谈结构可靠度下公路桥梁优化设计
浅谈可靠度在桥梁结构优化设计中的应用
，
混凝土增加截面加 固法工艺简单 适用 面广 ， 用于一般梁 、 可 叠合构件的中和轴上移 ， 使受压区部分变为 Ｍ２ 受力 过程 中的受 板 柱 、 墙等混凝土结构 的加 固。从 以往 的工程实践来 看 ， 只要 严 拉 区， 于是原受压区 的压力对叠合构件 的作用相 当于预应力 构件 格按 照规范进行设计与施工 都能取得 良好的效果 。随着 时间的
浅 谈 可靠 度 在 桥 梁 结构 优 化 设 计 中 的应 用
鹏 飞
摘 要 ： 阐述 了结构可 靠度 的基本概 念， 绍 了基于可靠度的桥梁结构优 化设计的一般方法 ， 出了结构可靠度分析 与 介 提 计算的一般 思路 ， 并结合实例论述 可靠度在桥梁结构设计 中的应用 。 关键词 ： 可靠度 ， 桥梁结构 ， 结构优 化设 计
义… 为 ：工程结构在规定 的时间内和规定条件 下 ， １ “ 完成 预定功 能 ２ １ 选择 优化 设计 参数 ． 的概率 ” 规定的时间” 。“ 是指分析结构可靠度 时考虑各项 基本变 桥梁结构是 由单个 的构 件组 成的 ， 在工作时是作为一个整 但
量与时间关 系所取用 的时 间参 数 ， 即设计 基准 期 ；规定 的条 件” 体。而 目前对于桥梁 的结构优 化设 计 ， “ 多数还停 留在单 个结构 。 是指结构设计 时所 确定 的正 常设 计、 正常 施工 和 正常 使用 的条 单个结构独立优化组合之后 ， 整体结 构就不一定是 优化的 了。这 能承受在 正常施工 和正常使用期 间可能 出现的各种作用 （ 荷载 ） 系 ， ； 改变 了单个构件 的原有性质。因此 ， 桥梁结构优化设计应该从
寸、 材料 、 加荷方式均 与相 同的整浇 梁相 比叠合构 件 的叠 合层 是 力钢筋间 的净距不应小 于 ２ Ｉ ， ０１Ｉ 并采 用短 筋焊接 连接 ， Ｔｎ 箍筋应
关于桥梁结构优化设计的探讨
路 桥 科 技
关于桥 梁结构优化设计 的探讨
鲁 楠 夏 正 光
（ 同济大学建筑设计研 究院（ 集团） 有限公司 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 桥 梁工 程是 由许 多结构 构 件 组成 的 系统 结 构 ， 是城 市基 础 设施 中一 个 重要 的 组 成部 分 ， 其 结 构 设 计 是 否科 学合 理 ， 直接
决定了桥梁的安全性 、 实用性和耐用性。文章通过对桥梁结构设计的介绍 ， 探讨一下桥 梁设计 的问题及优化 方案。
关键词： 桥 梁结 构 ； 优化设计； 问题
１现 阶段桥 梁结 构设 计 面临 的问题 加强混凝土截面刚度等方法来控制混凝土裂缝的宽度。 １ 。 １桥 梁设 计缺 乏先 进 的理论 基础 和完 善 的结构 体 系 ３桥 梁结构 设计 的优化 措施 目前 在 我 国 ，一 些桥 梁设 计 人员 在结 构设 计 时存 在 对桥 梁结 构 在这里我们探讨 的是基于可靠性的优化设计 。这种优化模式是 的整 体性 、 安 全性 和 耐久 性考 虑 片面 ， 部分 桥 梁结 构 的整 体性 延性 不 由 Ｆ ｏ ｒ ｓ ｃ ｌ ｌ 最先提出来的，他把使总耗费 （ 初始投资与期望损失值之 足， 计 算 图式 和 受力 路线 不 明 确 ， 主要 会 引起 ： 结 构局 部 受 力过 大 ， 应 和 ） 最小 化作 为优 化 目标 ， 主 要研 究 了可 靠性 与优 化 之 间的 关系 。他 力集 中； 混 凝土 强 度要 求 过低 ； 保 护层 厚 度 过小 ； 构 件 截 面 过小 或 过 指 出 ，用 整 个桥 梁结 构失 效 概率 作 为功 能约 束 的优 化过 程应 该 产 生 他认 为 ， 科 学 的优化 设 计 大等问题。这些问题都会削弱桥梁结构的耐久性 ， 会严重影响桥梁 的 出更 加平 衡 与合 理 的安全度 相一 致 的设计 。 安全 。 应该考虑桥梁结构在各种荷载作用下的性能，同时桥梁结构的服役 此 外 ，一些 桥 梁设 计人 员缺 少 动态 思维 方式 。在针 对不 同的环 期 很 长 ， 如果 不加 维 修 ， 它 的功 能 一 定会 越 来 越 衰退 ， 所 以必 然 要 及 境、 不同的使用条件和不 同的设计对象时， 不能根据变化因素对结构 时采 取相 应 的维修 和 加 固的措施 。 不难 理解 ， 桥梁 结 构设计 可靠 度 标 体系做 出合理的应对措施。在新技术、 新材料、 新工艺快速发展的情 准越高 ， 建造桥梁结构的原始成本就越少。所以会存在一个最优化设 况下， 对结构设计也提出了新要求 ， 这时候设计人员的创新意识和与 计可靠度 ， 在这个标准下 ， 桥梁结构服役期的总耗费是最小的。 时俱进的设计理念就尤为重要了。 ３ ． １充分 重视 桥梁 结构 的耐 久性设 计 在结构体系上 ， 目前 的桥梁设计普遍 的缺乏整体 的设计规划 ， 过 现行 规范 对 桥梁 设计 的要 求 是适 用 、 经济 、 安全 、 美观 ， 对桥 梁 的 于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力 ，而对其他时期 的性能 强度考虑多于耐久性 ，对使用周期 中桥梁的性能表现相当重视而忽 变化没有更为全面的考虑。桥梁工程是一个 由许多结构构件组成的 视使用极限状态和对结构 的维护。这种倾 向很大程度上造成了工程 个 系统结 构 ， 设计 人 员要 用 动态 思维 去解 决 面 临的发 展技 术 问题 ， 事故频 发 、 桥 梁结 构 质量差 ， 性 能不稳 定 、 使 用 年 限短等不 良后果 。 设 要尽可能的将未来所面临的问题计算在内，保证桥梁设计结构体系 计 人 员应 该从 思 想上 改变 这种 倾 向 ，充分 重视 对 桥梁 结构 耐 久性 的 的完整 性 。 设计 ， 不但让它在服役期内安全可靠的工作， 同时要最大限度的延长 １ Ｉ ２桥梁结 构 的可靠 性 和耐 久性 问题 它的衰退期， 安全使用的年限越长 ， 则其经济性和实用性越优化 。 桥梁 结构 可靠 性 的概 念是 ： 在 规定 的服役 基 准期 内 ， 在 正 常使 用 ３ － ２重 视对疲 劳损 伤 的研究 和维护 的情况下 ， 结合环境和结构抗力衰退等因素的影响 ， 桥梁结构 桥梁 结构 所 承受 的车辆荷 载 和风 荷 载都 是动 荷 载 ，会 在 结 构 内 在服役期过后的后续服役期内能完成预计功能的能力 。我 国桥梁结 产生循环变化 的力量 ， 会引起结构 的震动 ， 也会引起结构的积累疲劳 构设计可靠性的重视程度大于耐久性 ，重视强度极端状态而不重视 损伤 。在循环荷载作用下 ， 这些缺陷会逐渐形成宏观裂纹 ， 如果得不 使用极 限状态 ， 重视桥梁结构的建造而忽视检测和维修， 不少大桥坍 到控 制 ， 会 引起材 料 和结 构 的断 裂 。