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訪談時(shí)間：2011-12-02 15:30:00

訪談實(shí)錄

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：各位嘉賓，各位老師、同學(xué)，中國(guó)橋梁網(wǎng)的各位網(wǎng)友們，大家下午好！歡迎大家關(guān)注中國(guó)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(qǐng)到楊慶山教授，作為本次活動(dòng)的特約主持人，歡迎您，楊教授！

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中國(guó)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(jìn)北京交通大學(xué)，本次活動(dòng)同時(shí)作為北京交通大學(xué)與大師面對(duì)面名師講壇系列活動(dòng)展開，在此我代表中國(guó)橋梁網(wǎng)對(duì)北京交通大學(xué)的大力支持表示衷心的感謝！

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：首先請(qǐng)?jiān)试S我介紹一下今天行業(yè)交流的嘉賓，他是美國(guó)國(guó)家工程院院士洪華生教授。下面請(qǐng)我們的特約主持人楊慶山教授，給大家介紹一下大師面對(duì)面名師講壇活動(dòng)，大家歡迎。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：（北京交通大學(xué)楊慶山教授）各位同學(xué)，各位中國(guó)橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友大家好，非常高興有這樣的機(jī)會(huì)和大家見面，借此機(jī)會(huì)我介紹一下北京交通大學(xué)大師面對(duì)面活動(dòng)。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：（特約主持人：北京交通大學(xué)楊慶山教授）名師講壇的設(shè)立搭建了研究生的交流平臺(tái)，使廣大學(xué)生不僅可以更多更好地了解國(guó)內(nèi)外學(xué)科的前沿，也能夠親眼目睹專家的風(fēng)采，學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)踐的方法，激發(fā)研究生腳踏實(shí)地、獻(xiàn)身科學(xué)的精神。本次活動(dòng)是大師面對(duì)面與“院士校園行”環(huán)節(jié)之一，我們特別有幸請(qǐng)到了洪華生院士來(lái)我們學(xué)校講座，謝謝大家！

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中國(guó)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(xué)在為大家提供良好的學(xué)習(xí)氛圍方面用心良苦。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：今天我們有幸邀請(qǐng)到的嘉賓——加利福尼亞大學(xué)洪華生博士，作為美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)在亞洲土木工程聯(lián)盟的代表，他同時(shí)也是國(guó)際活動(dòng)委員會(huì)成員，以及美國(guó)著名國(guó)家工程院成員，洪華生博士曾參與美國(guó)多項(xiàng)地震分析研究和核電站設(shè)計(jì)與建成，并參與了日本、臺(tái)灣橋梁設(shè)計(jì)工程工作，為土木工程的快速發(fā)展做出突出的貢獻(xiàn)。

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中國(guó)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(chǎng)的師生和中國(guó)橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友進(jìn)行互動(dòng)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(chǎng)報(bào)告，關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)性和穩(wěn)定性的角色，最初這個(gè)報(bào)告只是面對(duì)中國(guó)橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友，但是我沒(méi)有想到會(huì)有這么多的學(xué)生和老師來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)。我今天知道現(xiàn)場(chǎng)的聽眾都是懂一些英語(yǔ)的，對(duì)于中國(guó)學(xué)生來(lái)說(shuō)英語(yǔ)是第二門語(yǔ)言，所以我假設(shè)中國(guó)學(xué)生能有些基本的能力理解英語(yǔ)的報(bào)告。

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A.H-S.Ang：雖然我是個(gè)華人，但是我出生在菲律賓，我對(duì)中國(guó)了解得太少，因?yàn)槲以诿绹?guó)生活了50年，但是我不需要學(xué)習(xí)中文，因?yàn)槲以谥袊?guó)遇到的每個(gè)人他們都說(shuō)很好的英語(yǔ)。非常遺憾，我在中國(guó)沒(méi)有講漢語(yǔ)，這讓我在年輕時(shí)學(xué)的漢語(yǔ)一點(diǎn)說(shuō)出來(lái)的機(jī)會(huì)都沒(méi)有。

