工程结构设计的重大技术变革

文章概述了工程结构设计由容许应力法——破损阶段设计法——定值极限状态设计法向基于可靠性理论的概率极限状态设计法发展的趋势和目前国内外工程界研究和应用可靠性理论的情况。我国公路工程结构可靠性设计的研究正在加速进行,最近几年可望逐步纳入有关规范,从而进入实用阶段。这是工程结构设计的重大技术变革,公路工程技术人员应更新知识,努力学习和掌握这一新理论。     

结构安全度理论的研究和应用动态

为适应我国公路交通现代化的形势,公路桥梁结构设计理论的改进,已是当务之急。本文介绍结构安全度理论在国际上的研究和应用动态以及国内建工部门和公路部门的结构设计理论的现状和今后工作动向,以期大家共同努力,尽快赶上国内外先进水平。结构安全度既是一个理论问题,又是一个应用问题。合理地确定结构安全度水平,实质上是在安全与经济要求之间选择最佳的平衡,它是一个综合决策过程。安全度的研     

工程结构概率极限状态设计基本概念

以可靠性理论为基础的概率极限状态设计法已成为现代土木工程结构设计理论和方法的主导发展方向。本文简述这一理论的基本概念,从土木工程结构功能、结构极限状态分类、土木工程结构的可靠性和概率极限状态设计表达式四个方面予以阐明。     

结构可靠度理论在公路桥梁设计中的若干应用研究

"定值设计法"长期在公路桥梁结构设计中被使用,但因为"概率极限状态设计法"的优越性能越来越凸显而逐渐将其取代。就结构可靠度理论应用于公路桥梁设计中的问题进行研究,重点研究桥梁结构可靠度的Monte—Carl0法(混凝土结构可靠度的Mc模拟)和实用分析方法,并研究工程界广泛使用的一次二阶矩法,针对其弱点,根据结构可靠度指标的几何意义以Jc法为基础,利用计算机建立结构可靠度指标计算优化模型,对求解方法着重研究,通过在桥梁工程中的实际算例证实这一方法切实可行并具有极高的优越性。     

中澳规范混凝土结构受弯承载力对比分析

针对中国与澳洲结构设计规范关于弯曲受力的差异,以结构弯曲受力计算作为切入点,比较分析了中国规范GB 50010-2010(2015版)《混凝土结构设计规范》和澳洲规范AS 3600-2009《澳大利亚混凝土结构规范》在材料属性、设计计算理论、配筋率、受弯极限承载力等几个方面的不同。结构设计中,中国规范考虑材料的设计值,澳洲规范采用的是未折减的标准值;两国规范均采用了基于概率理论的分项系数设计理念,在形式上虽有差别,但实质上都是要求结构的设计承载力大于预期中结构所要承受的荷载效应;尽管两国规范在结构抗弯承载力计算方面有诸多差异,但最终计算所得抗弯承载力结果相差不大。算例结果显示:中澳两国规范的适筋梁抗弯承载能力相近,最大差值约为7%;适筋范围内,配筋率越大,中国规范与澳洲规范计算的抗弯承载力比值越小。     

皇岗-落马洲大桥车辆荷载计算及比较

皇岗-落马洲大桥是连接深圳-香港的重要交通设施,为使大桥能满足深港两地客货运输的要求,需保证结构安全度符合内地及香港两地相关规范。本文分别按照内地及香港规范要求计算内力并进行比较,得到合理的设计内力值,为结构设计提供了可靠的依据。     

公路隧道结构计算的分项系数法

应用概率极限状态设计方法是当今国内外结构设计发展的必然趋势。为了推进分项系数法在公路隧道结构设计中的应用,结合隧道结构和分项系数法的特点,针对不同的隧道建设工法及结构安全等级,提出各分项系数的取值建议,并对各分项系数进行经验校准。得到如下结论： 1)当隧道结构安全等级为一级时,根据本文给出的分项系数的计算结果,结构的总体安全水平略高于传统设计方法; 2)当结构安全等级为二级时,其总体安全水平与传统设计方法相当; 3)安全等级为三级时比传统方法略低。建议推行基于结构可靠度理论的分项系数法。本文对隧道设计规范修编具有较大的参考价值。     

