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1、会计学1桥梁桥梁 设计方法设计方法1.1.承载能力极限状态：承载能力极限状态：是指对应于结构、结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状是指对应于结构、结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：1 1、结构或结构的一部分作为刚体失去平衡、结构或结构的一部分作为刚体失去平衡;2 2、结构、结构构件或其连接因超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形而不能继续承载、结构、结构构件或其连接因超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形而
2、不能继续承载;3 3、结构转变为机动体系、结构转变为机动体系;4 4、结构或结构构件丧失稳定、结构或结构构件丧失稳定;2.2.正常使用极限状态正常使用极限状态 是指对应于结构、结构构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。当结构或结构构是指对应于结构、结构构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态。件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态。1 1、影响正常使用或外观的变形、影响正常使用或外观的变形;2 2、影响正常使用或耐久性的局部损坏、影响正常使用或耐久性的局部损坏;3 3、影响正常使用的振动、影响正常使用的振动;4
3、4、影响正常使用的其他特定状态、影响正常使用的其他特定状态;公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（TJG D62）、）、城城市桥梁设计规范市桥梁设计规范(CJJ 11_2011)采用概率极限状态设计法。极限状态采用概率极限状态设计法。极限状态 分为两类：分为两类：第1页/共14页桥梁结构的设计基准期应为桥梁结构的设计基准期应为100100年。年。以可靠性理论为基础的极限状态设计都需有一个确定的设计基准期。设计基准期以可靠性理论为基础的极限状态设计都需有一个确定的设计基准期。设计基准期是指结构可靠性分析时，为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间是
4、指结构可靠性分析时，为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，也就是可靠度定义中的参数，也就是可靠度定义中的“规定时间规定时间”。公路桥梁的设计基准期取为。公路桥梁的设计基准期取为100100年是根年是根据我国公路桥梁使用的现状和以往的设计经验确定的，根据据我国公路桥梁使用的现状和以往的设计经验确定的，根据公路工程结构可靠度设公路工程结构可靠度设计统一标准计统一标准GB/T 50283-1999GB/T 50283-1999公路桥梁的车辆荷载统计参数都是按公路桥梁的车辆荷载统计参数都是按100100年确定的，而年确定的，而未考虑材料性能随时间的变化。未考虑材料性能随时间的变化。
5、当设计基准期定为当设计基准期定为100100年时，荷载效应最大值分布的年时，荷载效应最大值分布的0.950.95分位值接近于原分位值接近于原公路公路桥涵设计通用规范桥涵设计通用规范JTJ 021-89JTJ 021-89规定的汽车荷载标准值。设计基准期不完全等同于使规定的汽车荷载标准值。设计基准期不完全等同于使用年限，当结构的使用年限超过设计基准期后，并不等于结构丧失功能或报废，只表用年限，当结构的使用年限超过设计基准期后，并不等于结构丧失功能或报废，只表明结构的失效概率明结构的失效概率(指结构不能完成预定功能的概率指结构不能完成预定功能的概率)可能会比设计时的预期值增大。可能会比设计时的预期
6、值增大。第2页/共14页桥梁结构的设计使用年限（桥梁结构的设计使用年限（城市桥梁设计规范城市桥梁设计规范CJJ112011CJJ112011）应按下表的规定采用。）应按下表的规定采用。桥梁结构的设计使用年限桥梁结构的设计使用年限 注注:对有特殊要求结构的设计使用年限，可在上述规定基础上对有特殊要求结构的设计使用年限，可在上述规定基础上经技术经济论证后予以调整。经技术经济论证后予以调整。设计使用年限（年）设计使用年限（年）类类 别别130小桥、涵洞小桥、涵洞250中桥、重要小桥中桥、重要小桥3100特大桥、大桥、重要中桥特大桥、大桥、重要中桥 设计使用年限是设计规定的一个时期内设计使用年限是设计