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A.H-S.Ang：這是我今天要做報(bào)告的主線（注：參見PPT），然后會(huì)著重介紹我今天報(bào)告的幾個(gè)觀點(diǎn)。今天的主題就是不確定性，然后我們會(huì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮風(fēng)險(xiǎn)和穩(wěn)定性。我還會(huì)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(jìn)入設(shè)計(jì)部分，在設(shè)計(jì)橋梁和其他結(jié)構(gòu)的時(shí)候，最大負(fù)載是不可能完全被預(yù)測(cè)出來(lái)的。而且結(jié)構(gòu)最初的負(fù)載能力也包含變數(shù)，而它后來(lái)的負(fù)載能力也是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的破損會(huì)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(fù)載上，我們可以下結(jié)論說(shuō)，有很多不確定性。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)呢，沒(méi)有百分之百發(fā)生的事情，那么不確定性和可靠性是一個(gè)概率，任何一個(gè)結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)橋梁總會(huì)有破損，在金屬結(jié)構(gòu)當(dāng)中，有累計(jì)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(dāng)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(fēng)險(xiǎn)和穩(wěn)定性的概率。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我要說(shuō)我今天講的主要的三點(diǎn)，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(yīng)用。第一點(diǎn)是關(guān)于不確定性，從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，不確定性能分成兩類。這兩個(gè)單詞是從希臘語(yǔ)當(dāng)中，偶然性的風(fēng)險(xiǎn)是由觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化性造成的，這是一種自然的隨機(jī)現(xiàn)象。

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A.H-S.Ang：第二種是認(rèn)知，就是基于真實(shí)的，因?yàn)槿鄙僦R(shí)造成預(yù)測(cè)的不準(zhǔn)確性。我們可能認(rèn)為數(shù)據(jù)觀測(cè)的變化，實(shí)際上不是不確定性。相反，缺乏知識(shí)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(fēng)險(xiǎn)當(dāng)中，使用概率的方法進(jìn)行分析，都是用一種適合的方法來(lái)對(duì)它們的表現(xiàn)進(jìn)行建模和分析。當(dāng)然，這兩種不確定性能夠組合到一種，實(shí)際上土木工程師已經(jīng)開發(fā)出來(lái)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(guó)混凝土研究所歐洲代碼的，在維護(hù)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(fēng)險(xiǎn)和穩(wěn)定性，首先考慮它們應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)，在不確定性出現(xiàn)的時(shí)候，適當(dāng)?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(fù)載，以及結(jié)構(gòu)的能力，可以用隨機(jī)變量來(lái)建模。用兩個(gè)函數(shù)來(lái)對(duì)這兩個(gè)變量進(jìn)行建模，那么建模的方式就是屏幕當(dāng)中的這兩個(gè)公式，不過(guò)上述的概率在實(shí)際當(dāng)中很難被應(yīng)用。

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A.H-S.Ang：這個(gè)問(wèn)題可以用一階穩(wěn)定性的方法來(lái)近似，一階近似方法能夠簡(jiǎn)化穩(wěn)定性方法的實(shí)際實(shí)現(xiàn)，尤其是在安全分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面上，下面我們就總結(jié)一階方法的一些特點(diǎn)。

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A.H-S.Ang：一階方法能夠這樣描述，對(duì)于兩個(gè)隨機(jī)變量我們要分別引入兩個(gè)簡(jiǎn)化的變量，這兩個(gè)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(gè)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(gè)三角區(qū)是安全的區(qū)域。當(dāng)曲面離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的時(shí)候說(shuō)明安全區(qū)域越大。所以當(dāng)曲面距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的時(shí)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(dāng)這條曲面離原點(diǎn)越近的時(shí)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(diǎn)的距離就由這個(gè)公式來(lái)計(jì)算，非常簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系。

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A.H-S.Ang：這個(gè)距離D就叫做安全指數(shù)，一般用符號(hào)β來(lái)表示，什么是安全指數(shù)呢，安全指數(shù)和故障概率相關(guān)，就像下面的這個(gè)表格所表現(xiàn)的那樣。它們有一對(duì)一的關(guān)系，例如說(shuō)β在等于1的時(shí)候，失敗的概率是16%，當(dāng)故障概率是0.001的時(shí)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(lái)衡量，這對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)更容易接受。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，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(shí)和底下的故障概率有一對(duì)一的關(guān)系。它們的關(guān)系就是屏幕下面的那個(gè)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(hào)，通過(guò)現(xiàn)在屏幕上的這個(gè)方程我們可以用上面的信息來(lái)計(jì)算安全指數(shù)，也就是說(shuō)2.904是方程2結(jié)算出來(lái)的結(jié)果。