早 期 的疲 劳损 伤 不 易被 检测 到 ， 塌 都是 由于构 件疲 劳 损坏 所 引起 ，影 响 了桥梁 的承载 能力 和 使用 性 但带来的后果是不堪设想 的。设计人员要充分重视对疲劳损伤的研 能。 究 ，尽量把疲劳损伤 的因素消除，把造成不 良后果的可能性降到最 桥梁 在建 造 和使 用过 程 中 ，受 到 了外 部 和 自身环 境 的影 响导 致 低， 避免造成不可弥补的损失。 结构各部分不同程度的损伤和劣化 ， 有些桥梁仅用 １ ０年左右的时间 ３ － ３重 视对 桥梁 超载 问题 的研 究 就 因为耐 久 性 出了 问题 而影 响结 构安 全 。结 构耐 久性 不 应成 为桥 梁 ３ ． ３ ． １桥 梁年 限 过长 ， 超 龄 负载使 用 。 结构最普遍的一个安全问题， 设计时要从结构构造 、 材料等角度采取 ３ ． ３ ． ２桥 梁 同时 通行 的车 流量超 过可 承载 的最 大 限值 。 措 施来 加 强结构 耐 久 眭。 ３ ． ３ ． ３车辆违 规超 载 。 １ ． ３桥梁 结构 的疲 劳损 伤 问题 超载一 方 面会 引起 桥 梁结 构 的疲 劳损 伤 问题 ， 另一 方 面 ， 由于 超 桥 梁结 构 的疲劳 损 伤 ，是 由于桥 梁 所采 用 的材料 不 均匀 和不 连 载 引起 的桥梁 内部 结 构 的损伤 不能 恢 复 ， 使 其 工作 状态 发生 变 化 ， 危 续， 存 在许 多 微小 的缺 陷 ， 在荷 载 反 复作用 下 ， 这些 微小 缺 陷会 逐 渐变 害 桥梁 结构 的安 全 和耐用 性 。 所 以， 在 桥 梁设 计 中应重 视对 桥梁 超 化形成损伤 ，并逐渐在材料 中形成大面积裂纹 ，裂纹得不到有效控 载问题 的研究 ， 充分考虑社会 、 经济 、 环境 、 地域等因素 的影响 ， 把超 制， 极 有可 能会 引起 材料 、 结构 因脆 弱而 断裂 ， 造成 严重 后果 。 对 疲劳 载 问题 纳入桥 梁 结构设 计 中来 。 损伤 的研究不仅仅针对整体桥梁结构 ，实际上桥梁结构常常由于某 ３ ． ４施工中所能涉及到的优化设计 些关键部位的局部疲劳而导致整体结构的失效。近几年 ， 我 国发生过 ３ ． ４ ． １斜腹杆混凝土受拉开裂处理问题设计 ： 应采用局部预应力 几次大的桥梁事故 ， 都是 因为结构疲劳损伤的情况引起的。另外 ， 超 的方 法 ， 也 就是 桥 梁 只在斜 腹 杆 内布置 冷拉 级 预应 力 钢筋 ， 拱 片预 制 载也 是 导致桥 梁结 构疲 劳损 伤 的重要 原 因 。 成型后张拉锚 固，这样就大大降低 了斜腹杆拉应力和混凝土裂缝开 ２ 桥梁设 计 中应注 意 的具体 问题 及解 决方 法 展宽度。 ２ ． １设计 地基 高 度 的调整 ３ ． ４ ． ２泥 岩地 基处 理 问题 设计 ： 此 基础 的设 计 应 采用 岩 面 防水 封 地 基是 桥 梁施 工 中最 重要 的 工作 之一 ， 地 基高 度 的不 合理 ， 给 桥 闭技 术 ， 当 基坑 挖 至设 计标 高后 ， 经 平 整 和清 理 基 底后 ， 快 速 的浇 筑 梁结构建设带来很多不安全因素。由于地基土层极易风化 ， 如果解决 封 底 防水 混凝 土以保 护地 基 。 这 一措 施 可以 防止表 层地 基土 膨化 、 保 的不合理 ， 就会导致地基不够坚实 ， 地基下沉甚至地基崩溃等后果 。 持 地基 土 的强度 。 首先 ， 用封闭的防水技术 ， 可以增强桥梁地基 的稳固性能 ， 标高地基 ３ ． ４ ． ３竣 工 阶段桥 墩 抗推 问题 设计 ： 可 在 墩顶 增 设 临 时 的水平 拉 高度， 以此来保护桥梁地基强度 。 其次， 设计人员应把握好地基高度 ， 杆， 另一端与桥台锚固， 临时支架拆除前进行预张拉。这样 ， 墩基底的 在设计 阶段 ， 就应 当考虑上部结构 ， 基础和地基共同作用 ， 必要时采 应力 及抗 滑稳定 都 能够满 足规 范 的要求 。 取有效措施加强上部结构的强度 ，可以增加建造物对地基不均匀变 ４结 束语 形 的适 应能 力 。 桥 梁对我 国现 阶段 的交 通运 输 发挥 着 巨大 的作 用 。我们 在 认识 ２ － ２混凝 土 裂缝 的宽 度调 整 交通 运输 对 桥梁 作用 的同 时 ，还 要积 极 的探 讨 它在 桥梁 设计 理 论 和 裂缝 是 混凝 土构 件不 可 避免 的特 征 ， 不仅 影 响结 构 的美 观 ， 而 且 结构构造体系、 耐久性、 疲劳损伤 、
桥梁结构力学分析与优化设计
桥梁结构力学分析与优化设计桥梁是连接两个地方的关键性工程，牵涉到重要的人员和物资交通线路。
因此，桥梁结构的安全性、承载力和耐久性都是建造和维护里至关重要的方面。
设计优秀的桥梁不仅要考虑实际需求，同时必须基于理性动态力学计算，才能保证该桥梁不断经受力和气力的考验。
力学分析的介绍桥梁结构的力学分析是一项完整度较高的细致工作。
力学分析基于桥梁结构的材料类型和加载，以及桥梁结构内部的力和应力。
这些力和应力来自外部的载荷，如行人，车辆等，以及自然力如风、雪、地震等，桥梁结构必须具有相当的承重和防御能力。
在力学分析中，工程师还会考虑动态行为和结构的杆件之间的相互作用。
这些因素最终会影响桥梁结构的时间性和耐久性。
力学分析过程力学分析是一系列过程，其中包括两个基本方面，即静力学分析和动力学分析。
静力学分析主要关注桥梁结构内部的力和应力，如构件受力情况等。
而动力学分析则引入了外部载荷，如车流、地震波等，来推断桥梁结构的响应性状和性能，从而帮助工程师及时发现与修复结构方案和问题。
在静力学分析中，力学分析使用计算机辅助设计软件进行计算和实验测试，确定桥梁结构构建部件的精确节点和其连接方式，以接受外部载荷的压力、钼、弯曲和剪切力。
并通过施工现场实验，验证电脑辅助设计软件的计算结果。
动力学分析是只有在实际路况测试后才能执行的操作，这是因为它考虑到更多的动态载荷如风、山雪、污染、车流、地震等。
工程师们通常会在现场安装精密的测量仪器来监测桥梁结构的反应，并进行集中数据处理分析。
通过周期性的测试，工程师能对桥梁结构进行必要的优化调整，确保其具有足够的安全性和承载能力。
优化设计方法论优化设计是桥梁结构的核心，其旨在提高结构的状态性能和建筑时的经济性。
通常，优化设计要从以下三个方面进行:第一，在结构质量方面，对于确保结构的可靠性和耐久性，要优化结构形式和材料。
钢材和混凝土是最常用桥梁材料，因为它们具有良好的强度和耐久性。
随着技术和建筑经验的提高，现在还有更多的材料可供选择，例如高强度FRC和CFRP等。
可靠度桥梁结构优化设计
可靠度的桥梁结构优化设计摘要：基于可靠度的桥梁结构优化设计将桥梁结构作为一个整体研究，而且能够考虑和处理桥梁结构设计中的随机不确定性因素，较传统的结构优化设计更为合理。
阐述了基于可靠度的桥梁结构优化设计基本思想以及发展方向。
