我國公路橋規(guī)表述的基本設計準則和極限狀態(tài)
(1)基本設計準則
在我國《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)的“總則”中,對橋梁設計基本準則的表述為:使公路橋涵的設計符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的要求。公路橋涵應根據所在公路的作用、性質和將來發(fā)展的需要,按照美觀和有利于環(huán)保的原則進行設計,并考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護等因素。采用標準化跨徑的橋涵宜采用裝配式結構,適用于機械化、工廠化施工。特殊大橋宜進行景觀設計;上跨高速公路、一級公路的橋梁應與自然環(huán)境和景觀相協(xié)調。
(2)極限狀態(tài)
公路橋涵結構應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計,即:
①承載能力極限狀態(tài):對應于橋涵結構或其構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載公路橋涵的變形或變位的狀態(tài)。
②正常使用極限狀態(tài):對應于橋涵結構或其構件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。在進行上述兩類極限狀態(tài)設計時,應同時滿足構造和工藝方面的要求。
美國公路橋規(guī)表述的基本設計準則和極限狀態(tài)
(1)基本設計準則
AASHTO橋規(guī)(LRFD 2007)第1.3.1條提出的設計準則(design Philosophy):橋梁應該按照規(guī)定的多種極限狀態(tài)進行設計,以實現(xiàn)可施工性、安全性和使用性的目標,并恰當考慮可檢修性、經濟性和美觀性方面的問題。從這里我們看到,AASHTO橋規(guī)將設計準則分為兩個層次來表述,將可施工性、安全性和使用性列為必須達到的第一層次目標;將可檢修性、經濟性和美觀性列為需要認真對待的第二層次目標。大家知道“安全、適用、經濟和美觀”是較公認的準則,這里將“可施工性”放在“安全性和使用性”之前,將“可檢修性”放在“經濟性和美觀性”之前,乃因為它們是橋梁建設和維護的前提保證。
AASHTO橋規(guī)在第2.5節(jié)對“可施工性、安全性和使用性”以及“可檢修性、經濟性和美觀性”給出了進一步的條文規(guī)定,其中包括:
可施工性首先表現(xiàn)在橋梁設計不應該使制造和安裝過分困難或易損,并且施工中的臨時作用效應要在結構的容許限度內;若因為環(huán)境或其他原因需限定施工方法,或在建議的施工方法中需要進行一些補強或臨時支撐時,均應寫在設計文件之中;應避免在狹小空間中焊接或在密集分布的鋼筋中澆筑混凝土;還要充分考慮到影響橋梁施工的天氣和水文條件。安全性主要通過對各種極限狀態(tài)的分析評價來保障。使用性體現(xiàn)在通行舒適性、可維護性、耐久性和能夠鋪設公用設施等方面??蓹z修性包括設置檢修梯、檢修通道、帶門的人孔、必要的余光或照明。經濟性也是一個重要的準則,選擇橋型、跨長和材料時均應考慮項目成本,結合區(qū)域條件,考慮材料供應、制造、運輸和施工限制條件等費用,使用期的維護費用也應一并考慮。橋梁應有其建筑美觀性。橋梁應當能夠與周圍環(huán)境相協(xié)調,造型優(yōu)雅,從外觀上表現(xiàn)出結構恰當?shù)牧Χ?。怡悅的外觀應當體現(xiàn)在結構的形體和各組成部分問的相互關系之中,應謹慎采用非結構性裝飾。
(2)極限狀態(tài)
AASHTO橋規(guī)(第1.3.2條)提出了如下四種極限狀態(tài):
①使用極限狀態(tài)( service limit states):在正常使用條件下,對應力、變形和裂縫寬度的限制。
②疲勞和斷裂極限狀態(tài)( fatigue and fracture limit states):對于設計車輛和給定應力循環(huán)次數(shù)下產生的應力幅的限制。斷裂極限狀態(tài)是根據AASHTO材料規(guī)范對韌性提出的要求。
③強度極限狀態(tài)( strength limit states):在設計期限內,橋梁應能承受特定的靜力不利荷載組合,保證強度和穩(wěn)定性。
④極端事件極限狀態(tài)( extreme event limit states):在經歷較大的地震、洪水,或船只、車輛或流冰(很可能在受到沖刷條件下)抗擊時,保證結構不致毀壞。
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