7、规定的一个时期内,结构只需进行正常维护（包括必结构只需进行正常维护（包括必要的检测、养护、维修等）要的检测、养护、维修等）,而不需要进行大修就能按预期目的使用，完而不需要进行大修就能按预期目的使用，完成预定功能，也即桥梁主体结构在正常设计、正常施工、正常使用、正成预定功能，也即桥梁主体结构在正常设计、正常施工、正常使用、正常维护下达到的使用年限。常维护下达到的使用年限。第3页/共14页根据桥梁结构在施工和使用中的环境条件和影响，将桥梁设计分为以下三种状况：根据桥梁结构在施工和使用中的环境条件和影响，将桥梁设计分为以下三种状况：1 1、持久状况：在桥梁使用过程中一定出现，且持续期很长的设计状况。
8、、持久状况：在桥梁使用过程中一定出现，且持续期很长的设计状况。2 2、短暂状况：在桥梁施工和使用过程中出现概率较大而持续期较短的状况。、短暂状况：在桥梁施工和使用过程中出现概率较大而持续期较短的状况。3 3、偶然状况：在桥梁使用过程中出现概率很小，且持续期极短的状况。、偶然状况：在桥梁使用过程中出现概率很小，且持续期极短的状况。持久状况是指桥梁使用阶段适用于结构使用时的正常情况。这个阶段要对桥梁的持久状况是指桥梁使用阶段适用于结构使用时的正常情况。这个阶段要对桥梁的所有预定功能进行设计，即必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算。所有预定功能进行设计，即必须进行承载能力极限状态和正常使用
9、极限状态计算。当进行承载能力极限状态设计时，应采用作用效应的基本组合和作用效应的偶然当进行承载能力极限状态设计时，应采用作用效应的基本组合和作用效应的偶然组合；组合；针对结构的安全性针对结构的安全性 当按正常使用极限状态设计时，应采用作用效应的标准组合、作用短期效应组合当按正常使用极限状态设计时，应采用作用效应的标准组合、作用短期效应组合(频遇组合频遇组合)和作用长期效应组合和作用长期效应组合(准永久组合准永久组合)。针对结构的使用性能和耐久性针对结构的使用性能和耐久性 短暂状况所对应的是桥梁施工阶段及使用期间维修养护适用于结构出现的临时情短暂状况所对应的是桥梁施工阶段及使用期间维修养护适用于
10、结构出现的临时情况。与使用阶段相比施工阶段及维修养护的持续时间较短，桥梁结构体系，所承受的况。与使用阶段相比施工阶段及维修养护的持续时间较短，桥梁结构体系，所承受的各种荷载亦与使用阶段不同，设计要根据具体情况而定。短暂状况可根据需要进行正各种荷载亦与使用阶段不同，设计要根据具体情况而定。短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态计算。常使用极限状态计算。偶然状况是指桥梁可能遇到的偶发事件如地震、撞击等的状况，适用于结构出现偶然状况是指桥梁可能遇到的偶发事件如地震、撞击等的状况，适用于结构出现的异常情况。对此状况除地震设计状况外，其他设计状况只需作承载能力极限状态设的异常情况。对此状况除地震设计状况
11、外，其他设计状况只需作承载能力极限状态设计。计。第4页/共14页安全等级安全等级结构类型结构类型类别类别一一 级级重要结构重要结构特大桥、大桥、中桥、重要小桥特大桥、大桥、中桥、重要小桥二二 级级一般结构一般结构小桥、重要涵洞、重要挡土墙小桥、重要涵洞、重要挡土墙三三 级级次要结构次要结构涵洞、挡土墙、防撞护栏涵洞、挡土墙、防撞护栏桥梁设计安全等级桥梁设计安全等级注：注：1 表中所列特大、大、中桥等系按本规范表表中所列特大、大、中桥等系按本规范表3.0.2中单孔跨径确定，对多跨中单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；冠以不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；冠以“重要重要”的小桥、挡土
12、墙系指的小桥、挡土墙系指高速公路、一级公路、城市快速路、主干路及交通特别繁忙的二级公路、高速公路、一级公路、城市快速路、主干路及交通特别繁忙的二级公路、城市次干路上的桥梁、挡土墙。城市次干路上的桥梁、挡土墙。2 对有特殊要求的桥梁，其设计安全等级可根据具体情况另行确定。对有特殊要求的桥梁，其设计安全等级可根据具体情况另行确定。当桥梁按持久状况承载能力极限状态设计时，根据结构的重要性、结构当桥梁按持久状况承载能力极限状态设计时，根据结构的重要性、结构破坏可能产生后果的严重性，应采用不低于下表规定的设计安全等级。破坏可能产生后果的严重性，应采用不低于下表规定的设计安全等级。进行持久状况承载能力极限
