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    公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準 GB/T50283-1999

    • 發(fā)布日期:2018-06-13
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    4.3.1 結(jié)構(gòu)上的可變作用隨時間變化的規(guī)律宜用隨機過程概率模型來描述。汽車荷載隨機過程可模型化為濾過泊松過程或伽馬——更新過程。其他作用則可采用等時段的矩形波函數(shù)或合適的其他隨機過程概率模型。

    在結(jié)構(gòu)的概率極限狀態(tài)設(shè)計中,均可將隨機過程概率模型轉(zhuǎn)化為隨機變量概率模型來描述。

    4.3.2 作用的各種統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型應(yīng)以實際觀測或試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運用參數(shù)估計和概率分布假設(shè)檢驗方法確定。當受條件限制而統(tǒng)計資料不足時,也可結(jié)合工程經(jīng)驗分析判斷確定。

    4.3.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同極限狀態(tài)的設(shè)計要求,選用不同的作用代表值。

    永久作用G的代表值采用標準值;可變作用的代表值應(yīng)采用標準值、頻遇值或準永久值。當設(shè)計上有特殊要求時,公路工程各類結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范尚可規(guī)定作用的其他代表值。

    4.3.4 結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時應(yīng)采用作用標準值。

    4.3.5 在一般情況下,結(jié)構(gòu)自重標準值可由設(shè)計尺寸與材料重力密度標準值的乘積計算。對于某些自重變異較大的材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其自重標準值應(yīng)經(jīng)統(tǒng)計分析并取概率分布的某一分位值確定:當自重增大對結(jié)構(gòu)不利時,取概率分布的高分位值;當自重減小對結(jié)構(gòu)不利時,取概率分布的低分位值。

    4.3.6 汽車車隊荷載的標準值可用具有一定壓力強度的分布力和集中力圖式表示。按該圖式計算的荷載效應(yīng),應(yīng)與汽車車隊經(jīng)統(tǒng)計所得的荷載效應(yīng)設(shè)計基準期最大值概率分布的0.95分位值等效。

    設(shè)計路面結(jié)構(gòu)時,應(yīng)采用標準軸載作為標準值。

    4.3.7 結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)下長期效應(yīng)組合設(shè)計時,可變作用應(yīng)采用準永久值。其值可根據(jù)作用在足夠長的觀測期內(nèi)達到或超過該值的總持續(xù)時間與觀測期的某一比值確定,該比值可取不大于0.5;或按超過該值的平均跨越率確定。

    4.3.8 結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)下短期效應(yīng)組合設(shè)計時,可變作用應(yīng)采用頻遇值。其值可根據(jù)作用在足夠長的觀測期內(nèi)達到或超過該值的總持續(xù)時間與觀測期的較小比值確定,該比值可取0.05;或按超過該值的平均跨越率確定。

    4.3.9 偶然作用的標準值可根據(jù)歷史記載、現(xiàn)場觀測和試驗,并結(jié)合工程經(jīng)驗經(jīng)綜合分析判斷確定。
     

    條文說明

    4.3 作用的隨機特性和基本設(shè)計參數(shù)

    4.3.1 施加于結(jié)構(gòu)上的可變作用是隨時間變化而變化的,所以一般要用隨機過程概率模型來描述它的變化規(guī)律較切實際。持久設(shè)計狀況隨機過程的時間域一般取結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期了。公路橋梁結(jié)構(gòu)的可變作用曾采用了以下幾種隨機過程概率模型:

    1 濾過泊松過程(或伽馬——更新過程)。

    在一般運行狀態(tài)下的車輛荷載,其出現(xiàn)的時間間隔經(jīng)擬合檢驗不拒絕伽馬分布,則車輛荷載隨機過程可用伽馬——更新過程來描述。參數(shù)的估計值為,為處理方便起見,取。當時,伽馬分布退化為指數(shù)分布,當車輛的時間間隔為指數(shù)分布時,車輛荷載隨機過程可用濾過泊松過程來描述。


    車輛荷載樣本函數(shù)
    圖7  車輛荷載樣本函數(shù)

    2 濾過韋泊隨機過程。

    在密集運行狀態(tài)下的車輛荷載,其出現(xiàn)的時間間隔經(jīng)擬合檢驗不拒絕韋泊過程,所以密集運行狀態(tài)車輛荷載隨機過程用韋泊過程描述。

    韋泊過程可認為是泊松過程的推廣,兩者強度函數(shù)不同,

    3 平穩(wěn)二項隨機過程。

    可變荷載的樣本函數(shù)也可模型化為等時段的矩形波函數(shù)(見圖8),即假定:


    荷載的樣本函數(shù)
    圖8  荷載的樣本函數(shù)