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

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A.H-S.Ang：那么對(duì)于它的真實(shí)值來(lái)說(shuō)，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(shí)值具體是多大。這些是認(rèn)知不確定性和均值負(fù)載，以及均值是和均值負(fù)載的不確定的估計(jì)有關(guān)。

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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(jī)變量。它們可以通過(guò)隨機(jī)的方針來(lái)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(rèn)知不確定性組合起來(lái)，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(shè)計(jì)元素當(dāng)中，一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)格式就像下面這個(gè)公式所表現(xiàn)的那樣，在這個(gè)例子當(dāng)中假設(shè)我們需要的安全指數(shù)是2.5，那么設(shè)計(jì)的安全參數(shù)的變化系數(shù)就是像下面這三個(gè)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(fù)載和抗拒因子就是像下面的這三個(gè)方程所示。那么我們的設(shè)計(jì)需求呢，負(fù)載和抗拒因子的設(shè)計(jì)需求由于這個(gè)方程所示。我們應(yīng)該強(qiáng)調(diào)我們現(xiàn)在已經(jīng)導(dǎo)出了平均設(shè)計(jì)因子的公式，現(xiàn)在我們要來(lái)考慮一下設(shè)計(jì)的安全等級(jí)的決定。

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A.H-S.Ang：在決定基于安全設(shè)計(jì)的公式的時(shí)候，一個(gè)事先準(zhǔn)備好的安全等級(jí)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(duì)工程的決定都很重要。

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A.H-S.Ang：為了這個(gè)目標(biāo)，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(shí)的故障的概率就變成了一個(gè)隨機(jī)變量。從安全指數(shù)的分布上，一個(gè)高比例的數(shù)值，例如90%的安全指數(shù)，可能是一個(gè)保守的安全設(shè)計(jì)。這個(gè)數(shù)值也能受最小化認(rèn)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(guò)的那張圖，在90%的安全指數(shù)情況下，對(duì)于偶然的不確定性，你什么都做不了，因?yàn)檫@是自然界的一種隨機(jī)現(xiàn)象的表現(xiàn)。

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A.H-S.Ang：但是對(duì)于認(rèn)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(duì)于保守的設(shè)計(jì)，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(tái)設(shè)計(jì)的一個(gè)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(tái)的一個(gè)例子。

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A.H-S.Ang：90%的安全指數(shù)值是3.5，這時(shí)它對(duì)應(yīng)最小的生存周期花費(fèi)設(shè)計(jì)。我在這兩個(gè)例子當(dāng)中給大家看了一下保守的設(shè)計(jì)用90%的數(shù)值，其實(shí)是很多工程結(jié)構(gòu)所用到的，例如前面看到的兩個(gè)例子，但是我們需要強(qiáng)調(diào)的是，只用90%的安全數(shù)值就有10%，說(shuō)明這個(gè)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(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)的維護(hù)當(dāng)中來(lái)，負(fù)載的能力、結(jié)構(gòu)的抗拒，這些都會(huì)隨著時(shí)間而有所下降。這些是環(huán)境和汽車負(fù)載的一個(gè)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(huì)隨著時(shí)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(fù)和維護(hù)是必須的，也是需要的。下面這張圖就是表現(xiàn)了一個(gè)結(jié)構(gòu)在有維護(hù)和沒(méi)有維護(hù)的時(shí)候性能的變化過(guò)程。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在我們要把這樣的理論應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)的維護(hù)當(dāng)中來(lái)，負(fù)載的能力、結(jié)構(gòu)的抗拒，這些都會(huì)隨著時(shí)間而有所下降。這些是環(huán)境和汽車負(fù)載的一個(gè)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(huì)隨著時(shí)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(fù)和維護(hù)是必須的，也是需要的。下面這張圖就是表現(xiàn)了一個(gè)結(jié)構(gòu)在有維護(hù)和沒(méi)有維護(hù)的時(shí)候性能的變化過(guò)程。

