桥梁结构设计规范-历史,现状及发展
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李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 4
制订设规的原理：结构设计的三要素
¾ ¾ ¾
2012-01-18
结构设计理论的发展历程
产生年代 19世纪 中叶之前 1826年提出 沿用至今 20世纪30年代 前苏联 20世纪50年代 前苏联 40～70年代 美，前苏联
水准III－全概率法
方法名称 基于试验和经 验的方法
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
2
结构设计规范的性质与特征
具体性，其内容是与人的认识和经验分不开的 局限性，即便对同一类结构，适用范围（对象）也有限制 发展性，随着科技的进步和工程的发展，其内容也需不断发展和 更新（不指望一次解决所有问题） 严肃性，一经批准颁布执行，全部（或部分）条款必须严格执行 服务性，明确回答和解决问题；有翔实的条文说明与参考文献， 以便用户可正确理解，容易掌握，减少人为失误 以便 内容成熟，其条文反应的是已有的公认成果（包括理论和试验成 果，以及工程经验）的总结（要给予老规范充份的尊重） 编排合理，章节划分，逻辑关系，符号体系 文字简炼，文字应尽量做到简洁，精炼，明晰，准确，杜绝矛盾 与歧义
何为欧洲结构规范？
¾
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
6
采用欧洲结构规范的潜在好处
协调欧洲工程领域的劳务市场 有利于材料、构件和配件的使用、采购及销售 通过构建共同的设计框架，强化土木工程理论研究和技术 发展的共同基础 加大设计方法的透明度，易于设计方、官方和业主等之间 的沟通交流 可为设计施工提供通用的设计指南、手册、软件等 增强欧洲土木工程在全球范围内的竞争力 在欧洲不同地区，可获得更为一致的工程安全性水准 核心：协调技术规范，消除欧洲贸易中的技术障碍
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
17
AASHTO桥梁规范发展过程
美国：1971，混凝土建筑LRFD设计；1986，钢结构LRFD设计 1979, Ontario Highway Bridge Design Code (OHBDC) 第一版发 布，基于可靠度极限状态校准的桥梁规范 桥梁工程师－提议－1986, NCHRP（美国国家合作公路研究项 目）Project 20-7/31, “Development of Comprehensive Bridge Specification and Commentary” 四大任务：
¾ ¾ ¾ ¾
调研（加拿大，英国，德国，日本等） 审查AASHTO文件中可纳入规范的内容，找出过去规范中的不足，gap 评估采用基于概率的规范的可行性 准备规范和条文说明的框架文件，提出组织和运行方式的建议
由Modjeski & Masters, Inc. 承担修编工作，1987年开始，1993 年结束，草案的第4版，投票通过 1994年发布第1版LRFD规范，2010发布至第5版
久性结构
桥梁的适用范围（各成员国情况不尽相同）
¾ ¾ ¾
公路桥 铁路桥（含高铁桥梁） 人行及自行车桥
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 8
2012-01-18
规范的基本特色（续）
规范条文的类型
¾
¾
所有条款分为两类，一类为原 则性条款（Principles），一类 为应用性条款（Application Rules） 原则性条款描述结构性能的基 本要求，必须满足；应用性条 款则是满足原则性条款要求可 采用的方法（非强制性）
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 12
2012-01-18
欧洲结构规范－内在关系
Concrete structures design Timber structures design
Steel structures design
Composite steel and concrete structures design Aluminium structures design
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
10
欧洲结构规范的历史和现状－进程（续）
CEN拥有众多的负责标准工作的技术委员会，其中的
CEN/TC250委员会负责目前欧洲规范的制订工作。 1990 – 1998，规范各部分的（英语）试行版本（ENVs） 陆续面市。 1998 – 2006，陆续转换ENVs为正式的欧洲规范（EN） 2002，第一部分欧洲结构规范出版 (EN 1990) 2003，委员会建议各成员国接受欧洲结构设计规范EN 2006，出版了所有的欧洲结构规范，共计58册 2006 – 2010，欧洲规范与成员国规范共用期 2010 ，全面实施欧洲结构规范，撤销与欧洲结构规范相 抵触的各成员国规范
规范校准 新一代规范
设规的三个层次 1 工程结构 2 行业结构 3 具体结构
结构可靠度分析
数据采集 统计分析
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
5
欧洲结构规范的历史和现状－概述
背景资料
¾ ¾
¾ ¾
欧共体（European Communities, EC），1965 欧盟（European Union , EU），1993，“多元一体”的国 家联合体 成员国，6次扩充，27个（2007年） 人口，5亿多；面积，400多万平方公里（2010年） 对建筑和土木工程结构物，制订出的一套（10册58篇） 欧盟共用的技术规范，最终替代各成员国采用的各不相 同的规范。