关键词：可靠度；桥梁结构；优化；设计abstract: based on the reliability of bridge structure optimization design will bridge structure as a whole study, but also to consider and deal with the design of bridge structure stochastic uncertainty, a traditional structure optimization design is more reasonable. the paper based on reliability of bridge structure optimization design basic ideas and development direction.keywords: reliability; bridge structure; optimization; design中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号：1引言桥梁结构设计的基本原则是安全、适用和经济。
传统的桥梁结构设计主要是采用定值设计的方法，既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素，也不能定量地分析计算安全、适用及经济的各项指标，更无法科学地协调它们之间的矛盾，使它们达到合理的平衡。
事实上，传统设计方法追求的是一个满足设计规范条件下的最低水平设计，因而提出新思路、研究新方法是十分必要的。
当前，结构优化设计在桥梁工程领域日益受到重视，但其应用的范围和程度还很不理想。
其原因除了桥梁工程设计取费标准不利于推动优化技术之外，还可归结为桥梁工程结构优化问题的如下特点：（1）桥梁工程结构设计中的大量不确定性。
大跨度桥梁的设计要点及优化措施探讨
大跨度桥梁的设计要点及优化措施探讨摘要：我国公路交通体系迅速发展，不断完善，为提高经济发挥了非常重要的作用。
而桥梁作为公路体系的重要组成部分，其在我国交通系统中的占比较大，受限于我国复杂的地质环境，各类大跨度桥梁建设规模也在逐年增加。
因此，必须掌握公路桥梁中大跨度桥梁设计重点，结合建设区域实际情况提出更为科学、有效的设计方案，保证公路桥梁中大跨度桥梁总体建设水平。
论文阐述了大跨度公路桥梁的设计要点，提出了改善大跨度公路桥梁设计水平的优化措施。
关键词：大跨度桥梁；设计要点；优化措施引言随着我国社会经济发展速度不断提高，虽然桥梁设计水平有了相应提高，能够进一步缓解大跨度桥梁设计和运行中的问题。
同时我国当前桥梁建设施工数量也在不断增加，所以，想要进一步确保大跨度桥梁建设的健康发展，就需要保证桥梁建设工作具备安全性和稳定性以及持久性的特点。
另外，对于桥梁设计工作人员来说，需要进一步完善桥梁设计的工作，将内部设计结构全面优化和完善，最终保障大跨度桥梁能够安全稳定的运行。
一、大跨度桥梁特点概述随着我国城市基础建设日益完善，桥梁作为城市重要地标及交通纽带，起到关联城市、疏导交通、美化城市的重要作用。
我国南方城市很多都将桥梁作为城市建设的重要代表之一，如长江大桥、杨浦大桥等，这些都属于大跨度桥梁。
大跨度桥梁主要是指桥梁长度、宽度较大，并且在承载能力、稳定性等方面都较为突出，这也导致了大跨度桥梁在设计中的复杂性、系统性。
大跨度桥梁具有结构规模大、结构组织规划困难、承载能力强等特点。
如图1所示，具体表现在以下四个方面：（1）项目结构规模较大。
桥梁主体结构多为大跨度结构形式，从长度、宽度等层面都突显了桥梁主体的大气、宏观。
（2）在结构组织及规划方面也较为复杂：从大跨度桥梁主体结构可以发现，很多桥梁都需要对该桥体过渡节点进行设计，并根据桥梁实际长度、宽度等进行元素融入。
（3）施工难度高。
跨度越大，工程规模越大，施工难度越大，每个细节都要处理到位。
小议山区公路小桥涵优化设计及经济性分析
小议山区公路小桥涵优化设计及经济性分析随着交通运输的发展和经济的快速增长，山区公路建设逐渐成为各地政府的重点工作。
在山区公路建设中，小桥涵作为公路交通的重要组成部分，承担着承载和引导水流、解决交通障碍、保障公路安全的重要功能。
小桥涵的优化设计和经济性分析对于山区公路的建设具有重要意义。
小桥涵的优化设计首先需要考虑的是其结构和材料的选择。
通常情况下，小桥涵的结构可以分为桥梁结构和涵洞结构两种形式。
在选择桥梁结构时，需要考虑到公路的交通量、道路的轴重、地质条件等因素，从而确定桥梁的长度、宽度和高度。
在选择涵洞结构时，需要考虑到地质条件、水流的流速和流量等因素，从而确定涵洞的长度、宽度和高度。
在选择材料时，需要考虑到公路所在地的气候条件、土壤条件和经济条件等因素，从而确定使用混凝土、钢筋混凝土还是砖石等材料。
小桥涵的优化设计还需要考虑到其施工和维护的便利性。
在施工方面，需要考虑到施工人员的安全和施工时间的紧迫性，从而确定施工方法和施工设备。
在维护方面，需要考虑到维护人员的安全和维护成本的合理性，从而确定维护方法和维护周期。
还需要考虑到小桥涵的使用寿命和抗震性能，从而确定小桥涵的设计寿命和抗震标准。
小桥涵的经济性分析是指对小桥涵的投资与收益进行评估和比较。
需要对小桥涵的建设成本进行估算，包括土地征用费用、设计费用、建设费用等。
然后，需要对小桥涵的使用效益进行评估，包括交通便利性、安全性、环境效益等。
需要对小桥涵的维护成本进行评估，包括维护人员工资、维护材料费用等。
通过比较小桥涵的建设成本和使用效益，可以评估小桥涵的经济性，并确定是否值得进行建设。
小桥涵的优化设计和经济性分析对于山区公路的建设具有重要意义。
通过合理选择结构和材料，考虑施工和维护的便利性，进行经济性分析，可以优化小桥涵的设计，并为山区公路的建设提供科学依据。
还可以提高小桥涵的使用寿命和抗震性能，减少维护和维修的成本，提高公路的安全性和可靠性，促进山区公路的发展和经济的繁荣。
桥梁结构体系可靠度优化分析探讨
基于结构可靠度分析方法的桥梁设计研究
基于结构可靠度分析方法的桥梁设计研究
乔玲玲
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2012(034)009
【摘要】结构可靠度是指桥梁结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力.结构可靠度分析方法已经较为完善,但是有关其在桥梁工程中的应用尚未看到相关文献.本文主要研究了常见结构可靠度计算方法在桥梁工程中的应用,并对比了其优缺点,明确了在桥梁工程中的应用范围.最后,以河南省某高速公路上的一座实际桥梁作为案例,进行了基于可靠度分析的设计.结果表明,基于结构可靠度分析的方法在桥梁设计中有着重大意义.