    4.3.2 本條對作用的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布函數(shù)提出了要求。這些作用的統(tǒng)計特征都是以實際調(diào)查測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過參數(shù)估計和概率分布假設(shè)檢驗確定的。現(xiàn)就公路橋梁和路面結(jié)構(gòu)的情況分述如下:

    1 公路橋梁結(jié)構(gòu)有關(guān)作用。

    1)恒荷載。根據(jù)公路橋梁可靠度的研究任務(wù),恒荷載的調(diào)查實測著重于鋼筋混凝土和預應(yīng)力混凝土橋梁。實測的內(nèi)容包括鋼筋混凝土和預應(yīng)力混凝土T梁、箱梁和板的自重,橋面瀝青混凝土和水泥混凝土的重力密度和厚度。橋面欄桿、人行道塊件因為自重較輕,所占恒荷載比例很小,未加測量。調(diào)查實測的規(guī)模遍及全國六大片區(qū)的10多個省、市、自治區(qū)。測量了42個橋梁工地和預制廠的構(gòu)件重量,獲得了1488根梁、板自重數(shù)據(jù)。從不同年代建成的36座橋梁上,測得了水泥混凝土和瀝青混凝土橋面鋪裝層厚度數(shù)據(jù)4140個,重力密度數(shù)據(jù)804個,它們的分布面積達2980多m2。

    被調(diào)查的橋梁一般由省級施工隊伍施工,施工情況正常。


    表8  汽車荷載效應(yīng)統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    汽車荷載效應(yīng)統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)

    表7  恒荷載統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    恒荷載統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)

    2)汽車荷載。這次研究對汽車荷載及荷載效應(yīng)都作了統(tǒng)計分析,這里只介紹汽車荷載效應(yīng)分析結(jié)果。因為結(jié)構(gòu)設(shè)計只需荷載效應(yīng),而行駛于橋上的汽車車隊荷載以多個參數(shù)(車重或軸重、車間距、軸距)影響產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)中的效應(yīng),它不能被直接引入可靠度分析之中。所以必須在汽車荷載調(diào)查分析基礎(chǔ)上,通過對不同橋型、各種跨徑的大量計算,求得具有控制作用的各類效應(yīng)。

    汽車車隊荷載的調(diào)查是通過“公路車輛動態(tài)測試儀”進行的。根據(jù)全國交通量調(diào)查長期觀測的資料,選擇207、328、305、101四條國道干線上相應(yīng)的山西晉城、江蘇揚州、遼寧大洼、河北承德設(shè)置了測點。晉城測點運煤車多,車重大;楊州測點車流多,密度大;大洼測點車型變化多,集裝箱和拖掛車占較大比例;承德測點則是車重不大,行車密度也較稀。這些測點的車輛交通情況各具特點,在一定程度上反映了我國各級公路的車流狀況。通過對各個測點連續(xù)五天的測錄,獲得了6萬多輛汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)。此外,還用人工方法測得了300多輛汽車自然堵塞情況。這些調(diào)查數(shù)據(jù)構(gòu)成了對汽車荷載分析,進而進行汽車荷載效應(yīng)分析的基礎(chǔ)。

    汽車的行駛密度對結(jié)構(gòu)設(shè)計有著重要的影響。而公路上實際行車密度隨時間(一天內(nèi))和季節(jié)的變化其差異是很大的。在汽車荷載統(tǒng)計分析時,不能把所有樣本籠統(tǒng)地集合在一起,而應(yīng)根據(jù)實測資料大致地劃分汽車的運行狀態(tài)。按照現(xiàn)行標準的規(guī)定以及目前設(shè)計所采用的汽車荷載標準,統(tǒng)計時將汽車荷載分為密集運行和一般運行兩種狀態(tài)。前者的兩輛相隨汽車的時間間隔在3s以下,也包括堵車狀態(tài),比擬于現(xiàn)行規(guī)范汽車一超20級;后者的兩輛相隨汽車的時間間隔在3s及3s以上,比擬于現(xiàn)行規(guī)范的汽車一20級。

    從統(tǒng)計學的角度出發(fā),要取得汽車荷載效應(yīng)的統(tǒng)計資料,理應(yīng)從實際結(jié)構(gòu)上直接測得。但是,目前在測試技術(shù)上尚存,在困難,無法做到。汽車荷載效應(yīng)只能根據(jù)汽車荷載的實測數(shù)據(jù)及統(tǒng)計結(jié)果通過大量計算確定。這樣,就忽略了結(jié)構(gòu)(空間或平面)、材料(彈性或非彈性)、計算(精確或近似假定)等因素的不定性對荷載效應(yīng)統(tǒng)計規(guī)律的影響。既然汽車荷載效應(yīng)要通過計算加以確定,如何選擇汽車荷載樣本也是一個重要問題。根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查統(tǒng)計資料有以下三個方案可供選擇:①從汽車荷載統(tǒng)計規(guī)律中隨機抽取車重和車間距組成各式車隊;②在時段內(nèi)尋找使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大效應(yīng)的車隊;③經(jīng)剔除異常值后連續(xù)測錄的自然車隊。經(jīng)分析比較后認為,第三方案為最佳方案。因為它不但更接近于實際車流狀況,而且從統(tǒng)計分析結(jié)果看,無論是一般運行狀態(tài)還是密集運行狀態(tài)均不過多地脫離現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的汽車荷載標準產(chǎn)生的效應(yīng)值,這樣就可避免在材料用量上與以往設(shè)計結(jié)果比較波動過大。