¾ ¾ ¾
制订规范的技术框架 分项系数的制订方法（含可靠度调控方法） 适用的设计理论和方法（在各具体规范中）
有什么问题？－设计体系调整与培训交流
2012-01-18 李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 16
美国AASHTO规范简介
AASHTO（American Association of State Highway and
Masonry structures design
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
13
欧洲标准的“三足鼎立”
Example
Example
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
14
EN1990 Eurocode 主要内容和技术体系
内容组成 作用和范围 应用前提 基本要求 对可靠度的调控 设计工作寿命与基准期 结构耐久性要求 设计状况 极限状态分类 极限状态设计 作用（荷载） 材料与几何特性 分项系数法－设计值，验 算，作用效应组合
设计公式
K= 破坏荷载 工作荷载
方法特征
模型或实物试验 可揭示构件的真实承载能力 难以应付所有出现的问题 基于结构分析理论、材料及构件试验和荷载测定 结构任一点的应力，不超过[ ] 三点不足：不同状态，系数单一，无可比性 凭计算（无需试验）就可确定荷载安全系数 以截面内力（而不是截面应力）为验算对象 规定了各种极限状态及其内涵 将大K转化成多个（一般为三类）系数，分别用 于考虑荷载、荷载组合和材料的不定性影响 解决了“不同状态”和“系数单一”问题 以极限状态作为结构的设计状态 以概率论方法处理结构的可靠性问题 统一指标（PF或 ），解决了“无可比性”问题
桥梁结构设计规范：历史、现状及发展
土木工程学院 桥梁工程系 李亚东 博士 教授 ydli@swjtu.cn 2012-1-17 天津
交流内容
2012-01-18
结构设计规范的性质、特征、组成与内容 结构设计理论的发展历程 欧洲结构规范简介 美国AASHTO规范简介 中国公路桥规、铁路桥规的发展历程 对转轨中若干技术问题的考虑 基于极限状态的规范修订技术框架 对铁路工程、铁路桥规转轨的认识与建议 结构设计规范的发展趋势
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
7
规范的基本特色
方法－基于极限状态概念，采用分项系数法 对象
¾ ¾ ¾
建筑结构 土木工程结构（桥梁，筒体，管道，塔桅等） 对特殊结构（大坝、核电站等），需用到其他相关规范
材料－钢，混凝土，铝，木，砌体等 结构－新建结构，既有结构；不同寿命要求的临时结构和永
Transportation Officials）美国各州公路和运输工作者协会 修订－1931年初版，大约每隔4年修订一次 现行规范－AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, LRFD－Load and Resistance Factor Design荷载与抗力系 数设计 内容－1、概述；2、总体设计和桥位特征；3、荷载及荷载 系数；4、结构分析及评价；5、混凝土结构；6、钢结构； 7、铝结构；8、木结构；9、桥面和桥面系；10、基础； 11、桥台、桥墩和挡土墙；12、埋置式结构和隧道衬砌； 13、栏杆；14、接缝和支座
2012-01-18 李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 3
结构设计规范的组成与内容
设计所要达到的目的：满足相关的设计原则和要求 设规的内容：
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
作用及作用效应组合－荷载测定 结构内力分析方法－结构分析 材料和工艺－材料试验 材料及构件试验 构件及连接的抗力－结构试验 构件及连接的验算方法－结构验算 构造规定（工程经验） 作用（荷载）与作用效应分析——结构分析 材料、构件和连接的尺寸选择与抗力设计——结构设计 结构可靠性（安全，适用，耐久）验算——设计理论体系
容许应力法
[ ] = y /K ≤[ ]
极限荷载法
KS ≤ R
承载能力极限状态 正常运营极限状态 破坏-安全极限状态
（分项系数法）
极限状态法
概率（极限状 态）设计法
水准II－近似概率法
PF ≤ [ PF ] ≥[ ]
水准I－半பைடு நூலகம்率法
S d (γ g G; γ q ∑Q) ≤ γ b Rd (Rc γ c ; Rs γ s ) △d≤ △L
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 11
2012-01-18
欧洲结构规范－组成
规范组成（计10册，每册由若干篇组成，合计58篇）
EN 1990 Eurocode : 结构设计基础 EN 1991 Eurocode 1: 结构上的作用 EN 1992 Eurocode 2: 混凝土结构设计 EN 1993 Eurocode 3: 钢结构设计 EN 1994 Eurocode 4: 钢－混凝土组合结构设计 EN 1995 Eurocode 5: 木结构设计 EN 1996 Eurocode 6: 圬工（砌体）结构设计 EN 1997 Eurocode 7: 土工设计 EN 1998 Eurocode 8: 结构抗震设计 EN 1999 Eurocode 9: 铝结构设计
成员国层面的欧洲规范的组成 与格式 修订周期～ 5年
2012-01-18
a. b. c. d. e. f.