【总页数】3页(P131-133)
【作者】乔玲玲
【作者单位】河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,郑州450052
【正文语种】中文
【中图分类】TU378.2
【相关文献】
1.基于时变可靠度理论的既有桥梁结构动态可靠度指标计算
2.桥梁设计中的结构可靠度分析方法探析
3.基于结构可靠度理论的公路桥梁设计研究
4.基于动态可靠度的桥梁结构可靠度分析
5.考虑荷载历史的既有桥梁结构可靠度分析方法
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随机结构可靠性分析和优化设计研究
随机结构可靠性分析和优化设计研究随机结构可靠性分析和优化设计研究随机结构可靠性分析和优化设计是结构工程领域中的一项重要研究内容，它与结构的安全性、可靠性密切相关。
在现代工程设计中，为了确保结构的可靠性和承载能力，必须进行充分的可靠性分析和优化设计。
本文将探讨随机结构可靠性分析和优化设计的基本原理与方法。
一、随机结构可靠性分析在随机结构可靠性分析中，我们首先需要了解随机变量、概率分布和可靠度等基本概念。
1. 随机变量随机变量是描述结构参数的一种数学抽象，如荷载、材料强度等。
它的值是随机的，服从某种概率分布。
2. 概率分布概率分布描述了随机变量的取值情况。
常见的概率分布有正态分布、均匀分布、指数分布等。
通过选取适当的概率分布，我们可以对随机变量进行精确的描述。
3. 可靠度可靠度是描述结构在给定的工作时间内不发生失效的概率。
可靠度分析的目标就是通过对结构参数的概率分布进行分析，确定结构的可靠度。
对于随机结构，我们通过构建数学模型，考虑各个随机变量之间的相互影响，可以得到结构的可靠度评估方法。
1. 单变量可靠性分析单变量可靠性分析是指在考虑一个随机变量的情况下，计算结构的可靠度。
常见的方法有基于分位数和基于极限状态函数的方法。
2. 多变量可靠性分析多变量可靠性分析是指在考虑多个随机变量的情况下，计算结构的可靠度。
常见的方法有蒙特卡洛模拟、极值理论方法和相关向量法等。
二、随机结构优化设计随机结构优化设计是在已知结构函数和可靠度要求的基础上，通过调整结构参数，使结构在满足设计要求的同时具有最佳性能和经济性。
1. 可靠性约束优化设计可靠性约束优化设计是指在满足结构可靠度约束条件的前提下，寻找最优的设计方案。
常见的方法有静态法、动态法和基于遗传算法等。
2. 可靠性敏感性分析与优化可靠性敏感性分析是指在已知结构可靠度要求的情况下，通过对设计参数进行敏感性分析，找到最敏感的参数，从而进行进一步的优化设计。
随机结构可靠性分析和优化设计在工程实践中具有重要的应用。
桥梁结构耐久性的影响因素及优化设计研究
交通科技与管理167工程技术1 桥梁结构耐久性影响因素1.1 材料劣化的影响桥梁结构材料由钢筋和混凝土组成，其耐久性损失通常是从材料劣化开始的。
钢筋和混凝土的劣化可由化学或物理作用引起，主要表现形式包括混凝土碳化、钢筋腐蚀等。
（1）混凝土碳化。
大气里CO 2含量高，CO 2先和外界环境各种水分发生化学作用产生碳酸性物质，再与桥梁结构中的碱性物质产生中和反应，降低混凝土的pH 值的现象称之为混凝土的碳化。
混凝土碳化反应产物是CaCO 3，而CaCO 3溶解性较差，且体积会增加17%左右，故混凝土凝胶孔隙可能被碳化物填充，使混凝土孔隙比降低。
碳化反应还会提高混凝土脆性，降低其延展性。
但是，混凝土碳化对桥梁结构耐久性影响的最关键原因是pH 值的降低，因为pH 值较小，容易使钢筋脱钝和锈蚀。
影响桥梁结构混凝土碳化程度原因包括混凝土本身特性和外部环境两方面，前者包括水灰比、水泥用量、骨料粒径、外掺剂等，其中混凝土碳化速度与水灰比和骨料粒径成正比，与水泥用量成反比；后者主要有相对湿度、CO 2浓度、温度、施工技术等，其中混凝土碳化速度与CO 2浓度的平方根和温度成正比。
同时，环境湿度在70%~80%时，混凝土碳化速度最快。
（2）钢筋锈蚀。
桥梁混凝土一般呈碱性，会在钢筋结构表面形成一层钝化膜保护钢筋不受腐蚀。
但是在足够的O 2与H 2O 环境中，钢筋容易失去电子出现如下各种电化学反应：①阳极：Fe →Fe 2++2e；②阴极：O 2+4H 2O+4e →4OH —；③阳极二次反应：Fe 2++4OH —→Fe（OH）2。
电化学反应会破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋处于一种“脱钝状态”，此时钢筋表面会出现大量红锈，使得氯离子慢慢渗进混凝土内部。
当处于游离状态的氯离子大于临界浓度时，会加速钢筋锈蚀，即混凝土中氯离子含量越高，钢筋的锈蚀速度越快。
1.2 裂缝的影响在混凝土桥梁运营期间，出现各种构造裂缝往往是难以避免的，且随着桥梁使用时间的增加，裂缝数量和宽度也会进一步扩展。
结构可靠度下的公路桥梁优化设计
浅谈结构可靠度下的公路桥梁优化设计摘要：文章关键从何为结构可靠性以及在此理论之下的道桥构造的设计规定、公路桥梁结构目标可靠度及基于可靠度的公路桥梁结构优化设计这四个方面进行阐述。
关键词：桥梁结构；结构可靠度；结构设计在开展桥梁构造的设计的时候，一般是按照如下的理念来开展活动，即安稳，节省费用而且性能优秀。
在以往的设置工作中，关键是按照定值措施来开展设计，其意义是为了获取符合设计规定的最低的设计，它不仅仅无法描绘和分析构造中面对的各项不利现象，而且也无法体现别的内容，更加的不能够处理其存在的不利现象。
同时因为很久以来，在该项设计活动进行的时候，过分的看重其强度内容，不关注持久性特征，关注强度，忽略使用极致模式。
关注建设活动，不重视检修活动，导致存在非常多的不利现象。
最近一段时间中，我国出现的多起不利现象都是因为构造损坏而引起的，进而导致构造的受力性等被影响。
所以为了确保道桥的运作安稳，增加其使用时间，切实的提升道桥项目的稳定性和持续性，降低存在的不利现象，进而节省后续的维护资金，增加对其可靠性的探索等在道桥设计中已经成为了一项要认真关注的内容。
1 何为构造的可靠性它是构造的安稳性以及持续性等的集合。
通常，将对稳定性有作用的要素分成结构构建的荷载效应的r和抗力s。
荷载在设计基准期内有不同的组合和效应，抗力在材料性能、几何参数和计算模式下均具有不定性，所以，在具体状态中，我们只能从概率学上用失效概率度量结构的可靠性，通过将抗力和作用效应相互独立。
结合当前的统一思想，可靠度是在构造要求的时限之中，在要求背景下，开展好特定功效的几率。
所谓的要求时间，具体的说是开展该项分析的时候，通过分析构造的使用时间，分析多项变量和时间的联系而使用的最为有效地时间。
所谓的要求的背景，是说构造在平时的设计以及建设等的环境中，也就是说忽略人为的不利现象的前提下。
2 在该背景之中的道桥构造设计规定可靠度理论下公路桥梁结构设计的总要求是：结构的抗力r应大于或等于结构的综合荷载效应s，即rs。