    現(xiàn)今各國公路橋梁規(guī)范規(guī)定的沖擊系數(shù),大多是移動的汽車荷載與橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“共振”時得到的,它是沖擊系數(shù)的極大值,在橋梁上實際發(fā)生的概率是很小的。汽車荷載對橋梁產(chǎn)生的振動具有隨機性。在荷載方面,通過橋梁的汽車流大小、車間間距、軸重大小、行駛速度、汽車橫向位置以及汽車本身的動力特性等都是不確定的;在橋梁結(jié)構(gòu)方面,橋梁所具有的初始條件,諸如橋頭接縫狀況、引道和橋面的平整度等也具有不定性。上述這些都是對移動汽車的激振及橋梁振動產(chǎn)生影響的隨機因素。這些隨機因素很難在實驗室模擬,所以本次研究從現(xiàn)場實測人手,選擇不同跨徑的橋梁,通過連續(xù)測試,采集汽車流對橋梁產(chǎn)生沖擊系數(shù)的隨機樣本,并用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法來尋求其統(tǒng)計規(guī)律。

    利用動態(tài)測試系統(tǒng)經(jīng)12h連續(xù)觀測,收集了各種橋梁的6600多個沖擊系數(shù)樣本。汽車荷載沖擊系數(shù)與汽車荷載是隨機相關(guān)的,汽車荷載已作隨機過程分析,汽車荷載沖擊系數(shù)就無需再作隨機過程分析而只作隨機變量分析就可以了。對采集的樣本進行統(tǒng)計參數(shù)的估計和概率分布的優(yōu)度擬合檢驗,表明各種橋梁汽車荷載沖擊系數(shù)均不拒絕極值Ⅰ型分布,其統(tǒng)計參數(shù)和概率分布函數(shù)列于表10。

    表10 汽車荷載沖擊系數(shù)統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    汽車荷載沖擊系數(shù)統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    表9 人群荷載統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    人群荷載統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)

    5)風荷載。選擇了我國六大片區(qū)共490個氣象臺站的全部風速資料作為風荷載統(tǒng)計分析的依據(jù)。這些臺站記錄了1951-1988年我國沿海和內(nèi)陸地區(qū)具有代表性的風氣候。在現(xiàn)行的《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》JTJ 021-89中,橋涵設(shè)計風速是按平坦空曠地面,離地20m高,重現(xiàn)期為100年的lOmin平均最大風速確定的??紤]到我國氣象臺站的風速記錄大多在離地面10m高度處,所以根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查的原始資料,經(jīng)觀測次數(shù)、時距等的換算,整理成為離地面lOm,重現(xiàn)期為100年的lOmin平均最大風速作為制定規(guī)范的依據(jù)。再把風速轉(zhuǎn)換為風壓。




    2 路面結(jié)構(gòu)交通參數(shù)。

    交通參數(shù)是路面結(jié)構(gòu)主要的設(shè)計參數(shù)之一。我國路面設(shè)計規(guī)范采用的交通參數(shù)是路面設(shè)計基準期內(nèi)標準軸載的累計作用次數(shù)。根據(jù)現(xiàn)行路面設(shè)計方法,一個車道上的預估累計當量軸載次數(shù)Ne按下式計算:

     


    表11 年最高日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    年最高日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    年最高日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)

    表12  年最低日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    年最低日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)
    年最低日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)

    1)初期日平均標準軸載次數(shù)N0。它與車輛軸載組成和軸載換算系數(shù)有關(guān)。即由軸載組成調(diào)查后利用軸載換算系數(shù)計算求得。我國公路上行駛的車輛種類繁多,后軸重相同的車輛甚少,且近年來貨車超載現(xiàn)象較為普遍,而路面設(shè)計唯一有賴于依據(jù)的全國交通量調(diào)查資料,只能提供年平均日交通量,而無軸載數(shù)據(jù)。因此,要較準確地掌握公路上行駛車輛的軸載組成,必須進行軸載調(diào)查。目前,我國較理想的軸重儀很少,且無車型記錄,所測軸重與現(xiàn)有分類車型難以對照。為此,本次研究以人工目測為主,將車輛類型、裝載情況(滿載、半載、空載)、車輛通過時間分別記錄下來;在一些典型路段同時輔以儀器測試,通過對人工與儀器測定結(jié)果的對比,確定目測法的誤差。