成员国标题页 成员国前言 EN（正式版本）标题页 EN正文 EN附录 成员国附录
9
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
欧洲结构规范的历史和现状－进程
20世纪70年代初期，欧共体委员会（Commission of
EN 1990 设计基础
2012-01-18
EN1990 极限状态设计的 技术框架
15
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
对欧洲结构规范的总体认识（特点）
规范构成：系统性 规范内容：丰富与庞杂
¾ ¾ ¾
工程对象与材料 成员国的规范附录 条款的相互引用，套嵌较深
具体设计：理论和方法内容先进 可资借鉴之处？
European Communities，CEC）建议制订一套工程结构方 面的欧洲规范，使其在一段时间内与各国规范平行使用， 在若干年后逐步取代各国规范。 初步设想是：利用国际结构安全度联合委员会（JCSS）的 结构规范草案，在增添其它内容的基础上，形成欧洲规范 的基本技术框架。 1975年，开始编制欧洲结构规范 1990年，经成员国内部协商，决定将欧洲规范的后续工作 （进一步发展，修订完善和翻译出版等）转交给欧洲标准 委员会（Comité Européen de Normalisation，CEN）。
制订设规的原理：结构设计的三要素
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2012-01-18
结构设计理论的发展历程
产生年代 19世纪 中叶之前 1826年提出 沿用至今 20世纪30年代 前苏联 20世纪50年代 前苏联 40～70年代 美，前苏联
水准III－全概率法
方法名称 基于试验和经 验的方法
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
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结构设计规范的性质与特征
具体性，其内容是与人的认识和经验分不开的 局限性，即便对同一类结构，适用范围（对象）也有限制 发展性，随着科技的进步和工程的发展，其内容也需不断发展和 更新（不指望一次解决所有问题） 严肃性，一经批准颁布执行，全部（或部分）条款必须严格执行 服务性，明确回答和解决问题；有翔实的条文说明与参考文献， 以便用户可正确理解，容易掌握，减少人为失误 以便 内容成熟，其条文反应的是已有的公认成果（包括理论和试验成 果，以及工程经验）的总结（要给予老规范充份的尊重） 编排合理，章节划分，逻辑关系，符号体系 文字简炼，文字应尽量做到简洁，精炼，明晰，准确，杜绝矛盾 与歧义
何为欧洲结构规范？
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2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
6
采用欧洲结构规范的潜在好处
协调欧洲工程领域的劳务市场 有利于材料、构件和配件的使用、采购及销售 通过构建共同的设计框架，强化土木工程理论研究和技术 发展的共同基础 加大设计方法的透明度，易于设计方、官方和业主等之间 的沟通交流 可为设计施工提供通用的设计指南、手册、软件等 增强欧洲土木工程在全球范围内的竞争力 在欧洲不同地区，可获得更为一致的工程安全性水准 核心：协调技术规范，消除欧洲贸易中的技术障碍
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
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AASHTO桥梁规范发展过程
美国：1971，混凝土建筑LRFD设计；1986，钢结构LRFD设计 1979, Ontario Highway Bridge Design Code (OHBDC) 第一版发 布，基于可靠度极限状态校准的桥梁规范 桥梁工程师－提议－1986, NCHRP（美国国家合作公路研究项 目）Project 20-7/31, “Development of Comprehensive Bridge Specification and Commentary” 四大任务：
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调研（加拿大，英国，德国，日本等） 审查AASHTO文件中可纳入规范的内容，找出过去规范中的不足，gap 评估采用基于概率的规范的可行性 准备规范和条文说明的框架文件，提出组织和运行方式的建议
由Modjeski & Masters, Inc. 承担修编工作，1987年开始，1993 年结束，草案的第4版，投票通过 1994年发布第1版LRFD规范，2010发布至第5版
久性结构
桥梁的适用范围（各成员国情况不尽相同）
¾ ¾ ¾
公路桥 铁路桥（含高铁桥梁） 人行及自行车桥