工程结构的可靠性分析与优化设计
工程结构的可靠性分析与优化设计一、工程结构可靠性分析在工程领域中，可靠性是评估一个结构或系统的表现能力的重要指标。
一个结构的可靠性与其设计、材料、制造、安装、维护等因素都有关系。
因此，在进行可靠性分析时需要考虑全面的因素。
1.1 可靠度可靠度是表征一个系统在规定的条件下在规定的时间内正常运转的概率，是可靠性分析的核心指标。
它是指在预定的工作时间内系统不出现故障的概率。
可靠度的高低是反映一个系统的稳定性和功能性强弱的重要指标之一。
1.2 失效模式失效模式是指系统或设备在使用中可能会出现的故障形式。
失效模式会受到材料、设计、制造、运行环境等多种因素的影响，因此，需要结合实际情况进行分析。
1.3 失效概率失效概率是指在规定时间内系统或设备出现失效的概率。
同时，失效概率还可以分为随机失效概率和系数失效概率。
随机失效概率是指系统或设备在使用过程中随机出现失效的概率；系数失效概率是指受到外部因素作用或者长期使用后系统或设备出现失效的概率。
1.4 可靠性分析方法可靠性分析的方法有很多，目前应用较广的有可靠性预测、故障树分析和失效模式与影响分析等方法。
其中，可靠性预测是根据历史数据分析得出的，而故障树分析和失效模式与影响分析则是根据分析人员的判断和经验来确定的。
二、工程结构优化设计为了提高工程结构的可靠性，需要在设计阶段做好相关工作，对工程结构进行优化设计。
2.1 概念设计在概念设计中，需要确立设计目标，并确定结构类型和基本尺寸。
在确定结构类型时，需要考虑结构的质量、刚度、稳定性和可靠性等因素。
同时还要考虑使用要求和预算等条件。
2.2 详细设计在详细设计阶段，需要确定结构的所有细节并作出相应的计算和分析。
在确定材料、尺寸和连接方式时，需要考虑可靠性和经济性的平衡，以确保结构的稳定性和可靠性。
2.3 模拟分析模拟分析可以为工程结构优化设计提供数据支持。
比如，可以使用有限元方法对结构进行分析，评估结构的应力、挠度等参数，并帮助设计师进行优化。
基于可靠度理论的桥梁结构优化设计
构的 作用力， 沿程荷载商 为： 即
：
程荷载分布情况 ， 满足 自平衡条 件并且 计算简 单易 于理 解 ， 以 可
为空 间有限元程序 的编写 以及 预应 力结 构理论 分析和设 计提供 理论依据。
ｌ （ Ｄ ） Ｎ
二 ２
ｌ １ ｐ ｊ
卫 应 二 止 监 出 （） 生 １ ３
公 式 的 特例 。
版 社 ．０ ０． １３ ２ ０ ３ ３、
４ 结语
预应力对结 构的作用是 由预应力筋 的径 向力 、 预应力筋端部 的锚固力 和预应力束对结构的摩擦力组成的。
［］ ６ 叶见曙 ， 国干 ． 构设计原 理 ［ ． 袁 结 Ｍ］ 北京 ： 民交通 出版社 ， 人
１ （ ）２ ５２ ６ ３ ４ ：６ —７ ．
３ 算例
Ｆ。这段 曲线的函数表达式 如下 ： ｆ ＝３ ３ ２ ２
Ｐ（ ＝ ｘ） Ｙ＝ｆ ｘ） （
对于平面 问题进 行分 析 。不 考虑 摩擦 损 失 ， 制张 拉 力为 基础上 ， 控 能很好地反映预应力筋对结构 的作用力 。
１ ９ ． ２ —４ ． ９ ９ ２ ３ ２ ２
［］ ７ 张道 明， 梁
力， 伊新 生， 预应 力 内荷 载的新计 算方法—— 等．
文中所推导的沿程荷 载分 布力公 式能全 面地反 映预 应力沿
直接 内载法［］ 工程 力学，０７ ２ （ ）１ ４１９ Ｊ． ２ ０ ，４ ３ ：０ —０ 、
ｆ ｚ ） Ｑ （ ＝一Ｆ ｚ － ３ ｄ１ 厂（ 专 厂（ ） ２ 厂（ ） ＋ ）］
Ｑ３ ｛ ｙ ） Ｆ （） １ 厂 （） Ｑ（ ＝ 厂 ／ ＋ （）圣 ２ ［ ］
【 ２ ３） Ｑ （ ＝０ ２
［ ］ 法中． 算机辅 助 几何设 计 与非 均 匀有理 Ｂ样 条 ［ ． ３施 计 Ｍ］ 北
结构优化设计及其在桥梁中的应用
结构优化设计及其在桥梁中的应用作者：肖波朱春凤滕宇来源：《城市建设理论研究》2013年第22期【摘要】随着我国桥梁结构设计理论的不断发展，我国桥梁结构在设计理论与设计思想上都有了较大的进步，本文介绍了我国现阶段桥梁结构优化设计理念，分析了结构优化设计的常用解法，探讨了结构优化设计在桥梁中的具体应用。
【关键词】结构柔滑设计桥梁中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：一、前言桥梁一直是交通线中的重要组成部分，是为了跨越江河、沟谷或其他线路等各种障碍而修建的，是保证全线早日通车的关键所在。
经济、安全、适用是桥梁结构设计的基本原则，而我国传统的桥梁结构设计的主要方法是定值设计，这种方法既不能对桥梁结构中存在的各种客观的、不确定的因素进行有效的处理与描述，也不能定量计算分析桥梁经济、安全、舒适等各项指标。
因而，为了对经济与安全、长远效益与近期投资之间的矛盾有很好的协调，我们需要采用新的优化设计理念对桥梁结构进行分析，从而使桥梁结构设计方案能够真正优化。
二、我国现阶段桥梁结构优化设计理念随着力学理论和试验科学的不断发展，我国桥梁结构在设计理论与设计思想上都有了较大的进步，结构设计原理和可靠度理论相结合而成为工程结构规范编制的基础。
现如今我国的桥梁结构设计理论已逐渐由以往的容许应力发展到极限状态设计，使桥梁结构的安全性建立在更为理性的基础上。
一般情况下，我国桥梁结构优化设计都只进行局部优化，这主要是由于大多数桥梁的结构都较为复杂，主要为超静定与高次超静定结构，且材料参数与几何尺寸等设计变量较多，给桥梁结构整体优化带来一定困难所导致的。
但是，在对桥梁进行评价时却还是以桥梁整体效果为主。
因此，局部优化对于桥梁整体改善效果比较难以评定，而由进行过独立优化的构件构成的桥梁结构体系却不一定是最好的。
随着桥梁结构优化设计理论特别是可靠度理论的不断发展，目前我国已有数百种优化算法。
优化算法是指以可靠度为约束条件，以整体结构功能或整体动力性能与整体经济指标最优为目标的优化方法。
可靠度在公路桥梁中的应用
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｅｉｂｌｙ ｔｅ ｒ ｎ ｂ ｉｇ ｎ ｉｅ ｒｎ ｓｓ ｍｍａｉｅ ．Ｔ ｅ ｄ ｆｎｔ ｎ ｏ ｔ ｃ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｆｒｌ ｉｔ ｈ ｏ ｙｉ ｒ ｅｅ ｇｎ ｅ ｇｉ ｕ ｃ ｏ ａ ｉ ｄ ｉ ｒ ｄ ｈ ｅｉ ｉｏ ｆｓ．
靠性。度量结构可靠性的指标就是可靠度。
桥梁 的施工 建造 期是 平均风 险较 大 的阶段 ．是 结
２ 可靠度理论在 桥梁工程 中的应用
２１ 可 靠度理论 在桥 梁设 计 中的应 用 ．
构施工将结构的设计方案由图纸实现为真实结构的过 程。结构施工过程中固有的不确定性和复杂性决定 了 结构性能的千变万化 。这是结构施工阶段平均风险较
力法是用 隐含的单一安全系数来描述结构的可靠度 ．