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A.H-S.Ang：縱軸就是性能指數(shù)，開始的時(shí)候表現(xiàn)不錯(cuò)，然后性能就下降了。但是當(dāng)下降到一定程度的時(shí)候我們就開始進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)之后隨著時(shí)間的進(jìn)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(shí)候，我們還是需要維護(hù)。在后期的時(shí)候，依然需要維護(hù)，不過(guò)就變成非常必要而且非常必須的維護(hù)。有兩種維護(hù)的類型，一個(gè)就是預(yù)防的維護(hù)，一個(gè)是基本的維護(hù)。

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A.H-S.Ang：下面我們具體來(lái)看一下疲勞的穩(wěn)定性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(jī)的，通常就用隨機(jī)變量來(lái)建模，建模的方法就是1960年所提出來(lái)的方法。

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A.H-S.Ang：那么用這個(gè)辦法去假設(shè)疲勞周期，沒(méi)有疲勞故障的概率在N個(gè)周期的情況下，可以由這個(gè)公式給出，其中這幾個(gè)因素包括最小的生命周期，這個(gè)值可以假設(shè)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(guān)系可以用β分布來(lái)表示，它有一個(gè)下限，還有一個(gè)上限，以及參數(shù)Q和R，那么對(duì)應(yīng)的M階矩量就由這個(gè)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(jī)因素在，例如偶然不確定性。但是在估計(jì)平均生命周期的時(shí)候還有認(rèn)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(dāng)中的焊接點(diǎn)的研究，在估計(jì)平均疲勞周期的時(shí)候，平均的認(rèn)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(píng)估的數(shù)值樣例。

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

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A.H-S.Ang：關(guān)于鋼梁具體的細(xì)節(jié)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，它的變化系數(shù)是0.35。在20萬(wàn)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(duì)于10萬(wàn)個(gè)周期來(lái)說(shuō)，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(lái)看一下剛才計(jì)算的兩個(gè)故障概率，0.117和0.057，它們僅僅是因?yàn)榕既徊淮_定性造成的。但是還有相當(dāng)一部分是認(rèn)知不確定性，這些不確定性可以用變化系數(shù)來(lái)表示。變化系數(shù)是0.44，例如在20萬(wàn)個(gè)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(shí)候這個(gè)概率就是0.194，如果是平均值也就是50%這個(gè)概率是0.118。那么這張圖當(dāng)中橫軸是β值，現(xiàn)在我們要討論一下疲勞可靠性的設(shè)計(jì)。

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A.H-S.Ang：在設(shè)計(jì)的時(shí)候，安全性和免除故障性能一般是需要的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，一個(gè)高比例的值對(duì)于安全指數(shù)來(lái)說(shuō)是必要的，來(lái)盡量地縮小認(rèn)知不確定性。那么這個(gè)方程就顯示了在20萬(wàn)個(gè)周期的情況下，它的概率是92.9%，需要的平均值可以通過(guò)這個(gè)公式來(lái)確定。

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A.H-S.Ang：下面倒數(shù)第二行這個(gè)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(lái)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(duì)于隨機(jī)和變化的負(fù)載，相應(yīng)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(dāng)中允許的上限壓力范圍值由這個(gè)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(shí)際當(dāng)中應(yīng)用的壓力范圍來(lái)使用的，它們都是用β分布來(lái)建模的。下面是對(duì)可靠性和疲勞的一些評(píng)價(jià)。

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A.H-S.Ang：疲勞的性能需要概率表示，來(lái)估計(jì)可靠性。這個(gè)報(bào)告當(dāng)中的概念和公式應(yīng)該是開發(fā)基于概率準(zhǔn)則的基礎(chǔ)，現(xiàn)在是總結(jié)和最后的評(píng)價(jià)。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(méi)有辦法百分之百地保證的。但是可以用概率的方法來(lái)度量。不確定性可以分成兩類，偶然和認(rèn)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(shí)際上認(rèn)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?yàn)檎J(rèn)知不確定性，所以故障的概率變成了一個(gè)隨機(jī)變量。把這兩種不確定性組合起來(lái)就能夠得到故障概率的均值或者是相應(yīng)的安全指數(shù)。

