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桥梁工程概论:结构功能要求和设计内容

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在正常使用期间内具有良好的工作性能,如抵抗过大变形和开裂的能力,这是对结构适用性的要求。因安全性涉及人身安全和财产损失,故一直是结构可靠性的主要内容。衡量结构安全性的指标称为安全度。这是指以安全、经济的途径来满足结构的功能要求,且使结构在设计基准期内具有期望的可靠性。图10.1结构设计的内容及其关系

桥梁工程概论:结构功能要求和设计内容

1.结构的功能要求

由各种材料建造的桥梁是一种人工构筑物。它们在自然环境中,在相当长的一段时间内,需要安全地承受车辆、人群等使用荷载,经受强风、温度、地震等自然作用,并提供令人满意的工作状态。桥梁设计的目的,就是借助科学合理的技术手段,设计出能满足下列功能要求的结构:

(1)能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷载的作用,这是对结构安全性的要求。

(2)在正常使用期间(或设计基准期)内具有良好的工作性能,如抵抗过大变形和开裂的能力,这是对结构适用性的要求。

(3)具有足够的耐久性,即在使用期间内材料不发生严重的损伤(腐蚀和老化等),这是对材料耐久性的要求。

(4)在极端作用(台风、爆炸、海啸等)发生时,结构能保持必要的稳定性,不因局部损毁而导致结构的彻底垮塌,这是对结构在特殊情况下的安全性要求。

结构安全性(safety)、适用性(serviceability)和耐久性(durability)统称为结构的可靠性(reliability)。衡量结构可靠性的指标称为可靠度。因安全性涉及人身安全和财产损失,故一直是结构可靠性的主要内容。衡量结构安全性的指标称为安全度。在我国的桥规中,对上述功能(1)和(2),均给出了明确的规定和验算公式;对功能(3)的要求,则反映在对材料、构造、质量控制、施工管理和养护维修等要求中(例如:在不同的环境条件下,对混凝土桥,规定了保护层厚度和构造钢筋的配置;对钢桥,规定了油漆防锈的措施);对功能(4),还需要开展更多的研究工作。

2.结构设计的基本内容(www.xing528.com)

结构设计的内容大体上可分成以下3部分:

(1)作用与作用效应。这是指确定施加于结构上的各种作用及其组合,并按力学(如结构力学弹性力学、结构动力学等)方法分析结构的作用效应(指内力、变形、应力、应变等),这就是结构分析(structure analysis)。

(2)材料与抗力设计。这是指根据材料特性和结构分析的结果,进行构件的截面设计和连接设计(对混凝土,还包括截面的配筋),这就是构件的抗力(resistance)设计。

(3)结构可靠性分析。这是指以安全、经济的途径来满足结构的功能要求,且使结构在设计基准期内具有期望的可靠性。它与结构分析(荷载取值)和抗力设计(材料强度和截面尺寸取值)紧密相关。可靠性分析反映在桥规中,就是各种验算式及相关的安全系数。在不同的历史阶段,有不同的可靠性(安全性)分析方法,详见下述。过去,可靠性分析主要涉及安全问题;目前,可靠性分析着重于结构的安全、适用方面;今后,则要覆盖结构规划、施工、使用和维护等环节,贯穿结构的全过程。

上述三者之间的基本关系见图10.1。

图10.1 结构设计的内容及其关系

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