注册 登录  
 加关注
查看详情
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

詩研DIY

桥梁抗震主页:www.beesr.cn

 
 
 

日志

 
 

[转]鲍卫刚:公路桥涵设计规范的演变及发展趋势  

2011-08-19 10:57:25|  分类: 工程抗震 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
 

一、前言

一个国家的建筑水平很多时候体现的国家的标准中,标准设定的工程结构的安全度水平及其相匹配的结构设计理论体系多与国家的政策、经济发展水平、社会文化背景、历史传统直接相关,是国家自主知识产权的一种体现方式。历史上,从秦始皇统一中国到正在进行的欧洲一体化,所做的最基本的工作就是多方面的标准化工作。但同时,标准也不是一成不变的,它随着科学技术的不断发展和人们对客观实践认识的不断深入,在继承旧标准合理理论和内容的基础上,不断吸收新的成果,逐步完善。

二、标准的演变

  我国公路桥涵的设计规范在20世纪50年代主要使用基于前苏联规范模式为主的《公路工程设计准则》,60年代开始编制自己的桥规(内部试用),70年代初进行了大量的科学研究,并自主编制了《公路桥涵设计规范》(1975年),1978年,编制了《公路预应力混凝土桥梁设计规范》;1985年,将上述两本规范进行重组,修订出版了《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-85、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ023-86、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-86,与此相关的还有《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89和《公路桥涵施工规范》JTJ041-2000、《公路斜拉桥设计规范》及质量检验评定标准等。2000后,对上述规范进行了全面的修订,《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004、《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004已批准颁布。规范的体系已较完善,内容有极大地丰富,桥涵结构的设计理论也从容许应力法、极限状态法发展到了以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法。

  从国内的其他行业来看,涉及工程结构设计规范的除公路工程外,主要有建筑结构、港口工程、铁道工程、水利水电工程,各个行业都逐步建立了自己的规范体系,也建立了自己的标准化组织。原来的城市、林业、厂矿桥涵结构的设计主要使用公路行业的规范,但近年来,属于建设部归口管理的城市桥涵正在建立自己的规范体系。

从国外的情况看,各国都建立有自己的标准化组织,专职从事标准化工作,其他类型的学会、协会也以从事或参与标准化工作为荣。如美国AASHTO(美国各州公路和运输官员协会,注:Officials宜译为“官员”),主要由各州的有关技术官员,如总工程师组成,其下辖许多分委员会由各个方面的专家组成,主要从事标准的制修订和监护(维护)。如“桥梁及结构分委员会”负责的《公路桥梁设计规范》。该规范的第一版出现在1931年,以后基本上保持每四年修订一次的局面,到2000年,已颁布了第17版。与此同时,自1986年起,开展了基于结构可靠性理论为基础的设计规范的变革研究,并于1996年颁布了第一版《公路桥梁设计规范--荷载与抗力系数设计法(LRFD)》,并于2004年颁布了第三版。目前是上述两本规范并行使用,从2007年10月1日,所有新设计的桥梁结构都必须采用LRFD规范。由各分委员会完成的标准须经AASHTO审定委员会(由代表各州的技术官员组成)三分之二以上的委员同意方可颁布。各州可在颁布的AASHTO标准的基础上结合各州的具体状况,包括自然、建设和技术条件等制定各州的有关标准,延伸和拓展AASHTO标准的内容,但各州制定的标准的规定须在AASHTO标准规定的范畴内或严于AASHTO标准的规定,这也是国际惯例。

国际上,在各个方面都建立了相关的标准化组织。详细情况不在此处细说。

三、设计理论的基本演变

19世纪末,随着材料力学试验科学和弹性理论的发展出现了容许应力法,该法是通过对材料强度的折减来保证结构的使用可靠性,此折减系数即为安全系数。此法将影响结构可靠性的各种不同性质的随机因素,如荷载、材料强度和结构构件的几何参数等全部集中在降低材料的工作应力来处理。