混凝土多轴强度在桥梁构件分析中的应用

文章简要回顾了混凝土结构设计理论的发展过程,指出了现有桥梁结构设计规范在混凝土强度取值上的缺陷,探讨了混凝土单轴强度与多轴强度对混凝土构件承载力的影响,分析表明:当混凝土构件处于二轴或三轴应力状态时,用单轴强度进行验算有明显误差,当其中一个轴受拉时,用单轴强度设计的构件实际承载力偏低,导致结构设计偏于不安全,而二轴或三轴均受压时,用单轴强度设计的构件实际承载力偏高,导致材料浪费。本文研究结论对多轴应力状态下混凝土结构的设计具有重要的应用价值。     

关于公路桥梁结构设计可靠性的探讨

按照规范设计准则进行公路桥梁结构设计，只保证了公路桥梁结构件极限状态的可靠度对目标可靠度的最小偏离，实际上无法得知构件的状态窨是安全的还是不安全的；并且由于规范仅仅采用一次二阶矩的方法来确定分项系数，对于多设计点的问题，分项系数的合理性就难以保证了。为此从结构设计中设计参数的确定方法出发，对设计过程进行了几何描述，阐述了设计参数确定的途径，指出按照这种分析方法得到的设计参数并一定能保证结构的可靠性。问题解决的方法是对结构构件进行可靠度分析。通过对算例的分析说明了按可靠度进行结构设计的设计参数的确定原。     

论《建筑结构设计统一标准》的实用设计表达式及其在钢筋混凝土结构构件截面设计中的应用

本文阐述《建筑结构设计统一标准》的实用设计表达式的可靠指标β值在总体水平上与我国七十年代颁布的规范是一致的。它与多系数钢筋混凝土极限状态设计法不同,前者的基础是概率,后者是不能反映出安全度的。     

公路路堤结构可靠性设计方法研究

在综合分析路堤结构边坡稳定和沉降设计方法的基础上，引入可靠性理论，提出了适合可靠性设计的极限状态方程和路堤结构设计参数的变异水平，并在对可靠度方法及目标可靠度研究的基础上，建立了路堤结构可靠性设计框图。其成果中供路基结构设计方法由确定型向概率型转变参考使用。     

优化建筑结构设计的措施

在新时代发展下的建筑物,在其具备使用价值的同时,也需要具备了一定的美观价值.因此,在开展建筑结构设计工作中,不仅要从实用、安全、经济等方面考虑,还需要融入美观方面的内容.这就要求我们建筑结构设计工作人员在新时代发展下要不断优化设计,将空间资源合理运用,让建筑结构更加合理、更加科学、更加安全、可靠.不断优化建筑结构设计也是新时期发展下人们物质文化生活水平不断提高对建筑结构的要求.因此,今天本文对建筑结构优化设计相关问题进行了探讨与研究,希望能够有助于读者在实践中利用建筑结构设计优化方法.     

基于我国规范的压杆-拉杆设计方法

介绍了近年来得到广泛重视并在一些混凝土结构设计规范中得到应用的压杆-拉杆模型,以及美国混凝土结构规范ACI 318-05中的压杆-拉杆模型设计方法.根据对混凝土结构压杆-拉杆模型的分析,提供了按我国混凝土结构规范的设计参数（荷载、混凝土强度、钢筋强度）时,采用压杆-拉杆模型进行设计的方法,并给出了按该方法进行设计时与按ACI 318-05规范设计时安全度的对比分析,最后给出了按我国参数进行设计的示例.     

高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距安全风险分析

由于规范规定的停车视距所需要的圆曲线最小半径,较规范规定的圆曲线一般最小半径大得多,使规范指标如何执行成为争议的焦点问题。根据高速公路内侧车道小客车停车视距合理取值的研究,认为高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距较为合理,但紧急制动停车视距较规范值小,针对采用紧急制动停车视距究竟有没有安全风险或安全风险究竟多大这一问题,从高速公路内侧车道被占概率、停车视距不足时可能碰撞速度与风险,以及换道行为的可能性与换道概率等多角度进行了研究。研究表明:高速公路内侧车道被占可能性仅有3种,但概率都非常小;而且如果内侧车道仅被占半个车道时换道可能性较大,在2级服务水平时换道概率超过65%,最高达79.4%, 3级服务水平时换道概率在50%左右;根据紧急制动停车视距与规范值相比较分析,即使出现碰撞事故,但经计算可能的碰撞速度低于20 km/h,碰撞造成的可能风险与损失较小;根据紧急制动停车视距与汽车刹车试验得到的刹车距离进行比较,刹车距离明显短于紧急制动停车视距,安全富余度较大;根据路面横向力系数验算,圆曲线最小半径远小于规范规定的圆曲线最小半径一般值。本研究认为山区高速公路采用紧急制动停车视距是合理的,安全风险非常小。     