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 8
2012-01-18
规范的基本特色（续）
规范条文的类型
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所有条款分为两类，一类为原 则性条款（Principles），一类 为应用性条款（Application Rules） 原则性条款描述结构性能的基 本要求，必须满足；应用性条 款则是满足原则性条款要求可 采用的方法（非强制性）
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 12
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欧洲结构规范－内在关系
Concrete structures design Timber structures design
Steel structures design
Composite steel and concrete structures design Aluminium structures design
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李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
10
欧洲结构规范的历史和现状－进程（续）
CEN拥有众多的负责标准工作的技术委员会，其中的
CEN/TC250委员会负责目前欧洲规范的制订工作。 1990 – 1998，规范各部分的（英语）试行版本（ENVs） 陆续面市。 1998 – 2006，陆续转换ENVs为正式的欧洲规范（EN） 2002，第一部分欧洲结构规范出版 (EN 1990) 2003，委员会建议各成员国接受欧洲结构设计规范EN 2006，出版了所有的欧洲结构规范，共计58册 2006 – 2010，欧洲规范与成员国规范共用期 2010 ，全面实施欧洲结构规范，撤销与欧洲结构规范相 抵触的各成员国规范
规范校准 新一代规范
设规的三个层次 1 工程结构 2 行业结构 3 具体结构
结构可靠度分析
数据采集 统计分析
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
5
欧洲结构规范的历史和现状－概述
背景资料
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欧共体（European Communities, EC），1965 欧盟（European Union , EU），1993，“多元一体”的国 家联合体 成员国，6次扩充，27个（2007年） 人口，5亿多；面积，400多万平方公里（2010年） 对建筑和土木工程结构物，制订出的一套（10册58篇） 欧盟共用的技术规范，最终替代各成员国采用的各不相 同的规范。
¾ ¾ ¾
制订规范的技术框架 分项系数的制订方法（含可靠度调控方法） 适用的设计理论和方法（在各具体规范中）
有什么问题？－设计体系调整与培训交流
2012-01-18 李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 16
美国AASHTO规范简介
AASHTO（American Association of State Highway and
Masonry structures design
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
13
欧洲标准的“三足鼎立”
Example
Example
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
14
EN1990 Eurocode 主要内容和技术体系
内容组成 作用和范围 应用前提 基本要求 对可靠度的调控 设计工作寿命与基准期 结构耐久性要求 设计状况 极限状态分类 极限状态设计 作用（荷载） 材料与几何特性 分项系数法－设计值，验 算，作用效应组合
设计公式
K= 破坏荷载 工作荷载
方法特征
模型或实物试验 可揭示构件的真实承载能力 难以应付所有出现的问题 基于结构分析理论、材料及构件试验和荷载测定 结构任一点的应力，不超过[ ] 三点不足：不同状态，系数单一，无可比性 凭计算（无需试验）就可确定荷载安全系数 以截面内力（而不是截面应力）为验算对象 规定了各种极限状态及其内涵 将大K转化成多个（一般为三类）系数，分别用 于考虑荷载、荷载组合和材料的不定性影响 解决了“不同状态”和“系数单一”问题 以极限状态作为结构的设计状态 以概率论方法处理结构的可靠性问题 统一指标（PF或 ），解决了“无可比性”问题
桥梁结构设计规范：历史、现状及发展
土木工程学院 桥梁工程系 李亚东 博士 教授 ydli@swjtu.cn 2012-1-17 天津
