桥梁结构创新设计方法讲义
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桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
3、三种设计状况 公路桥涵应根据不同种类的作用（或荷载）及其 对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件，考虑以下 三种设计状况，并对其进行相应的极限状态设计：
持久状况： 短暂状况： 偶然状况：
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
3、三种设计状况
持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 持续时间很长的状况。该状况桥涵应进行承载 能力极限状态和正常使用极限状态设计。
桥梁结构创新设计方法讲义
公路桥涵结构的设计安全等级
安全等级 破坏后果 设计可靠度
桥涵类型
一级 二级
很严重 严重
最高 中等
特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥
三级 不严重
较低
小桥、涵洞
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
2、正常使用极限状态。 正常使用极限状态以弹性理论或弹塑性理论
为基础，主要进行以下三方面的验算： 应力限制 变形限制 裂缝宽度限制
桥梁结构创新设计方法讲义
Leabharlann Baidu
三、我国公路桥涵设计规范 规定的计算原则
◎组合的基本原则
1、只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效 应的组合。
2、 “最不利”原则：对结构的影响是有利的可变作 用，不参加组合；
3、施工阶段的效应，根据施工的实际情况选择； 4、多个偶然作用，不同时组合；
桥梁结构创新设计方法讲义
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
1、承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或 结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变 形或变位的状态。当结构或构件出现下列状态之一 时，即认为超过了承载能力极限状态：
（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （如滑动、倾覆等）；
（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏 （包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继 续承载；
短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性作用的 状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态 设计，必要时才作正常使用极限状态设计。
偶然状况：在桥涵使用过程中偶然出现的如罕 遇地震的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力 极限状态设计。
桥梁结构创新设计方法讲义
4、作用效应及结构抗力
1）作用效应及作用效应设计值 作用效应是指结构对所受作用的反应，如弯矩、扭矩、位
这些功能要求概括起来称为结构的可靠性。即结构在 规定的时间内（设计基准期），在规定的条件下（正 常设计、正常施工、正常使用维护）完成预定功能 （安全性、适用性和耐久性）的能力。
显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件的截面 尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求，总是能 够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久性要求， 但这将使结构造价提高，不符合经济的要求。
移等。作用效应设计值是指作用标准值效应与作用分项系 数的乘积，分作用分项系数和抗力分项系数两类。 2）结构抗力 结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力，如构件的 承载力、刚度、抗裂度等。影响结构抗力的主要因素是材 料性能（材料的强度、变形模量等物理力学性能）、几何 参数（截面形状、面积、惯性矩等）以及计算模式的精确 性等。考虑到材料性能的变异性、几何参数及计算模式精 确性的不确定性，所以由这些因素综合而成的结构抗力也 是随机变量。
所谓足够的耐久性能，系指结构在规定的工作环境中， 在预定时期内，其材料性能的恶化不会导致结构出现 不可接受的失效概率。
从工程概念上讲，足够的耐久性能就是指在正常维护 条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
1、结构的功能要求——安全性、适用性、耐久性
（3）结构转变成机动体系； （4）结构或结构构件丧失稳定(如柱的压屈失稳
等）；
桥梁结构创新设计方法讲义
承载能力极限状态涉及结构的安全问题， 可能导致人员伤亡和大量财产损失，所以 必须具有较高的可靠度（安全度）或较低 的失效率概率。《桥规》（JTG D62—2004） 规定：承载能力极限状态，应根据桥涵破 坏可能产生的后果的严重程度，划分为以 下三个安全等级进行设计：
因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构可靠性 与经济性之间的矛盾。既要保证结构具有适当的可靠 性，又要尽可能降低造价，做到经济合理。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
2、设计基准期
所谓设计基准期，是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。
《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283—1999）规定：桥梁结构取100年的设计基 准期。
作用效应组合
编号
13 15 16 18
可变作用不同时组合表
作用名称
不与该作用同时
参与组合的作用编号
汽车制动力
15、16、18
流水压力
设计基准期表示在这个时间域内结构的失效概率 是有效的。结构的设计基准期虽与结构使用寿命 有联系，但不等同。
当结构使用年限超过设计基准期后，表明结构的 失效概率将会比设计时的预期值大，但并不等于 结构丧失功能或报废。
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
公路桥涵结构应按承载能力极限状态和正 常使用极限状态进行设计
2 桥梁设计初步
2.1：桥梁建设程序与设计内容 任务2.2：桥梁设计作用 2.3：桥梁结构设计方法 2.4：桥梁结构图纸识读 任务2.5：钢筋混凝土材料性能
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
1、结构的功能要求
安全性 适用性 耐久性
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
安全性
结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现 的各种作用，其中包括荷载引起的内力、振动过 程中的恢复力以及由外加变形（如超静定结构的 支座沉降）、约束变形（如温度变化或混凝土收 缩引起的构件变形受到的约束）所引起的内力。
结构在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍 能保持必需的整体稳定性，不发生倒塌或连续破 坏。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
适用性
结构在正常使用时具有良好的工作性能，不发生过大 的变形或宽度过大的裂缝，不产生影响正常使用的振 动。
