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对于没法准确预测的问题该怎么办?

已有 3400 次阅读 2013-4-22 10:43 |系统分类:科普集锦| 地震, 混凝土, 高速铁路, 随机研究, 徐变

地震没法准确预测,这个应该是个公认的问题。

这里说的预测是准确指出地震的时间,地点,震级,这三要素。

准确的预测肯定想都不要想,那是神仙干的事情。

那如果不能准备预测怎么办呢,那就给个范围吧,时间,地点,震级都给个范围,对应不同的范围给个发生

的概率,这恐怕是更有意义的事情。

在工程界,没法准确预测的事情非常多。地震本人了解不多,说点自己熟悉的领域,互相借鉴。

1、无法准确预测是个客观现实

比如说混凝土的徐变效应。

徐变是指混凝土在受荷载作用的情况下,荷载不变,变形会随时间持续增长的现象。

这个现象道理上说很简单,但是用数学模型来描述他,就有不少问题。

目前学术界流行的描述模型有:

国际预应力协会与欧洲混凝土委员会提出的CEB-FIP1978模型,CEB-FIP1982模型与CEB-FIP1990模型,其中CEB-FIP模型被中国规范引入公路与铁路桥规;

美国混凝土协会209委员会提出的ACI209模型

西北大学Bazant教授提出的BP模型,BPKX模型以及最新版本的B3模型

N. J. GardnerJ. W. Zhao提出了GZ1993模型,进一步提出了GL2000模型。

上面是几种模型预测的混凝土构件徐变效应与试验的对比结果,

很明显,无论哪个模型,都没法准确预测构件徐变效应,在考虑到其他各种参数的不确定性,实际结构的徐变效应预测更是无从谈起了。

2、预测的必要性

在承认准确预测是不可能办到的情况下,我们要考虑以下是否有必要预测,因为对于解决不了的事情,如果我们不需要解决,那就万事大吉了。

以高速铁路为例:

为了保证列车的运营安全与乘坐舒适,高速铁路桥梁必须保证无缝线路的稳定,因此桥梁上部结构的长期变形及下部结构的沉降均需满足无砟轨道调整的要求。

无砟轨道没有道砟来调节轨道高程,只能利用调整扣件来保证轨道线形,但是扣件的调整量非常有限其中II型轨道扣件,竖向容许变位值为10mm。

如果由于混凝土的收缩徐变使得梁部结构的长期变形超出无砟轨道扣件的可调节范围,将对轨道平顺性产生巨大的危害,也有可能导致轨道扣件破坏失效,成为列车安全运营的隐患。

一般的标准铁路简支梁,问题可能不大,可以采用预应力合理配束,存梁等手段避免徐变效应。然而对于大跨度现浇桥梁,这个10mm就很致命,因为他不是相对值,而是个绝对值。

3、概率预测

刚才说到,大跨度桥梁变形值要得到控制,如果可以准确预测将来的变形值,可以在施工的时候,就预抬高,也就是所谓的预拱度,来解决这个问题。可要命的是,现在我们又发现没法准确预测,那怎么办呢?

采用可调高度的支座,是解决问题的办法之一。

在桥面上,设置可调高度的支座,在运营过程中,根据实际变形情况,调整支座的高度,最终来实现调解线形的目的。

标准可调支座的调节范围大概是10cm左右吧,如果超出这个范围的支座,就需要定制了。

此时概率预测就该排上用场了。

无法准确的预测长期变形值,这是由于计算模型与计算参数存在有很多的不确定性,如果我们把这些不确定性考虑到计算模型中,提出概率计算模型,最后就可以得到模型响应的随机分析结果。

由随机分析结果,我们可以得到最终变形的预测均值,概率分布特性,也就可以得到变形变化的范围及其概率。

这样我们就可以给支座调节范围给出合理的建议,即在某个可以接受的概率区间内,支座变化该是多少。

承认无法准确预测,退而求其次的得到一个预测范围,恐怕比起准确预测更有意义。

4、其他

退而求其次的给出预测范围,使预测的复杂性有明显的降低,当然预测的范围是在一个科学的范围内,而不是瞎猜。

如果预测给出的范围非常大,比如说变形范围在-1000mm~1000mm变化,那这个预测结果就没有任何意义,就好比地震预测,说在10年范围内,西北或者西南几个省或者某一个省有可能发生大地震。

如果预测给出的概率不高,也没有什么意义。

如果给一个范围,说这个范围内发生的概率是50%,这和没有预测没啥区别。或者用一个很模糊的语言,某时某刻,很有可能发生地震。

科学研究的目的就是尽可能在合理的情况下,缩小预测的范围。尽可能的提高预测的准确性。



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