20世纪40年代出现了破损阶段设计法。该法考虑了材料的非线性因素,使材料的强度得以较充分的利用。破损阶段设计方法通过对荷载乘以荷载系数来保证结构的可靠度。

容许应力法和破损阶段设计法均属定值设计法。

20世纪50年代,前苏联学者提出了定值极限状态设计方法,也有称三系数设计法。与此同时,许多学者开始运用概率论和数理统计理论来研究结构的可靠性。其在定值极限状态设计方法的基础上,进一步考虑影响结构可靠性的各基本变量的概率分布类型,并给出统一的、数量化的结构可靠度的定义,以替代传统的安全系数,从而形成了向以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法过渡的发展趋势。

我国公路桥涵设计标准原先主要学习和借用美国和前苏联的标准,设计理论主要为容许应力法,85年版自主编制的标准部分采用了极限状态设计方法,新颁布的标准采用了概率极限状态设计方法。

国际上,一些国家的公路桥涵设计规范有采用容许应力法的,如日本,也有采用极限状态设计法的,如英国,也有同时采用容许应力法和多系数极限状态设计方法,如美国。需注意的是,尽管这些国家的标准在形式上还在采用容许应力法和以往的极限状态设计法,但其安全系数的含义在发生变化,其也在通过多变量的概率分布的研究综合调整安全系数的数值。与此同时,这些国家也在积极研究和编制采用概率极限状态设计方法的标准,有的已经颁布。

四、国内外概率极限状态设计方法的发展

为了在工程结构的设计原则和方法上进行协调统一,1971年,欧洲混凝土委员会(CEB)、国际预应力混凝土协会(FIP)、欧洲钢结构协会(CECM)、国际建筑研究与文献委员会(CIB)、国际桥梁与结构工程委员会(IABSE)、国际壳体与特种结构协会(IASS)和国际材料与结构试验研究所联合会(RILFM)等国际组织联合成立了“结构安全度联合委员会”(JCSS),专门研究结构安全度和设计方法的改进,并致力于编制《概率模式规范》。《概率模式规范》主要由设计基础(结构可靠性的基本概念)、荷载模型(各种荷载的随机变量、随机场和随机过程及荷载的组合模式)、材料特性(各种材料的概率模型、质量控制原则和结构抗力的概率模型)和应用实例四的部分组成。

国际标准化协会(ISO)是由148个国家组成的标准化工作机构,TC98为其“结构设计基础委员会”,该委员会编制的国际标准ISO 2394:1998《结构可靠性总原则》主要介绍了概率极限状态设计方法的典型模式和确定各分项系数的原则和方法。该国家标准对于各国开展以可靠性理论为基础的工程结构设计规范的技术变革提供了一整套的原则和模式,起到了很好的协调和促进作用。许多国家编制标准都参考了该国际标准。

1979年,加拿大首先制定并颁布了基于概率极限状态设计方法的《安大略省公路桥梁设计规范》(OHBDC)和国家标准《加拿大公路桥梁设计规范》(CHBDC)。

1977年,原联邦德国编制了《确定建筑物安全度的基础》作为编制其它规范的基本依据;1978年,北欧五国的建筑委员会(NKB)提出了《结构荷载与安全度设计规程》;丹麦于1999年完成了新规范的修订,其采用了概率极限状态设计方法。德国最新的国家标准《荷载规范》(DIN1045)和《混凝土结构设计规范》(DIN1055)均采用了以可靠度为基础的分项系数形式表达的设计方法。

1980年,美国国家标准局提出了《基于概率的荷载准则》(ANSI A-58)。1994年,美国各洲公路与运输官员协会(AASHTO)颁布了《美国公路桥梁设计规范—荷载与抗力系数法(LRFD)》,全面采用了概率极限状态设计理论。