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A.H-S.Ang：我最后想說(shuō)的是，工程上的主要目標(biāo)，尤其是那些基礎(chǔ)建設(shè)，就是要減少或者最小化風(fēng)險(xiǎn)。從這個(gè)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(xiàn)。第四個(gè)參考文獻(xiàn)是我自己和我以前的同事的工作，這個(gè)文獻(xiàn)有所有的基本內(nèi)容，實(shí)際上它是一本書。對(duì)本科生來(lái)說(shuō)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(guó)橋梁網(wǎng)主持人：謝謝洪院士，也請(qǐng)楊教授到主席臺(tái)來(lái)就坐，今天我們還邀請(qǐng)到了中國(guó)橋梁網(wǎng)國(guó)際版的記者李永先生為我們做現(xiàn)場(chǎng)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?cè)缇椭溃蟼€(gè)世紀(jì)八十年代我在讀書的時(shí)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(guó)有個(gè)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(jiǎn)短的時(shí)間為我們介紹了概率的可操作設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。特別是后邊關(guān)于全受命的設(shè)計(jì)理念，如果有50%的保證率，從周期來(lái)看它的造價(jià)是最低的，從全壽命來(lái)說(shuō)為我們建立一個(gè)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(jì)損傷的問(wèn)題，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)也非常有益。非常感謝洪先生的演講！

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：各位同學(xué)如果對(duì)剛才的演講還有疑問(wèn)的話，可以點(diǎn)擊中國(guó)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(diǎn)評(píng)。中國(guó)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(guān)注，很多現(xiàn)場(chǎng)的同學(xué)也是帶著問(wèn)題來(lái)的，下面我們就把時(shí)間交給現(xiàn)場(chǎng)的觀眾和中國(guó)橋梁網(wǎng)的網(wǎng)友。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：我們先從網(wǎng)友的提問(wèn)開始，我們前期就收到了很多網(wǎng)友的提問(wèn)。第一個(gè)問(wèn)題，有網(wǎng)友說(shuō)，院士您好，我想問(wèn)一下，可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性是基于什么樣的理論基礎(chǔ)？

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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(dāng)中，就是可靠性和風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)，它們都是可靠性和風(fēng)險(xiǎn)的理論背景。那么，還有別的東西嗎？我就建議大家去學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)系里面的概率論，同時(shí)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(shí)候出了第二版。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：謝謝！謝謝洪教授。一位網(wǎng)友問(wèn)到說(shuō)，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(hù)過(guò)程中，怎么要追加一部分費(fèi)用來(lái)保證橋梁達(dá)到足夠的高度，我想問(wèn)的是，在建橋和養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用方面，如何達(dá)到資金和可靠度的平衡，投資方或者是決策層能不能認(rèn)可這部分費(fèi)用？

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A.H-S.Ang：這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得很好，那么當(dāng)我們?cè)谔峒暗交ㄙM(fèi)的時(shí)候，這項(xiàng)花費(fèi)不僅僅包括最初建造一座結(jié)構(gòu)所需要的花費(fèi)，其實(shí)花費(fèi)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)包含這個(gè)結(jié)構(gòu)在使用周期的所有花費(fèi)，比如一個(gè)結(jié)構(gòu)能生存50年或者100年，在整個(gè)周期當(dāng)中都應(yīng)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(fèi)用之外，還包括后續(xù)維護(hù)的費(fèi)用，其中例如有些結(jié)構(gòu)坍塌以及修護(hù)的費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用其實(shí)是一個(gè)失敗或者故障概率的一個(gè)函數(shù)。只有考慮到這些才能夠在花費(fèi)和可靠度之間尋找到一個(gè)平衡。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：這邊還有一個(gè)問(wèn)題，就是近幾年我國(guó)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(guān)注，網(wǎng)友問(wèn)，這些橋梁設(shè)計(jì)和維護(hù)中如何控制風(fēng)險(xiǎn)和確保安全？