关于明挖隧道闭合框架结构挠度验算的设计思考

随着北京城市副中心的推进建设,地下道路的修建快速发展。以北京城市副中心东六环隧道为工程背景,在弹性地基梁理论基础上,采用MIDAS Gen/Civil计算软件建立二维及三维荷载-结构法模型,对明挖闭合框架结构采用不同规范依据时挠度验算结果进行了对比分析研究,分析结果表明:采用不同规范进行挠度验算时,明挖隧道结构尺寸设计将不尽相同,文章认为采用《混凝土结构设计规范》进行结构设计更为合理,并提出挠度控制的建议,可为相似明挖隧道工程提供有效借鉴。     

桥墩防船舶撞击研究概述

近年来随着道路交通和航运事业的发展,桥梁日益增多,船舶吨位日益增大,船舶航速也越来越快,这将给桥梁的安全带来新的问题,因此桥墩防船舶撞击问题的研究具有明确的应用背景和实际意义.目前中、美、欧洲等国的设计规范均对桥墩防撞设计做出了相关规定,然而分析发现:各国规范仍大都采用简单的静力设计法,没有反映出船桥碰撞的冲击动力本质;近年来,船桥碰撞有限元分析技术在重大桥梁工程船撞设计专题研究中得到了越来越多的应用,但工程师使用则极为困难,很难推广至一般桥梁设计.鉴于此,从桥墩自身结构和桥墩防护结构两个方面对桥墩防船舶撞击研究进行了评述,指出了目前存在的主要问题并提出了相应的建议,并提出了船桥碰撞冲击动力学理论研究的三个设计因子以及相应设计流程.     

高速公路停车视距可靠性设计

针对高速公路的停车视距进行研究,在现行规范《公路路线设计规范》计算停车视距的基础上,考虑汽车实际的制动过程,将制动过程分为4个阶段:驾驶员的感觉反应阶段、制动系统的间隙消除阶段、制动力上升阶段以及完全制动阶段,改进停车视距计算模型;并引入可靠度理论,基于该模型构建视距可靠度功能函数,对"驾驶员反应时间、汽车运行速度、路面摩擦系数等"随机变量的随机性及其分布规律进行分析。采用一次二阶矩方法讨论现行规范的停车视距设计取值的安全可靠性,提出采用失效概率来描述行车视距的安全可靠性。根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》,为满足高速公路对应安全等级的可靠度要求,计算在120,100,80 km/h共3种设计速度下的停车视距值,并结合实例验证计算结果具有较高安全性。研究结果表明:引入可靠度理论经改进后计算模型计算的停车视距值大于现行规范值,其安全可靠度也明显高于规范值,120,100,80 km/h速度下停车视距失效概率分别降低22.32%,13.2%, 18.9%;视距失效概率较大,表明视距设计不足,易引发交通事故,推行基于可靠度理论计算得到的停车视距值进行高速公路设计,可提高道路安全性。     

轨道交通(轻轨)车站结构设计探讨

在城市轨道交通(轻轨)地面车站,主要是高架车站的结构设计中,分析研究其荷载类型、荷载工况对车站结构计算的安全可靠性意义重大。其中还有有效控制沉降问题。该文分析荷载类型、荷载工况,建立计算模型提出看法,供设计人员参考。     

正交设计法在柔性路面优化设计中的应用

近十几年来,随着我国公路运输事业的发展,高等级公路的修建逐年增多,高等级公路柔性路面结构层次多,造价高,如何合理、经济地进行路面结构设计,对保证设计可靠并节省投资,具有非常重要的意义。现行路面设计方法一般都是根据设计者的经验确定结构组合,路面厚度计算往往以某一层作为设计层,其余结构层厚度均按设计者的经验并参照规范有关规定确定,这实际上把多     

大跨径悬索桥钢梁疲劳设计研究

大跨径悬索桥钢梁疲劳已逐渐成为钢桥主要病害之一,通过对疲劳与断裂的分析,使设计者对清楚了解疲劳寿命的主要组成部分。由于断裂力学在裂纹萌生阶段的分析理论仍不成熟,钢桥设计仍采用．S-N曲线和Miner线性法则进行无限寿命设计和安全寿命设计。新版国内钢结构桥梁设计规范尚未颁布,分别采用BS5400、AASHTO、Euroeode3及《公路桥涵钢结构及土木结构设计规范》（JTJ025—86）对某大跨悬索桥钢梁不同结构部分进行详细介绍,使设计者了解不同归规范中的相关规定,并对大跨悬索桥钢梁疲劳设计提出有益探讨。