1975年,欧洲共同体委员会(CEC)根据协议条款,决定在土建领域实施一个联合行动项目。项目的目的是消除对贸易的技术障碍,协调各国的技术规范,通过一系列的措施建立一整套用于土建工程设计的欧洲规范(Eurocode)。该规范在开始阶段作为各成员国正在使用的国家规范的替代,但最终将取代各国的规范。这样做的目的在于可以促进各成员国之间在产品、材料、技术和人员等方面的更广泛深入的交流、为采用统一的质量控制体系、施工材料和方法以及消除在技术革新中存在的障碍创造有利的环境和条件、鼓励承包商和咨询公司在更加公平合理的基础上参与竞争。欧洲规范主要适用于欧共体成员国。欧洲规范计有10本62册,目前均已进入最终的审定批准阶段,有的已被部分国家进一步批准为其国家标准。欧洲规范的设计理论全面采用了基于可靠性理论的概率极限状态设计方法。

除此之外,开展工程结构可靠度研究、逐步采用LRFD的还有日本、韩国、墨西哥、瑞典、捷克等,涉及的行业有房屋建筑结构、近海结构、电力结构等;国际结构安全度与可靠度协会(IASSAR)每四年主持召开相关的国际会议(ICOSSAR),2005年将举办第九届;国际土木工程风险与可靠度协会(CERRA)资助的统计与概率应用国际会议(ICASP)也每四年召开一次,共同研究土木工程的风险管理和可靠度研究。可以说,经过多年的研究和努力,基于可靠性理论的概率极限状态设计(荷载和抗力系数设计)理论已被世界各国所认可。

在我国,从20世纪70年代初,原国家计委标准定额局先后下达了《工程结构可靠度设计统一标准》、《建筑结构设计统一标准》、《铁路工程结构可靠度设计统一标准》、《港口工程结构可靠度设计统一标准》和《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》等任务,各行业花费了大量的人力、物力及时跟踪国际先进设计理论的发展,并寻求突破,最终取得了丰硕的成果。国家标准《公路工程结构可靠度设计统一标准》GB/T50283-1999也于1999年正式批准颁布。建筑结构体系的基于概率极限状态设计方法的规范已于2002年完成修订(上一版规范为89年版),同属于交通部管理的港口工程结构设计标准也在交通部水运司的统一领导下开始了第二轮的全方位的标准的修编工作。新颁布的《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004、《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004也采用了概率极限状态设计方法。

以结构可靠性理论为基础的概率极限状态设计法一般分为三个水准:水准I—半概率设计法;水准II—近似概率设计方法;水准III—全概率设计法。目前各国编制的相关标准均处于水准II。

采用概率极限状态设计方法可明显地体现如下方面的优点:

1.可使工程结构设计规范引入先进的可靠性理论;

2.可更全面地考虑影响结构可靠性诸因素的变异性,使结构设计规范所采用的有关参、系数更趋于反映客观实际,使所设计的结构更趋合理;

3.可变作用按随机过程进行分析,随机过程的时间域可取为结构的设计基准期,从而使结构设计的可靠概率有了一个统一的时间概念;

4.由于有了具体结构的目标可靠指标,就可以根据工程结构的不同要求和特点恰当地划分和选择安全等级,以便处理好结构可靠性与经济性之间的矛盾;实用的极限状态设计表达式中的各分项系数,可根据给定的可靠指标经概率分析优化后确定,从而使结构设计主要依据经验及其判断的局面得到改变,做到所设计的同类结构和结构构件在不同的承载情况下具有较佳的可靠度的一致性,使工程结构的极限状态设计方法更加科学、合理;

5.结构的可靠度往往与质量控制联系在一起,为了保证结构设计达到预定的可靠度,可以进一步强调质量控制的重要性,从而使设计规范与施工、验收等标准在结构可靠度上得以互相衔接和配套。

应该说,采用概率极限状态设计方法是国际上工程结构设计标准发展的基本方向。当然,概率极限状态设计的基础条件是必须拥有大量的数据样本以用于统计分析,这在现阶段的我国具有一定的难度,一定程度上推迟了概率极限状态设计方法在我国进一步的发展。

转自:
http://blog.cnbridge.cn/space.php?uid=654&do=blog&id=1897
http://blog.cnbridge.cn/space-654-do-blog-id-2113.html

  评论这张
 
阅读(814)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2018