ｌ 结 构 可 靠度 的定 义 结构可靠度是结构在规定的时间内、规定的条件
下， 完成预 定功能的概率。“ 规定时间” 是指对结构进
极限状态设计法是采用分项安全系数来描述结构的可 靠度。
采 用 分 项 系 数 极 限 状 态 设 计 方 法 有 其 严 重 的缺
维普资讯
桥粱机械与施工技术
Ｂｉ ｅＭａｈ ｅｙ ｏ ｓ ｕｔ ｎ ｅ ｈ ｏｌｇ ｒ ｇ ｃ ｉ ｒ ＆Ｃ ｎｔ ｃｉ ｃ ｎ ｏ ｙ ｄ ｎ ｒ ｏＴ
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可 靠 度 在 公 路 桥 梁 中 的 应 用
赵 培
（ 西安交通大学 人居环 境与建筑工程学院 ， 陕西 西安 ７０４） ］ ９ ０
摘
要： 总结 了可靠度理论 目 前在桥梁工程 中的应用情况。对结构可靠度的定义进行 了总结， 同时分别
谈结构可靠度下的公路桥梁优化设计
靼 国
因线 路关系而发 生的对地短路 和线间短路事故也会 引起系统停 电 ， 但要 了 时 之 需 。 解短路 原因及其位置 并不简单 。如 果线路 出现烧 毁或 断线 ， 对 于低压 电路 ， 作 ３ ． １ 断路器 投入错误 应 急处 理还 比较容 易 ， 但对 于高压电路来 说 ， 修理 或变更 线路路 径 就不是 一件 每当设备进行检 验修理或改造作 业完工后 ， 需 要将 断路 器重 新投入 电源 ， 容 易的事情 了。交 流三相 电路 和交流单相 电路 的理论很 容 易与冶 金企业 配 电 以便确认 电路运 行是否已恢复正 常。生产设备 的 电源 电路 由动力 电路和控 制 线路 相结合 ， 因此获得 了广 泛的应用 。 电路两部分组成 。一 般来说 ， 应首先激活控 制 电路的 电源 ， 继 电器和 电磁开 闭 ２ ． １ 变 压器 中性点接 地断线 器不应发生异 常动作 ， 在确认 没有警报等其他 异常情况后 ， 方可投入动 力电源 。 单相 ３ 线式变 压器可 以输 出两种电压 。当 ３ 线 采用同样粗细 的导线 时 ， 与 ３ ． ２ 线路电容对控制 继电器 的影响 单相 ２线式相 比， 用铜最 可以减少 ３ ７ ． ５ ％ 。单相 ３线式变压器 广泛应用于冶 金 表面 上看是可编程控制 器模 块的装配施 工 ， 从实 际运 行来 看 ， 有时会 出现 企业照 明、 电热负 载 ， 以及 满足一般单相 负载 的 电力 供应 。变压 器 的一 次侧 为 继 电器动 作不稳定甚至不 动作。另外 ， 常使用 传感 器来 控制远 处 的电动机 ， 使 单相高压 、 二次侧 为 ２ １ ０ Ｖ和 １ ０ ５ Ｖ两个输 出电压 等级 ， 二次侧 的 中性线 采用 Ｂ 之起动 、 制动或调 速。当控制线路 附件 有交流 动力线 路通 过时 ， 动 力线 路就会 类接地施 工。因此 ， 变压器 的对 地电压 小 于 １ ５ ０ Ｖ， 从安 全上来 说 ， 还 可以在 发 在线路 电容的作用下在 附件的控制线路 中产 生感应 电压 ， 从而对控制 装置 的正 生高压侧 与低压侧混线 接触时 ， 防止低压 侧电 压升 高的危 险。然 而 ， 当接地 线 常 工作 产生不利影响 。 已经 断线 但变压器仍 然给负载供 电时， 这 种情况 是非 常危 险的 ， 如果 这时 其他 ３ ． ３ 线路绝 缘处理不 良的影 响 电压相 发生对地短 路 ， 则接 地线的接地 电阻值对 于配 电线 路 、 变 压器 及二 次侧 正常运行 的设备 未经报警就 紧急停车 ， 如果 出 了事故 ， 多数 是发 生了短 路 的设备 机器等都将产 生很大的影 响。 或 者对 地短路事故 ， 在这种情 况下 ， 由于保护装置 已经动作 ， 因此事 故原因是 可 ２ ． ２ 地下 高压电缆对地 短路事故 以调查清楚 的。只有 检修完毕排除故 障后 ， 生产线 才 能恢复 正常 的运行 ， 如 果 从供 电线路 的条件 、 线 路的保护 、 景观上是否 合适 ， 以及 所需要 的经 费等方 经常发生停车 事故 ， 其原 因调查起来就会 很 困难 ， 但 是可 以说基 本上 是电气 方
桥梁结构优化设计
桥梁结构优化设计桥梁结构优化设计桥梁结构优化设计【1】摘要：本文作者结合实际工作经验，对大跨度桥梁优化设计进行了分析探讨，提出了自己的看法。
关键词：桥梁结构;优化设计随着我国交通事业的快速发展，大跨度桥梁的发展也十分迅速。
如何在满足结构使用要求的前提下对桥梁结构进行合理的优化设计已经成为目前大跨度桥梁设计的重要内容。
目前的桥梁技术虽然已经能够很好的解决大跨度桥梁现存的问题，但是随着桥梁跨度的不断增加，向着更长、更大、更柔方向发展，为了保证其建设的可靠性、耐久性、行车的舒适性、施工的简易性以及美观性，桥梁设计以及施工人员还有更多的工作要做。
而大跨度桥梁结构优化设计的过程，也是为了更好的处理和解决桥梁结构的安全性、适用性以及经济合理性、美观性的过程。
下面就对其设计要点进行一一阐述。
1 大跨度桥梁结构优化设计1.1 局部优化大跨度桥梁的局部优化虽然不能等同于整体，但是却优于整体，可以更好的促进桥梁结构的发展。
因为对局部的优化设计变量相对较少而使研究的难度大大减小，研究的深度因而能更透彻。
目前针对大跨度桥梁的局部结构进行优化设计研究已涉及到大跨度桥梁结构设计及施工的各个方面，主要有：加劲梁横截面的优化，斜拉索或主缆的动力优化，索力调整优化，索塔的结构优化，斜拉索和吊索锚固的优化，悬索桥锚锭的优化，桥墩及基础优化。
1.1.1加劲梁横截面的优化大跨度桥梁的加劲梁主要是由钢梁、混凝土梁、混合梁和叠合梁。
就目前建成的大跨度桥梁中，主跨梁的主要形式多数以钢梁为主，钢梁与混凝土结合梁以及混凝土梁较少且相对较小。
1.1.2斜拉索或主缆的动力优化由于斜拉桥和悬索桥是当前大跨度桥梁建设的主要桥式，两者具有共同的特点，即都是由缆索支承，且桥面柔软，属于柔性结构，其阻尼值较低。
在外部激励下，拉索极易出现大幅度的振动，如风雨交加时出现的主梁和拉索之间的耦合振动引起的参数共振、拉索的自激振等等。
拉索的大幅度振动极易引起拉索锚固端的疲劳、降低了拉索的使用寿命，严重时甚至会直接影响桥梁结构的安全系数。
桥梁结构的受力分析与优化设计
桥梁结构的受力分析与优化设计桥梁是连接两片陆地或者两个建筑物之间的一种交通工具。
无论是公路、铁路、管道还是步行桥，都需要一个稳固的结构来支撑重量。
因此，桥梁结构的受力分析和优化设计显得尤为重要。
一、桥梁的受力分析桥梁的受力分析是桥梁设计的重要组成部分。
桥梁的受力有六种: 弯矩、剪力、轴力、弯曲剪力、挤压力和拉力。
在实际的桥梁设计中，需要对这些力进行模拟计算，最终确定桥梁的主要结构。
1. 弯矩弯矩是指由于桥面的重量和交通载荷而产生的弯曲力。
这种力通常会在桥面的中间部分产生，并沿支架方向传递。
因此，在设计过程中必须确定桥面的几何形状、荷载和支撑结构。
2. 剪力剪力是指沿桥面摩擦力的方向产生的力。
