摘 要：我國水利资源丰富，水工钢闸门的研究也一度成为热点，特别是采用可靠度的分析方法，也取得了许多的成果。但近年来水工钢闸门系统可靠度研究方面却进展缓慢，其重要性和迫切性不言而喻。文章通过对当前金属结构的系统可靠性的几种方法作简要的描述，并对今后系统可靠性研究方向做适当展望。
关键词：水工；金属结构；系统可靠度
自从1984年我国颁布以结构可靠度理论为基础的《建筑结构设计统一标准》以来，在20多年间，我国的可靠度理论发展迅速，也取得了很多的成果，但只是限于单一构件的可靠度分析。对系统的可靠度分析王正中等人虽然也有研究，但只是简单的看成串并联模型，其精确度也值得考量[1]。而在近10多年来，可靠性研究似乎进展不大，也一直停留在10年前的水平。系统可靠性的研究对水工金属结构十分重要，其迫切性和重要性不言而喻[2]。
其迫切性体现在：水工金属结构作为一个体系，有多种失效模式，只是单纯的考虑某一构件的失效状况所得出的结论是很难对整个水工金属结构的失效状况作出合理预测的，而且在闸门的寿命预测和疲劳计算等方面的研究也表明，只有在闸门系统可靠度研究取得有效成果的前提下，这些方面的研究才可能取得实质性的突破，所以加快研究水工金属结构的系统可靠度刻不容缓。
其重要性体现在：水工金属可靠度的研究十分复杂，虽然该方面的课题提出已久，但只是限于简单结构作简单简化，工程意义并不十分实用，且有利于工程实践的成果也不多。多数研究只是针对闸门某一构件，如主梁，边梁，面板等。而对系统来说，必须考虑构件间的联系以及构件对系统的影响，多种失效模式的组合等才能得出更合理的结论。
水工金属系统可靠性研究的意义：使设计更具全面，合理，统一的理论依据，减小人为因素引起的误差；使设计在经济上找到最合适的平衡点，既满足工程需要，同时又最经济；能加快闸门其他方面的研究，同时也能推动整个水工金属行业向前迈进一大步。
文章就目前水工金属结构系统可靠性的几种理论作简要分析，并对今后水工金属结构系统可靠度发展方向做适当展望。
1 串联模型
将水工金属结构每个部件看成串联的模型，结构中任一构件失效，则整个结构会失效。其计算方法也较为简单，即总可靠度为各个单元可靠度的乘积。串联模型适用于所有的静定结构的失效分析以及由脆性材料做成的超静定结构的失效分析，但是水工金属结构既不是由脆性材料做成的，也不是简单的串联结构，所以只具有一定的理论意义，工程意义并不大。
2 并联模型
将水工金属结构每个部件看成并联的模型，若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能。其失效概率为各个构件失效概率的乘积。并联模型适用于所有超静定结构的失效分析，但水工系统十分复杂，也并不是简单的并联模型，也只是具有一定的理论意义，可为工程作一定的参考依据。
3 串-并联模型
该模型为前面两种模型的综合，是对串联，并联模型的很好补充。由于水工结构系统的复杂性，整体的失效形式并不限于一种，可能是几种失效形式的组合。串-并联模型具有很好的理论意义，该模型的提出也十分切合工程实际问题，只是水工系统的复杂性使得无法确定计算模式，工程实践无法有效展开，只能确定水工系统的可靠度范围。
4 失效树分析法
水工金属结构失效有多种原因，每种失效又有多种失效模式，失效树分析法就是在整体系统可靠度分析中将这些原因和模式统一考虑，建立起整体系统分析模型[3]。根据失效原因，目前有主次图、因果图、层次分析法和失效树分析法等几种主流的建立失效模型分析的方法。
失效树分析法的关键是确定系统失效原因的各种组合方式或发生概率，计算系统失效概率，并采取相应措施，提高系统可靠性，相应逻辑框图则称为失效树。
该方法工程意义十分显著，理论上只要知道构件的可靠度，就能求得系统的可靠度。但实际上确定底事件的概率并不容易，其次也比较依赖专家经验，缺乏足够的理论支撑。
5 研究展望
可靠度是横梁结构的一个简便而又重要的指标。但就目前而言，可靠度的研究依然集中于构件，对结构系统可靠度的研究虽有进展但远未达到工程需要的应用阶段。结构系统可靠度能更好地反应结构完成预定功能的概率情况，所以必须加强水工金属结构系统可靠度的研究。其研究方向可以参考如下几个方面。
参考其他行业的可靠度研究情况，从中借助适当的方法开展闸门钢结构研究，以及加快修订钢闸门结构可靠度方面的规范，并逐渐以可靠度设计方法取代传统的容许应力法，加快可靠度设计方法在水工金属方面的推广与实践。
加强对水工金属结构中各种参数的统计分析，以便合理的确定影响结构可靠性的基本变量的统计参数与概率分布类型，从根本上解决水工金属结构可靠度分析缺乏基本参数的问题。
串-并联模型具有相当的理论意义，只是在实践工程中难于施展。但可以结合有限元分析方法，以及通过软件的二次开发将复杂串-并联系统参数化，找出系统与构件之间存在的内在关联，数字化，并在在计算机上做精确的模拟计算，那么水工金属结构的系统可靠度研究可能会出现较大的突破。
可靠度的模糊化。使用失效树分析对事件进行定量评估，把失效分析与专家经验考虑在内，虽然带有一定的经验成分，但分析结果也更为接近真实情况。
水工金属结构研究之所以缓慢，主要是因为其复杂性。比如对闸门性能其他方面的研究，都与系统可靠度研究相辅相成，在系统可靠度研究遇到瓶颈时，加快其他方面的研究，或许能起到意想不到的效果。
参考文献
[1]李典庆，常晓林.水工钢闸门可靠度分析研究进展[J].长江科学院院报，2007.
[2]王蛟，杨斌.水工钢闸门系统可靠度研究综述[J].水运工程，2013.
[3]叶翔.水工金属结构系统可靠度的失效树分析法[J].河海大学学报，2004.