13、状态设计时，桥梁亦应按其重要性，破坏后果划分进行持久状况承载能力极限状态设计时，桥梁亦应按其重要性，破坏后果划分为三个设计安全等级，表为三个设计安全等级，表3.0.143.0.14列出了不同安全等级所对应的桥梁类型。设计工程列出了不同安全等级所对应的桥梁类型。设计工程师也可根据桥梁的具体情况与业主商定，但不能低于表列等级。师也可根据桥梁的具体情况与业主商定，但不能低于表列等级。第5页/共14页 桥梁设计必须严格实施质量管理和质量控制，设计文件的组成应符桥梁设计必须严格实施质量管理和质量控制，设计文件的组成应符合有关文件编制的规定。对涉及工程质量的构造设计、合有关文件编制的规定。对涉及工程质量的
14、构造设计、材料性能、结材料性能、结构耐久性、需特别指明的制作或施工工艺、桥梁运行条件、养护维修等构耐久性、需特别指明的制作或施工工艺、桥梁运行条件、养护维修等应提出相应的要求。应提出相应的要求。为保证桥梁结构在设计基准期内有规定的可靠度，必须对桥梁设计严格为保证桥梁结构在设计基准期内有规定的可靠度，必须对桥梁设计严格实施质量管理和质量控制。根据现行实施质量管理和质量控制。根据现行工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准GB/T50153GB/T50153附录附录B B桥梁设计的质量控制应做到：桥梁设计的质量控制应做到：1 1、勘察资料应符合工程要求、数据正确、结构可靠，设计方案、基
15、本假定和、勘察资料应符合工程要求、数据正确、结构可靠，设计方案、基本假定和计算模型合理、数据运用正确。计算模型合理、数据运用正确。2 2、设计文件的编制应符合、设计文件的编制应符合建设工程勘察设计管理条例建设工程勘察设计管理条例(中华人民共和国中华人民共和国国务院令国务院令20002000年年9 9月月2525日日)和现行公路工程或市政公用工程设计文件编制深度和现行公路工程或市政公用工程设计文件编制深度规定的要求。规定的要求。第6页/共14页 根据概率极限状态设计方法，结合我国公路桥梁以往设计经根据概率极限状态设计方法，结合我国公路桥梁以往设计经验，对于承载能力极限状态，在基本作用（或荷载）的
16、组合下验，对于承载能力极限状态，在基本作用（或荷载）的组合下的表达式为，是荷载（作用）效应不利组合的设计值，小于或的表达式为，是荷载（作用）效应不利组合的设计值，小于或等于结构抗力效应的设计值。等于结构抗力效应的设计值。作用（或荷载）效应设计值可根据荷载效应的标准差作用（或荷载）效应设计值可根据荷载效应的标准差、变、变异系数异系数和可靠度指标和可靠度指标，用荷载效应的标准值，用荷载效应的标准值Sk和分项系数和分项系数G，Q来表示。来表示。结构抗力效应设计值可根据结构抗力的标准差结构抗力效应设计值可根据结构抗力的标准差R、变异系、变异系数数R和可靠度指标和可靠度指标，用结构抗力标准值，用结构抗力
17、标准值Rk和分项系数和分项系数R来表来表示。示。承载能力极限状态的强度设计准则承载能力极限状态的强度设计准则第7页/共14页1 1、正常使用极限状态的强度设计准则、正常使用极限状态的强度设计准则 正常使用极限状态设计时，除永久作用（或荷载）采用标准值外，可变作用（或荷载）在一般情况下采用频遇值和准永久值。可变作用（或荷载）的频遇值和准永久值比其标准值小，这是因为正常使用极限状态只涉及结构的适用性和耐久性，不涉及结构或构件的安全性，可靠度较低，荷载也无需采用结构设计的最大值。正常使用极限状态设计时，除永久作用（或荷载）采用标准值外，可变作用（或荷载）在一般情况下采用频遇值和准永久值。可变作用（或
18、荷载）的频遇值和准永久值比其标准值小，这是因为正常使用极限状态只涉及结构的适用性和耐久性，不涉及结构或构件的安全性，可靠度较低，荷载也无需采用结构设计的最大值。结构抗力是指结构或构件截面功效限值，可分为裂缝宽度限值、挠度限值或抗裂限值（即抗裂弯矩结构抗力是指结构或构件截面功效限值，可分为裂缝宽度限值、挠度限值或抗裂限值（即抗裂弯矩McrMcr）等，这些同样是随机变量。）等，这些同样是随机变量。二、正常使用极限状态二、正常使用极限状态第8页/共14页桥梁结构或构件设计内容桥梁结构或构件设计内容承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态构件应力计算构件应力计算持久状况持久状况
