素的变异影响，因而可作为随机变量。但水工混凝土结构中的坝体尺寸较大，尺寸变异往往可以忽略。如混凝土重度，根据曾经对新安江、富春江水库大坝的取样抽查，由不同岩石骨料、不同骨料级配的275个子样统计，混凝土重度统计参数的均值为24.32kN/m³，变异系数δ＝0.015，如果按0.05和0.95的分位值取值，则其标准值分别为23.3kN/m³和24.9kN/m³。与混凝土坝设计通常取值为24kN/m³相比，相差仅—1.2％和3.75％。考虑到混凝土坝体按承载能力极限状态设计时，自重既可能是作用，又可能是抗力，而且其变异系数又不大，故可作为定值对待。《水工混凝土结构设计规范》DL/T 5057-2009规定混凝土重度应由试验确定。当无试验资料时，素混凝土可取24kN/m³，钢筋混凝土可取25kN/m³，都可当定值处理。

5.2.2  保留原标准相关条文。可变作用的样本函数的共同特点是一次出现的持续时间τ＜T，在设计基准期T内的时段数r＞1，且在T内至少出现一次，所以平均出现次数m＝pr≥1。不同的可变作用，其统计参数τ、p以及任意时点作用的概率分布函数F_Q(x)都是不同的。目前对各类可变作用随机过程的样本函数及其性质了解不多，为了简化起见，可采用极值统计法或平稳二项随机过程概率模型来描述。

    平稳二项随机过程概率模型是将作用随机过程在任一时间取值的随机变量(截口随机变量)，转换为T年内作用最大值Q_T的概率分布F_T(Q_T)。极值统计法是将设计基准期T年分为n个时段，调查统计每个时段(τ＝T/n)内作用最大值Q_i(随机变量)的分布F(Q_i)，并假定各时段内的Q_i相互独立，然后按最大值的极值分布原理，给出设计基准期内最大值Q_T的分布F_T(Q_T)的方法。极值统计法做起来比较简明，故本标准推荐极值统计法。

5.2.3  原标准中设计基准期，一是用于可靠指标β的取值，指设计基准期的β_t，二是用于可变作用的取值。本标准中，设计基准期只用于确定可变作用的取值。

    设计基准期是为确定可变作用的取值而规定的标准时段，它不等同于结构的设计使用年限。不同的设计基准期，结构的目标可靠指标会有一定的差异。根据文献报道，在抗力R只作随机变量、作用效应S作随机过程条件下，中国建筑科学研究院曾分别对9种延性构件(发生第一类破坏)、5种脆性构件(发生第二类破坏)，在以可变荷载为主要作用下，就不同的基准期T值分别求得平均的β值，其关系如表12所示。

表12  T与β的关系

    由表12可见，可靠指标β值随着T值的增大而减小。例如，当T值从50年增大至100年，延性破坏的β值从3.200减小至2.999，脆性破坏的β值从3.700减小至3.528，它们仅相差0.2左右，也可以说，50年和100年的β值变化不大。

5.2.5  在水工结构中，有些作用需根据多个随机变量用公式计算确定，如波浪作用、水击压力、泥沙压力、冰压力、土压力等，都是由多个随机变量用公式推算得的作用。可用多个随机变量的平均值计算该作用的平均值，用多个随机变量的标准差计算该作用的标准差。在本标准附录A中列出了它们的计算方法。