交流内容
2012-01-18
结构设计规范的性质、特征、组成与内容 结构设计理论的发展历程 欧洲结构规范简介 美国AASHTO规范简介 中国公路桥规、铁路桥规的发展历程 对转轨中若干技术问题的考虑 基于极限状态的规范修订技术框架 对铁路工程、铁路桥规转轨的认识与建议 结构设计规范的发展趋势
2012-01-18
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
7
规范的基本特色
方法－基于极限状态概念，采用分项系数法 对象
¾ ¾ ¾
建筑结构 土木工程结构（桥梁，筒体，管道，塔桅等） 对特殊结构（大坝、核电站等），需用到其他相关规范
材料－钢，混凝土，铝，木，砌体等 结构－新建结构，既有结构；不同寿命要求的临时结构和永
Transportation Officials）美国各州公路和运输工作者协会 修订－1931年初版，大约每隔4年修订一次 现行规范－AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, LRFD－Load and Resistance Factor Design荷载与抗力系 数设计 内容－1、概述；2、总体设计和桥位特征；3、荷载及荷载 系数；4、结构分析及评价；5、混凝土结构；6、钢结构； 7、铝结构；8、木结构；9、桥面和桥面系；10、基础； 11、桥台、桥墩和挡土墙；12、埋置式结构和隧道衬砌； 13、栏杆；14、接缝和支座
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结构设计规范的组成与内容
设计所要达到的目的：满足相关的设计原则和要求 设规的内容：
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作用及作用效应组合－荷载测定 结构内力分析方法－结构分析 材料和工艺－材料试验 材料及构件试验 构件及连接的抗力－结构试验 构件及连接的验算方法－结构验算 构造规定（工程经验） 作用（荷载）与作用效应分析——结构分析 材料、构件和连接的尺寸选择与抗力设计——结构设计 结构可靠性（安全，适用，耐久）验算——设计理论体系
容许应力法
[ ] = y /K ≤[ ]
极限荷载法
KS ≤ R
承载能力极限状态 正常运营极限状态 破坏-安全极限状态
（分项系数法）
极限状态法
概率（极限状 态）设计法
水准II－近似概率法
PF ≤ [ PF ] ≥[ ]
水准I－半பைடு நூலகம்率法
S d (γ g G; γ q ∑Q) ≤ γ b Rd (Rc γ c ; Rs γ s ) △d≤ △L
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展 11
2012-01-18
欧洲结构规范－组成
规范组成（计10册，每册由若干篇组成，合计58篇）
EN 1990 Eurocode : 结构设计基础 EN 1991 Eurocode 1: 结构上的作用 EN 1992 Eurocode 2: 混凝土结构设计 EN 1993 Eurocode 3: 钢结构设计 EN 1994 Eurocode 4: 钢－混凝土组合结构设计 EN 1995 Eurocode 5: 木结构设计 EN 1996 Eurocode 6: 圬工（砌体）结构设计 EN 1997 Eurocode 7: 土工设计 EN 1998 Eurocode 8: 结构抗震设计 EN 1999 Eurocode 9: 铝结构设计
成员国层面的欧洲规范的组成 与格式 修订周期～ 5年
2012-01-18
a. b. c. d. e. f.
成员国标题页 成员国前言 EN（正式版本）标题页 EN正文 EN附录 成员国附录
9
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
欧洲结构规范的历史和现状－进程
20世纪70年代初期，欧共体委员会（Commission of
EN 1990 设计基础
2012-01-18
EN1990 极限状态设计的 技术框架
15
李亚东：桥梁设计规范：历史，现状及发展
对欧洲结构规范的总体认识（特点）
规范构成：系统性 规范内容：丰富与庞杂
¾ ¾ ¾
工程对象与材料 成员国的规范附录 条款的相互引用，套嵌较深
具体设计：理论和方法内容先进 可资借鉴之处？
European Communities，CEC）建议制订一套工程结构方 面的欧洲规范，使其在一段时间内与各国规范平行使用， 在若干年后逐步取代各国规范。 初步设想是：利用国际结构安全度联合委员会（JCSS）的 结构规范草案，在增添其它内容的基础上，形成欧洲规范 的基本技术框架。 1975年，开始编制欧洲结构规范 1990年，经成员国内部协商，决定将欧洲规范的后续工作 （进一步发展，修订完善和翻译出版等）转交给欧洲标准 委员会（Comité Européen de Normalisation，CEN）。