公路钢桥设计方法分析

摘 要：随着我国桥梁的不断发展，桥梁设计理论也得到了逐步的完善，已经制定了一系列较为完备的设计规范。最初我国的钢桥设计主要是采用前苏联的桥梁结构设计规范(容许应力设计法)，但该方法不能充分反映不同荷载的统计特性，它将逐步被概率极限状态设计法取代。目前，国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态设计法俩种。

关键词：桥梁工程；钢桥；容许应力法；半概率极限状态设计法

中图分类号：U412.36 文献标识码：A

引言

我国现行的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86至今已颁布了20年之久，容许应力设计方法显然已经无法再适应需要，有很多问题都亟待解决。随着工程技术的发展制定以概率极限设计方法为主导的公路钢桥新规范是必要的。本文将对俩种设计方法进行分析与对比。

一、容许应力法

容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。

式中：——设计规范规定的容许应力。

——结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数；

——不同荷载组合的容许应力提高系数。

容许应力法的特点：

（1）简洁实用，表达形式简单，计算方便；（2）对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续（3）承载能力，设计偏于保守；（4）用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，K值大并不一定说明安全度就高。

二、半概率极限状态设计法

根据不同荷载和材料与构件的统计特性，采用分项安全系数表示。对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。其承载能力极限状态可以概括的表达为：

式中:、、——分别为恒载、主要可变荷载和其他可变荷载标准荷载产生的荷载效应；

、、——分别为恒载、主要可变荷载和其他可变荷载的分项系数；

、——材料强度分项系数和结构重要性系数；

——其他可变荷载的分项系数及其标准值效应；

—— 结构构件抗力的分项系数及材料性能和几何尺寸的标准值；

——结构截面几何修正系数；

半概率极限状态设计法的特点是：

继承了极限状态设计的概念和方法，但进一步明确提出了结构的功能函数和极限状态方程式，及一套计算可靠指标和推导分项系数的理论和方法；

设计表达式仍可继续采用分项安全系数的形式，以便与以往的设计方法衔接，但其中的系数是以一类结构为对象，根据规定的可靠指标，经概率分析和优化确定的。

三、各国规范极限状态规定对比

（一）AASHTOLRFD桥梁设计规范（美国）

共分为四种极限状态：使用极限状态、疲劳和断裂极限状态、强度极限状态和极端事件极限状态

（二）Eurocodes （欧洲）

共分为俩种极限状态：承载能力极限状态和使用极限状态。其中，承载能力极限状态又分为三种荷载组合：持久和短暂设计状况（基本组合）、偶然设计状况下的荷载组合和抗震设计状况下的荷载组合。使用极限状态也分别对应三种组合，即：典型组合、频遇组合和准永久组合。

（三）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004

在三种设计状况下分别对两种极限状态进行设计：

1.持久设计状况:承载能力极限状态和正常使用极限状态设计

2.短暂设计状况:仅做承载能力极限状态设计，必要时做正常使用极限状态设计

3.偶然设计状况:仅做承载能力极限状态设计

（四）《钢结构设计规范》GB50017一2003

1.承重结构应按照承载能力极限状态和正常使用极限状态设计

2.设设计钢结构时，应根据破坏产生的后果采用不同的安全等级

四、结论

在各国的规范中，欧洲规范与我国《公路桥涵设计通用规范》大体相同，除了在承载能力极限状态下分别考虑了持久、短暂和偶然设计状况之外，欧洲规范中还加入了抗震荷载组合和典型荷载组合。对于极限状态的定义，欧洲规范仍然分为承载极限状态和使用极限状态两类。

参考文献：

[1] 《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004.

[2] 《钢结构设计规范》GB50017一2003.

[3] 李昆.基于可靠度理论的公路钢桥概率极限状态设计方法研究[D]；同济大学；2007.