这种力主要出现在桥墩和桥面之间的连接处。
对于长跨度的大型桥梁，剪力是一个非常重要的因素。
3. 轴力轴力是指桥梁纵向产生的矢量。
这种力一般出现在桥面梁和墩柱区域。
在桥面设计中，必须正确考虑各种荷载和支撑结构来平衡轴力。
4. 弯曲剪力弯曲剪力主要是由耐荷重性支撑结构的变形产生的。
这种力对于剪跨和刚性支撑结构的桥梁影响很小。
因此，在设计桥梁时，必须考虑短支跨和柔性支撑结构。
5. 挤压力挤压力是指桥梁的顶部受到的压力。
这种力主要在钢桥架、斜拉桥和桁架桥上出现。
在设计过程中必须考虑这些因素来确保桥梁的安全性。
6. 拉力拉力是指桥梁中部的受力方向。
这种力始终是一个悬空的状态，常常在钢拱桥和桥索桥上出现。
在设计过程中，必须考虑支撑结构和桥梁的几何形状。
二、优化桥梁设计桥梁结构的优化是一个复杂的过程，要确保桥梁既能承受重量，又能适应设计要求。
在优化过程中，需要考虑以下因素:1. 结构材料钢、混凝土和木材都是常用的桥梁材料。
在选择哪种结构材料时，必须考虑成本、可靠性和可持续性等因素。
2. 桥梁形状桥梁形状往往取决于建筑物之间的距离和道路的地形。
桥的形状会影响桥的受力和稳定性。
因此，在设计过程中必须考虑最佳的桥梁形状。
3. 荷载桥梁设计中比较常见的荷载有重载、过载、风荷载和温度荷载。
浅谈结构可靠度下的公路桥梁优化设计
浅谈结构可靠度下的公路桥梁优化设计发布时间：2023-02-20T01:14:23.500Z 来源：《工程建设标准化》2022年19期10月作者：谢飞王晓丹于浩[导读] 随着我们国家经济不断向前发展，社会不断进步谢飞王晓丹于浩大连日中技研有限公司，辽宁大连 116023摘要：随着我们国家经济不断向前发展，社会不断进步，人们生活水平不断提高的当下对于外部环境的需求也是水涨船高，道路是人们生活中的一部分，公路的出现，不断改善人们的出行水平，便利了人们的出行方式，尤其是城镇化进行不断加快，对于公路和桥梁的需求也越来越高。
但就当前来看，由于以往的实际方面不够完善，导致最终投入使用后难以满足现实需求，甚至导致道路发生严重破坏也常有发生，导致了一些地方经济受损，甚至也影响了给人们的生命安全，不利于公路的稳定运行。
关键词：结构可靠度；公路桥梁；优化设计随着人们对于公路和桥梁的需求日渐增多，在未来公路和桥梁结构进行设计时，必须要确定其稳定性和经济性。
在整个桥梁构造设计中，除了稳定性和经济性还要确保性能优良，最大程度减少费用支出和成本支出。
相比于传统优化设计仅仅针对于数值，而忽略了公路和桥梁结构中风险因素的预判功能，这也导致很多公路和桥梁在投入使用后，有极大的安全隐患，仅仅能满足最基础的需求，因此对于公路和桥梁结构设计，需要满足对于未来未知风险因素预判，才能够确保公路和桥梁在投入使用之后既保证稳定性还能够确保安全性。
所以本文将着重论述结构可靠度，在该背景下构造的设计规定等方面，希望为广大读者带来有益的参考和借鉴作用[1]。
一、结构可靠度的概念结合当下公路和桥梁设计的方向，要以可靠度为基础，才能够确保公路桥梁设计是满足未来发展需要的同时，在投入使用之后也能够保证稳定性，在规范的要求之内确定竣工时期，要根据整体的使用寿命以及现实情况以及各类变量，他们之间的关系做好分析确定最有效的时间。
在正常建设环境和自然条件之下，满足桥梁和公路的设计需求，以确保不受到更多的人为干扰，以上为结构可靠度的概念[2]。
基于可靠度的桥梁结构优化设计
］ ：
（） 统 的结 构 优 化 主 要 是 针 对 单 个 构 件 （ 截 面 ） 行 的 ． 际 上 ， 个 构 件 独 立 优 化 后 拼 １传 或 进 实 各 凑 而 成 的 结 构 体 系并 不 一定 优 化 ． 因有 二 ： 将 一 个 结 构 体 系 各 个 构 件 分 别 处 理 ， 割 裂 了体 原 ① 就 系 各 个构 件 之 间 的横 向约 束 ， 化 对 象 就 不 再 是 原 来 的 “ 系 ” 而 是 一 些 独 立 的 构 件 ， 而 改 变 优 体 ， 从 了原 有 体 系 的 性 质 ； 结 构 体 系 总 体 的 利 益 有 时 要 求 某 些 部 分 做 出 牺 牲 ， 果 各 部 分 单 独 优 ② 如
桥梁 结 构 设 计 的基 本 原 则 是安 全 、 用 和 经 济 ． 统 的桥 梁 结 构 设 计 主 要 是 采 用 定 值 设 计 适 传 的方 法 ， 不 能 描 述 和 处 理桥 梁 结 构 中客 观 存 在 的各 种 不 确 定 性 因 素 ， 不 能 定 量 地 分 析 计 算 既 也 安 全 、 用 及 经 济 的各 项 指 标 ， 无 法 科 学 地 协 调 它 们 之 间 的 矛 盾 ， 它 们 达 到 合 理 的平 衡 ． 适 更 使 事 实 上 ， 统 设 计 方 法 追 求 的 是 一 个 满 足 设 计 规 范 条 件 下 的 最 低 水 平 设 计 ， 而 提 出新 思 路 、 究 传 因 研
步研 究 的关键 问题 ．
关键 词 ： 梁结构 ； 构 可靠 度 ； 构优 化设 计 桥 结 结
中 图 分 类 号 ： Ｕ １ ． ； ４ １ Ｔ Ｉ４． Ｔ ３ １２ Ｕ ４ ；Ｂ １ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７７ ６ （０２ ０ ．０ ００ １０ ．１２ ２０ ）３０ ５－６
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谈结构可靠度下的公路桥梁优化设计
【摘要】本文主要从结构可靠度的定义、可靠度理论下公路桥梁结构设计要求、公路桥梁结构目标可靠度及基于可靠度的公路桥梁结构优化设计这四个方面进行阐述。
【关键词】桥梁结构；结构可靠度；结构设计
【中图分类号】u448.14 文献标识码：b 文章编号：1673-8500（2013）03-0028-02
桥梁结构设计的基本原则是安全、适用和经济。
传统的桥梁结构设计主要是采用定值设计的方法，目的是追求一个满足设计规范条件下的最低水平设计，其既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素，也不能定量地分析计算安全、适用及经济的各项指标，更无法科学地协调它们之间的矛盾，使它们达到合理的平衡。
且由于一直以来我国在桥梁设计过程中，存在着考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态；重视桥梁结构的建造而忽视其检测和维护，使结构安全性存在不同程度的隐患和缺陷。
近几年来，国内发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件疲劳损坏（如结构开裂、变形过大等）所导致，从而严重影响桥梁结构的承载能力和使用性能。
因此，为了保证桥梁安全运营、延长其使用寿命以及提高桥梁的安全性和耐久性，减少早期桥梁病害，从而节约后期桥梁的维修费用，加强对桥梁结构可靠性研究及可靠性在公路桥梁结构设计中的应用已迫在眉睫。