耐久性
结构在正常维护下具有足够的耐久性能，不发生钢筋 锈蚀和混凝土的严重风化等现象。
二、极限状态设计法
3、三种设计状况 公路桥涵应根据不同种类的作用（或荷载）及其 对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件，考虑以下 三种设计状况，并对其进行相应的极限状态设计：
持久状况： 短暂状况： 偶然状况：
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
3、三种设计状况
持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 持续时间很长的状况。该状况桥涵应进行承载 能力极限状态和正常使用极限状态设计。
桥梁结构创新设计方法讲义
公路桥涵结构的设计安全等级
安全等级 破坏后果 设计可靠度
桥涵类型
一级 二级
很严重 严重
最高 中等
特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥
三级 不严重
较低
小桥、涵洞
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
2、正常使用极限状态。 正常使用极限状态以弹性理论或弹塑性理论
为基础，主要进行以下三方面的验算： 应力限制 变形限制 裂缝宽度限制
桥梁结构创新设计方法讲义
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三、我国公路桥涵设计规范 规定的计算原则
◎组合的基本原则
1、只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效 应的组合。
2、 “最不利”原则：对结构的影响是有利的可变作 用，不参加组合；
3、施工阶段的效应，根据施工的实际情况选择； 4、多个偶然作用，不同时组合；
桥梁结构创新设计方法讲义
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
1、承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或 结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变 形或变位的状态。当结构或构件出现下列状态之一 时，即认为超过了承载能力极限状态：
（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （如滑动、倾覆等）；
（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏 （包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继 续承载；
短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性作用的 状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态 设计，必要时才作正常使用极限状态设计。
偶然状况：在桥涵使用过程中偶然出现的如罕 遇地震的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力 极限状态设计。
桥梁结构创新设计方法讲义
4、作用效应及结构抗力
1）作用效应及作用效应设计值 作用效应是指结构对所受作用的反应，如弯矩、扭矩、位
这些功能要求概括起来称为结构的可靠性。即结构在 规定的时间内（设计基准期），在规定的条件下（正 常设计、正常施工、正常使用维护）完成预定功能 （安全性、适用性和耐久性）的能力。
显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件的截面 尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求，总是能 够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久性要求， 但这将使结构造价提高，不符合经济的要求。
移等。作用效应设计值是指作用标准值效应与作用分项系 数的乘积，分作用分项系数和抗力分项系数两类。 2）结构抗力 结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力，如构件的 承载力、刚度、抗裂度等。影响结构抗力的主要因素是材 料性能（材料的强度、变形模量等物理力学性能）、几何 参数（截面形状、面积、惯性矩等）以及计算模式的精确 性等。考虑到材料性能的变异性、几何参数及计算模式精 确性的不确定性，所以由这些因素综合而成的结构抗力也 是随机变量。
所谓足够的耐久性能，系指结构在规定的工作环境中， 在预定时期内，其材料性能的恶化不会导致结构出现 不可接受的失效概率。
从工程概念上讲，足够的耐久性能就是指在正常维护 条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
1、结构的功能要求——安全性、适用性、耐久性
（3）结构转变成机动体系； （4）结构或结构构件丧失稳定(如柱的压屈失稳
等）；
桥梁结构创新设计方法讲义
承载能力极限状态涉及结构的安全问题， 可能导致人员伤亡和大量财产损失，所以 必须具有较高的可靠度（安全度）或较低 的失效率概率。《桥规》（JTG D62—2004） 规定：承载能力极限状态，应根据桥涵破 坏可能产生的后果的严重程度，划分为以 下三个安全等级进行设计：
因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构可靠性 与经济性之间的矛盾。既要保证结构具有适当的可靠 性，又要尽可能降低造价，做到经济合理。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
2、设计基准期
所谓设计基准期，是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。
《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283—1999）规定：桥梁结构取100年的设计基 准期。
作用效应组合
编号
13 15 16 18
可变作用不同时组合表
作用名称
不与该作用同时
参与组合的作用编号
汽车制动力
15、16、18
流水压力
设计基准期表示在这个时间域内结构的失效概率 是有效的。结构的设计基准期虽与结构使用寿命 有联系，但不等同。
当结构使用年限超过设计基准期后，表明结构的 失效概率将会比设计时的预期值大，但并不等于 结构丧失功能或报废。
桥梁结构创新设计方法讲义
二、极限状态设计法
公路桥涵结构应按承载能力极限状态和正 常使用极限状态进行设计
2 桥梁设计初步
2.1：桥梁建设程序与设计内容 任务2.2：桥梁设计作用 2.3：桥梁结构设计方法 2.4：桥梁结构图纸识读 任务2.5：钢筋混凝土材料性能
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
1、结构的功能要求
安全性 适用性 耐久性
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
安全性
结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现 的各种作用，其中包括荷载引起的内力、振动过 程中的恢复力以及由外加变形（如超静定结构的 支座沉降）、约束变形（如温度变化或混凝土收 缩引起的构件变形受到的约束）所引起的内力。
结构在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍 能保持必需的整体稳定性，不发生倒塌或连续破 坏。
桥梁结构创新设计方法讲义
一、结构的功能要求
适用性
结构在正常使用时具有良好的工作性能，不发生过大 的变形或宽度过大的裂缝，不产生影响正常使用的振 动。
耐久性
结构在正常维护下具有足够的耐久性能，不发生钢筋 锈蚀和混凝土的严重风化等现象。