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A.H-S.Ang：其實(shí)像任何一座橋梁一樣，分析這樣的事情是需要系統(tǒng)的評(píng)估可靠性，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是不簡(jiǎn)單的。在這個(gè)分析當(dāng)中，包含了非線性的分析和動(dòng)態(tài)的分析，動(dòng)態(tài)的分析其中包括分析有風(fēng)和地震的情況下，以及一些極端負(fù)載情況下的安全分析。在分析當(dāng)中動(dòng)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(guó)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(lái)是您的忠實(shí)粉絲。他說(shuō)，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(lái)到中國(guó)，從改革開放以來(lái)中國(guó)的交通事業(yè)取得了飛速發(fā)展，經(jīng)過(guò)二十年的橋梁建筑，中國(guó)橋梁進(jìn)入了大量加固維修時(shí)期。請(qǐng)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(hù)工作應(yīng)該從哪些方面做起？

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A.H-S.Ang：維護(hù)這件事必須是在一個(gè)結(jié)構(gòu)的生存周期之內(nèi)要考慮的，其實(shí)這是生存周期之內(nèi)的一部分。這個(gè)就好像我剛才講的時(shí)候所提到的那樣，如果沒(méi)有固定的或者周期性的維護(hù)，維護(hù)的費(fèi)用可能最終會(huì)很高。所以，從維護(hù)的角度來(lái)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(hù)的時(shí)候，最低限度的可靠性，其實(shí)可以部分地決定維護(hù)的指標(biāo)，那么，維護(hù)其實(shí)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(guó)橋梁網(wǎng)主持人：謝謝！我們這邊有一位網(wǎng)友非常好學(xué)，他有五個(gè)問(wèn)題要問(wèn)，但是由于時(shí)間的問(wèn)題，我們就選擇其中一個(gè)來(lái)回答。這是一個(gè)非常專業(yè)的問(wèn)題，他說(shuō)，洪博士，您好，在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)可靠理論當(dāng)中，在結(jié)構(gòu)抗力和荷載都是高度相關(guān)的時(shí)候，如何尋求其主要的實(shí)效模式或者實(shí)效機(jī)構(gòu)？

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A.H-S.Ang：因?yàn)楣收系母怕?，其?shí)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(shí)就是要分別地計(jì)算在某一種模式下所發(fā)生的概率。

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A.H-S.Ang：當(dāng)然，可能把這些概率組合起來(lái)，來(lái)計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)所發(fā)生故障的概率。那么這時(shí)候，問(wèn)題當(dāng)然也就變得更復(fù)雜了。

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

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特約主持人楊慶山：洪院士，因?yàn)樵谀膱?bào)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(jī)性，這個(gè)應(yīng)該是信息不完整性，在國(guó)內(nèi)我們把不確定性分成了三類，一類隨機(jī)性，一類是模糊性，再一個(gè)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(jué)得在您的報(bào)告里提到兩種，一個(gè)是隨機(jī)性，就是您剛才的第一種，第二種與信息相關(guān)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(gè)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(shí)候，是可以忽略的？

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特約主持人楊慶山：第二個(gè)問(wèn)題，我想了解一下，在中國(guó)我們把不確定性分為三種，一種是隨機(jī)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(méi)有提到模糊性的處理方式，我想了解一下您對(duì)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(bào)告當(dāng)中提到的這種不確定性其實(shí)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(jī)的不確定性，第二種不確定性就是因?yàn)樾畔⒉蝗斐傻牟淮_定性。這個(gè)不確定性包含很多種，其實(shí)它包含了隨機(jī)以外的其他不確定性。

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A.H-S.Ang：其實(shí)我剛才講的它是一個(gè)簡(jiǎn)化的案例，因?yàn)樵诠こ坍?dāng)中總是要把實(shí)際的應(yīng)用簡(jiǎn)化下來(lái)才方便計(jì)算。這兩項(xiàng)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(jì)算出來(lái)的，在第二點(diǎn)當(dāng)中你能計(jì)算故障的概率，從一開始它就是一個(gè)隨機(jī)變量。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：我們網(wǎng)友問(wèn)答時(shí)間結(jié)束了，現(xiàn)在我們把時(shí)間留給現(xiàn)場(chǎng)的觀眾，咱們北京交通大學(xué)的同學(xué)們，有問(wèn)題的同學(xué)可以舉手示意我，而且我們鼓勵(lì)用英文提問(wèn)，我們相信北京交通大學(xué)同學(xué)一定可以的！