1 结构可靠度的定义
结构的可靠性是指结构的安全性、适用性和耐久性的统称。
一般情况下，总是将影响结构可靠性的因素归纳为结构构建的荷载效应的r和抗力s。
荷载在设计基准期内有不同的组合和效应，抗力在材料性能、几何参数和计算模式下均具有不定性，因此在现实情况下，我们只能从概率学上用失效概率度量结构的可靠性，通过将抗力和作用效应相互独立。
根据当前国际上的一致看法，结构可靠度是指工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
“规定时间”是指结构进行可靠度分析时，结合结构使用期，考虑各种基本变量与时间的关系所取用的基准时间；“规定的条件”是指结构在正常设计、施工和使用的条件下，即不考虑人为过失的影响；“预定功能”是指正常施工和使用时，结构能承受可能出现的各种作用，同时具有良好的工作性能，有足够的耐久性能，以及在设计规定的偶然事件发生时和发生后，结构能够保持必需的整体稳定性。
可靠度概念中的“规定时间”是指结构设计基准期，一般大多数国家是50年，且有一个关系就是：“规定的时间越长，结构可靠度就越低”。
目前，根据我国《公路桥涵设计通用规范》（jtj d60-2004）中规定，公路桥梁结构的设计基准期为100年。
2 可靠度理论下公路桥梁结构设计要求
可靠度理论下公路桥梁结构设计的总要求是：结构的抗力r应大于或等于结构的综合荷载效应s，即rs。
在公路桥梁结构可靠性设计中，即规定的条件就是在正常情况下的施工，则将截面承载力的安全指标b作为结构的可靠指标；将结构在失效状态时的概率称为失效概率。
但由于实际中抗力和荷载效应均为随机量，因此上式并不能绝对满足，而只能在一定概率意义下满足。
即p{rs}=pr。
其中，pr为结构的概率可靠度。
因此，结构设计更明确的要求是：在一定的可靠度pr或失效概率pj条件下，进行结构设计，使得结构的抗力大于或等于结构的综合荷载效应。
而在公路桥梁结构设计中，一般需要确定结构的失效标准和失效模型；确定结构的目标可靠指标；推求设计表达式。
3 公路桥梁结构目标可靠度
目标可靠指标是结构设计的依据，是结构设计所要预期达到的安全水平指标。
而度量结构可靠性的指标就是可靠度。
其优点是目标可靠指标与失效概率或目标可靠度（可靠概率）有一一对应关系。
因此，要将概率极限状态设计法用于公路桥梁结构设计，首先需要设计者确定以多大的失效概率作为设计目标，即目标可靠指标应选多大（其以结构的重要性、失效后果、破坏性质、经济指标等因素分析确定）。
当所设计的结构构件失效概率小，即可靠指标大，结构的可靠程度提高，相应的工程造价高，而维护费用降低，投资风险及给社会带来的后果就小；反之，失效概率大，即可靠指标小，结构的可靠程度低，工程造价低，维护费用高，投资风险及给社会带来的后果等问题就多。
目前，根据我国现行公路桥梁设计规范条件下桥梁结构构件可靠度校准的结果，经综合分析，并参考国内外各种结构构件目标可靠指标的建议值，《公路工程结构可靠度设计统一标准》（cb/t 50283—1999）建议我国公路桥梁二级结构构件在设计基准期内的目标可靠指标为：
主要组合（汽车、人群、结构自重和土引起的或其中部分引起的效应组合）：
延性破坏构件bt=4.2
脆性破坏构件bt=4.7
附加组合（在主要组合的基础上再加上其他作用效应的组合）：延性破坏构件bt=3.7
脆性破坏构件bt=4.2
上述建议值分别相应于现行公路桥梁结构设计规范延性破坏构
件和脆性破坏构件可靠指标的下限值。
对于一级和三级公路桥梁结构构件，相应的目标可靠指标可根据我国《工程结构可靠度设计统一标准》（cb 50253—1999）的要求，在已确定的二级结构构件目标可靠指标的基础上各分别增减0.5，这个要求依然是工程经验性的要求。
4 基于可靠度的公路桥梁结构优化设计
4.1结构优化模型
基于可靠度的桥梁结构优化模型可以决策出各个构件的最优可
靠度，各个构件的优化设计就是以最小的造价实现它的最优可靠
度，这就将结构整体优化设计方法分成以下三个方面：
4.1.1选择设计变量
一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价c1和损失期望c2）和约束控制参数（结构的可靠度ps）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量。
4.1.2确定目标函数
一般用全桥所设计的梁结构造价之和作为目标函数进行优化。
首先，假设所设计的梁在使用期内失效概率为pf，其失效以达到或超过极限状态为标志，一旦结构损坏必须考虑重建。
因此，桥梁结构的可靠度优化设计问题就归结为寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率pf，从而使总费用c最小。
minc=c1+c2pf
式中，c：目标函数；
c1：结构造价；
c2：结构的损失期望，失效概率为pf时可能造成的失效结构的恢复费用。
结构失效概率为pf。
4.1.3确定约束条件
公路桥梁结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终
极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。
在设计中，要使结构优化设计应用于实际桥梁工程，则是将公路桥梁设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。
4.2选择优化设计计算方法
桥梁结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。
可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、powen法等。
4.3进行程序设计
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
4.4结果分析
对计算结果进行分析，确定最优设计方案。
综上所述，基于可靠度的公路桥梁结构设计方法，其不仅考虑到设计参数中设计向量、目标函数和约束函数的随机性、模糊性和未确知性等，以及材料和施工质量的不确定性，使得设计人员在设计时利用桥梁结构的目标可靠度或失效概率，来描述更为科学和定量的安全可靠程度，实现安全、适用、耐久的设计要求；另外其还考虑到不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内的经济指标，考虑如何以最低的造价实现最佳的经济效益，实现经济、合理和美观的设计要求。
在文章中，以结
构可靠度为控制参数，既能处理桥梁结构中的随机不确定性，又能使安全与经济之间、近期投资与长远效益之间的矛盾得到最佳的协调，从而使公路桥梁设计方案在安全、适用、经济的条件下达到最佳优化。