我國公路橋規(guī)表述的基本設(shè)計準(zhǔn)則和極限狀態(tài)
(1)基本設(shè)計準(zhǔn)則
在我國《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)的“總則”中,對橋梁設(shè)計基本準(zhǔn)則的表述為:使公路橋涵的設(shè)計符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的要求。公路橋涵應(yīng)根據(jù)所在公路的作用、性質(zhì)和將來發(fā)展的需要,按照美觀和有利于環(huán)保的原則進(jìn)行設(shè)計,并考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)等因素。采用標(biāo)準(zhǔn)化跨徑的橋涵宜采用裝配式結(jié)構(gòu),適用于機(jī)械化、工廠化施工。特殊大橋宜進(jìn)行景觀設(shè)計;上跨高速公路、一級公路的橋梁應(yīng)與自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)。
(2)極限狀態(tài)
公路橋涵結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計,即:
①承載能力極限狀態(tài):對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)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(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。在進(jìn)行上述兩類極限狀態(tài)設(shè)計時,應(yīng)同時滿足構(gòu)造和工藝方面的要求。
美國公路橋規(guī)表述的基本設(shè)計準(zhǔn)則和極限狀態(tài)
(1)基本設(shè)計準(zhǔn)則
AASHTO橋規(guī)(LRFD 2007)第1.3.1條提出的設(shè)計準(zhǔn)則(design Philosophy):橋梁應(yīng)該按照規(guī)定的多種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計,以實現(xiàn)可施工性、安全性和使用性的目標(biāo),并恰當(dāng)考慮可檢修性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性方面的問題。從這里我們看到,AASHTO橋規(guī)將設(shè)計準(zhǔn)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(dá)到的第一層次目標(biāo);將可檢修性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性列為需要認(rèn)真對待的第二層次目標(biāo)。大家知道“安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀”是較公認(rèn)的準(zhǔn)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(jīng)濟(jì)性和美觀性”之前,乃因為它們是橋梁建設(shè)和維護(hù)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(jīng)濟(jì)性和美觀性”給出了進(jìn)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(shè)計不應(yīng)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(yīng)要在結(jié)構(gòu)的容許限度內(nèi);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(jìn)行一些補(bǔ)強(qiáng)或臨時支撐時,均應(yīng)寫在設(shè)計文件之中;應(yīng)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(hù)性、耐久性和能夠鋪設(shè)公用設(shè)施等方面??蓹z修性包括設(shè)置檢修梯、檢修通道、帶門的人孔、必要的余光或照明。經(jīng)濟(jì)性也是一個重要的準(zhǔn)則,選擇橋型、跨長和材料時均應(yīng)考慮項目成本,結(jié)合區(qū)域條件,考慮材料供應(yīng)、制造、運(yùn)輸和施工限制條件等費(fèi)用,使用期的維護(hù)費(fèi)用也應(yīng)一并考慮。橋梁應(yīng)有其建筑美觀性。橋梁應(yīng)當(dāng)能夠與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),造型優(yōu)雅,從外觀上表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)恰當(dāng)?shù)牧Χ?。怡悅的外觀應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的形體和各組成部分問的相互關(guān)系之中,應(yīng)謹(jǐn)慎采用非結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)計車輛和給定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下產(chǎn)生的應(yīng)力幅的限制。斷裂極限狀態(tài)是根據(jù)AASHTO材料規(guī)范對韌性提出的要求。
③強(qiáng)度極限狀態(tài)( strength limit states):在設(shè)計期限內(nèi),橋梁應(yīng)能承受特定的靜力不利荷載組合,保證強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
④極端事件極限狀態(tài)( extreme event limit states):在經(jīng)歷較大的地震、洪水,或船只、車輛或流冰(很可能在受到?jīng)_刷條件下)抗擊時,保證結(jié)構(gòu)不致毀壞。
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