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北交大學(xué)生：第一個(gè)問(wèn)題，是不是有其他的可靠度指標(biāo)來(lái)描述可靠度？之前講的都是β，大家學(xué)過(guò)可靠度的都知道，β是研究可靠度指標(biāo)，但是它還是有一些不全面性，是不是有其他的可靠度指標(biāo)？

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北交大學(xué)生：第二個(gè)問(wèn)題是，作為一個(gè)學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁人，我想問(wèn)一下您是怎么發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(qǐng)您分享一下您發(fā)現(xiàn)這個(gè)的過(guò)程，對(duì)我們也是一種鼓勵(lì)。第二個(gè)問(wèn)題，您是否對(duì)這個(gè)參數(shù)還有進(jìn)一步的改進(jìn)？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?yàn)?beta;是一個(gè)很簡(jiǎn)單的指數(shù)，這其實(shí)是你僅僅要考慮的安全指數(shù)。我想在這個(gè)問(wèn)題上再多說(shuō)幾句話，為什么說(shuō)β是僅僅需要考慮的呢？那就是因?yàn)楣こ處焸兤鋵?shí)不喜歡使用失敗或者故障概率這樣的詞語(yǔ)，為什么他們不喜歡呢？就是因?yàn)樗麄兿胱屗麄冊(cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)沒(méi)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(yǔ)才使用了安全指數(shù)這樣一個(gè)詞語(yǔ)。

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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(guān)的研究，也就是說(shuō)對(duì)于每一個(gè)安全指數(shù)值都是有一個(gè)底層的故障概率和它相關(guān)，所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，安全指數(shù)唯一使用的一個(gè)參數(shù)。那么其實(shí)安全指數(shù)已經(jīng)是故障概率或者是失敗概率的一個(gè)替代的名詞。

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A.H-S.Ang：那么剛才說(shuō)到的，在二十多年前這項(xiàng)工作就已經(jīng)完成了，工作本身是很簡(jiǎn)單的，實(shí)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(shí)是用一個(gè)很簡(jiǎn)單的方式來(lái)做這個(gè)事情，這個(gè)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(lái)說(shuō)，當(dāng)你做一項(xiàng)工程研究的時(shí)候，首先考慮到你的研究結(jié)果能夠在實(shí)際當(dāng)中得到應(yīng)用，只有這樣你的研究才算作是工程領(lǐng)域的研究，如果你的結(jié)果沒(méi)有辦法在工程領(lǐng)域當(dāng)中得到應(yīng)用，你的研究就不是工程領(lǐng)域的研究，可能是別的領(lǐng)域研究。

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A.H-S.Ang：所以其實(shí)從這個(gè)角度來(lái)看，一階可靠性的近似方法，其實(shí)它是比較簡(jiǎn)單的一個(gè)方法，而且能夠得到應(yīng)用。

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A.H-S.Ang：但是我想在這件事情上說(shuō)得再深入一些，我剛才說(shuō)的意思并不是說(shuō)我們不需要再去做研究，尤其是那些復(fù)雜的氣候當(dāng)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(shí)這些活動(dòng)當(dāng)中的每一個(gè)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(gè)系統(tǒng)的可靠性分析來(lái)看，還有很多的問(wèn)題需要解決，尤其是那些復(fù)雜的、現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)，它們還有很多問(wèn)題需要解決。

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特約主持人楊慶山：我還有一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榇蠹叶贾涝诿绹?guó)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)是1.7，永久荷載技術(shù)是1.4，我們國(guó)家永久荷載是1.2，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.4，想問(wèn)一下我們國(guó)家1.2和1.4的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)是多少。