19、短暂状况短暂状况必要时必要时偶然状况偶然状况第9页/共14页 公公路路桥桥涵涵钢钢结结构构及及木木结结构构设设计计规规范范（JTJ025JTJ0258686）仍仍然然采采用容许应力设计法。用容许应力设计法。1 1容容许许应应力力设设计计法法的的强强度度设设计计准准则则，是是结结构构构构件件任任意意截截面面的的最最大计算应力不应大于有关规范规定的材料容许应力大计算应力不应大于有关规范规定的材料容许应力 2 2设设计计桥桥涵涵时时，分分别别计计算算各各种种荷荷载载在在整整个个结结构构各各控控制制截截面面上上的的效效应应（应应力力和和变变形形等等），并并根根据据同同时时发发生生的的可可能能性性进进行
20、行组组合合。经经常常作作用用的的为为主主要要组组合合，加加入入其其它它荷荷载载和和外外力力的的效效应应为为附附加加组组合合。用用结结构各构件的各种效应的最不利组合核算各个构件。构各构件的各种效应的最不利组合核算各个构件。3 3计计算算桥桥梁梁结结构构的的各各种种荷荷载载效效应应时时，可可将将桥桥梁梁划划分分成成若若干干平平面面结结构构，按按照照线线弹弹性性理理论论，并并可可用用毛毛截截面面几几何何特特性性求求解解内内力力，利利用用材材料料力学公式计算各构件强度、刚度、变形和稳定性。力学公式计算各构件强度、刚度、变形和稳定性。三、容许应力设计法三、容许应力设计法 第10页/共14页4 4材材料料
21、的的容容许许应应力力 ，由由规规定定的的材材料料的的弹弹性性极极限限（或或极极限限强强度度或或流流限限）除除以以（主主要要以以经经验验确确定定的的）大大于于1.01.0的的安安全全系系数数（公公路路取取1.71.72.02.0）而而得得。核核算算主主要要组组合合的的应应力力效效应应时时，使使用用基基本本容容许许应应力力；核核算算附附加加组组合合的的应应力力时时，其其容容许许值值可可依依照规范的规定提高照规范的规定提高25%25%50%50%。5 5容许应力设计法不仅要核算强度，而且要核算其刚度（变容许应力设计法不仅要核算强度，而且要核算其刚度（变形）和稳定性。有的结构构件还应验算裂缝宽度、疲劳
22、强度形）和稳定性。有的结构构件还应验算裂缝宽度、疲劳强度和疲劳容许应力。和疲劳容许应力。第11页/共14页四、耐久性设计原则四、耐久性设计原则 混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。综合国内外研究成果和工程经验，一般是从以下三个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性；混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。综合国内外研究成果和工程经验，一般是从以下三个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性；（1 1）采用高耐久性混凝土，提高混凝土自身的抗破损能力。限制混凝土中的最大碱含量，根据环境要求
23、选择不同水泥品质。加入添加剂改善混凝土的抗裂性能。）采用高耐久性混凝土，提高混凝土自身的抗破损能力。限制混凝土中的最大碱含量，根据环境要求选择不同水泥品质。加入添加剂改善混凝土的抗裂性能。（2 2）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的工作环境作用条件；）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的工作环境作用条件；（3 3）改进桥梁结构设计，采用具有防腐保护的钢筋（如：体外预应力钢筋、无粘结预应力钢筋，环氧涂层钢筋等）；加强构造钢筋，控制裂缝发展；加大混凝土保护层等措施；）改进桥梁结构设计，采用具有防腐保护的钢筋（如：体外预应力钢筋、无粘结预应力钢筋，环氧涂层钢筋等）；加强构造钢筋，控制裂缝发展；加大
24、混凝土保护层等措施；第12页/共14页 桥梁结构的使用环境条件是影响混凝土结构耐久性的外部因素，桥梁结构的使用环境条件是影响混凝土结构耐久性的外部因素，桥规桥规（JTG D62JTG D62）根据公路桥梁的使用情况，并参照）根据公路桥梁的使用情况，并参照建混规建混规（GB 50010GB 50010）的规定，将桥梁结构使用环境条件划分为：）的规定，将桥梁结构使用环境条件划分为：I I 类环境类环境系指温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性系指温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性 的土或水接触的环境；的土或水接触的环境；IIII类环境类环境系指严寒地区的大气环境；使用除冰盐环系指严寒地区的大气环境；使用除冰盐环 境；滨海环境。境；滨海环境。IIIIII类环境类环境系指海水环境；系指海水环境；IVIV类环境类环境系指受侵蚀性物质影响的环境。系指受侵蚀性物质影响的环境。第13页/共14页