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特約主持人楊慶山：因?yàn)槊绹?guó)采用的比較多，基于現(xiàn)在的可靠度是以前允許用的要進(jìn)行協(xié)調(diào)，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的指標(biāo)不能低于以前的安全度。它的可靠度指標(biāo)對(duì)于梁來(lái)說(shuō)是3左右，對(duì)于柱子來(lái)說(shuō)是4左右，用1.4和1.7的風(fēng)險(xiǎn)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(xì)解釋。

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北交大學(xué)生：洪教授，您好！在中國(guó)我們現(xiàn)在的鐵路橋梁建設(shè)都采用了設(shè)計(jì)規(guī)范，以后我們肯定會(huì)朝著可靠度設(shè)計(jì)法理論基礎(chǔ)去研究，那么在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，你認(rèn)為都是有什么樣的特殊工作是我們應(yīng)該研究的？

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A.H-S.Ang：其實(shí)我對(duì)鐵路橋梁不是很熟悉，所以我也可能沒(méi)有辦法給你特別有建設(shè)性的答案。但是，一階可靠性的分析其實(shí)可以應(yīng)用到任何系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)然也包括鐵路和橋梁，不過(guò)要注意這個(gè)方法只是能夠應(yīng)用到橋梁當(dāng)中的元素分析上來(lái)。那么，因?yàn)槲覍?duì)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(wèn)題，我才能告訴你更有針對(duì)性的答案。

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：由于時(shí)間的關(guān)系，我們的現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)到此結(jié)束，可以看出我們北京交通大學(xué)的同學(xué)非常專業(yè)，也非常勇敢，謝謝大家！最后請(qǐng)楊慶山教授為我們做一下今天活動(dòng)的總結(jié)。

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特約主持人楊慶山：其實(shí)也沒(méi)有什么好總結(jié)的，今天非常感謝中國(guó)橋梁網(wǎng)和我們學(xué)校合作，使得大家有了彼此交流的機(jī)會(huì)。

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特約主持人楊慶山：當(dāng)然也更要感謝洪華生院士來(lái)到中國(guó),作客北京交通大學(xué),給我們帶來(lái)一場(chǎng)非常精彩的報(bào)告,也感謝我們今天勇敢提問(wèn)的每位同學(xué)和老師，還有我自己，我問(wèn)了兩個(gè)問(wèn)題。

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特約主持人楊慶山：我還要感謝那些沒(méi)有提問(wèn)題的問(wèn)題，你們沒(méi)有提問(wèn)題給我們節(jié)省了時(shí)間，可以早點(diǎn)吃飯，謝謝大家！

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中國(guó)橋梁網(wǎng)主持人：我們今天的活動(dòng)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(guān)注，謝謝!

網(wǎng)友問(wèn)答

憤怒de挖掘工：院士您好，我很認(rèn)同可靠度的原理在橋梁設(shè)計(jì)與后期養(yǎng)護(hù)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(hù)過(guò)程中，自然要追加一定的費(fèi)用來(lái)保證橋梁達(dá)到足夠的可靠度。我想問(wèn)的是，在建橋和養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用方面，如何達(dá)到資金和可靠度的平衡，投資方或者決策層能不能認(rèn)可這部分費(fèi)用，在遇到形勢(shì)方面或體制方面的阻力的情況下，該如何來(lái)面對(duì)？

A.H-S.Ang：這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得很好，那么當(dāng)我們?cè)谔峒暗交ㄙM(fèi)的時(shí)候，這項(xiàng)花費(fèi)不僅僅包括最初建造一座結(jié)構(gòu)所需要的花費(fèi)，其實(shí)花費(fèi)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)包含這個(gè)結(jié)構(gòu)在使用周期的所有花費(fèi)，比如一個(gè)結(jié)構(gòu)能生存50年或者100年，在整個(gè)周期當(dāng)中都應(yīng)該考慮到。我們除了最初建造所使用的費(fèi)用之外，還包括后續(xù)維護(hù)的費(fèi)用，其中例如有些結(jié)構(gòu)坍塌以及修護(hù)的費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用其實(shí)是一個(gè)失敗或者故障概率的一個(gè)函數(shù)。只有考慮到這些才能夠在花費(fèi)和可靠度之間尋找到一個(gè)平衡。