    軸載調(diào)查選擇了河北、浙江、江蘇、上海和北京五個省市的各級公路以及京石、滬嘉、沈大、京津塘四條高速公路計20條國道、24條省市級公路上共100多個觀測點,其中有些公路途經(jīng)煤礦、油田,有些連接主要港口,這些公路上行駛的車輛基本能反映我國高等級公路交通狀況。觀測的時間,無論是人工目測還是儀器檢測,每個測點都要求3d,每天至少6h,上下午高峰時間各3h。

    欲求初期日平均當量標準軸次,首先應(yīng)將行駛于公路上的車輛劃分為若干種車型,然后利用車輛軸重資料將軸載進行分類統(tǒng)計,從而確定路面使用初期的軸載組成。根據(jù)交通量調(diào)查資料的車型分類,選擇其中對路面設(shè)計有用的中型貨車、重型貨車、大型客車、拖掛車等6類車輛,再按公路上行駛車輛的實際情況,將6類車輛進一步細分為16種車型,以便進行實地調(diào)查。數(shù)據(jù)整理時,按規(guī)范所列軸載換算公式進行等效換算,根據(jù)16種車型滿載時的載重量,計算出各種車型的標準軸載換算系數(shù),然后利用交通量調(diào)查資料,把16種車型轉(zhuǎn)換為6類車型,計算其各自的平均軸載換算系數(shù),統(tǒng)計分析各條公路6類車輛的平均軸載換算系數(shù)后,即可得到各類車輛軸載換算系數(shù)的統(tǒng)計參數(shù)。

    水泥混凝土路面,對各地區(qū)、各級公路進行綜合統(tǒng)計分析。從各類車輛組成比例及它們軸載換算系數(shù)的統(tǒng)計參數(shù),求得平均的標準差及變異系數(shù);同時考慮目測與儀測相對誤差的統(tǒng)計參數(shù),最后得到綜合的軸載換算系數(shù)的標準差及變異系數(shù):σ軸=0.451,δ軸=0.792,分布檢驗通過正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布。

    瀝青混凝土路面則按不同等級公路進行統(tǒng)計分析。當知道不同等級的公路實測軸載換算系數(shù)及變異系數(shù)后,依照各類車的組成情況便可計算出初期日平均當量軸次的統(tǒng)計參數(shù)。列于表13。N0的分布檢驗不拒絕對數(shù)正態(tài)分布。  

    表13  N0的統(tǒng)計參數(shù)
     N0的統(tǒng)計參數(shù)

    2)交通量年平均增長率。交通量年平均增長率是指在整個設(shè)計基準期內(nèi)某一條公路上年平均當量軸次的增長率。一條正在使用的公路,它的年平均當量軸次增長率是由過去使用年限內(nèi)的實際當量軸次增長率和未來使用年限內(nèi)的預測當量軸次增長率兩部分構(gòu)成。計算年平均當量軸次增長率,水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面根據(jù)各自情況采用兩種不同的方法。

    水泥混凝土路面設(shè)計基準期較長,最長達30年,可根據(jù)我國全國交通量觀測站積累的分類交通量數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析出交通量增長率同基年日交通量的回歸關(guān)系式。我國交通量觀測站僅有10年歷史。根據(jù)這一情況,可采用分段推算的方法,由基年平均日交通量,用回歸關(guān)系式得出0~10年的增長率r,算出期末的年平均日交通量;再以此為基年交通量,用相同公式得到10~20年的增長率r;如此反復得到不同設(shè)計期的增長率。依據(jù)上述推算方法,按各級公路的交通量適應(yīng)范圍和上限交通量(飽和交通量),分析得到不同設(shè)計基準期的交通量年平均增長率推薦范圍。

    根據(jù)回歸方程的方差分析方法,可求得回歸方程的標準差和變異系數(shù),由回歸方程在不同基年平均日交通的標準差和變異系數(shù),并按各等級公路適應(yīng)交通量的范圍,即可得到其相應(yīng)的年平均增長率的預估標準差和變異系數(shù),見表14。r不拒絕正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布。

    表14  各級公路交通量年平均增長率預估的標準差、變異系數(shù)
    各級公路交通量年平均增長率預估的標準差、變異系數(shù)

    瀝青混凝土路面的設(shè)計基準期最長達15年,而高等級公路瀝青路面在交通量增長快的情況下,中修期為8年,甚至更短。因此,瀝青路面采用實際的年平均當量軸次增長率,除個別高速公路外,盡可能選擇連續(xù)使用8年左右的公路交通量的觀測資料,用數(shù)值解法計算出其逐年的年平均當量軸次增長率,并求其平均值和方差。然后再對同一等級公路的年平均當量軸次增長率r進行統(tǒng)計,得到其標準差和變異系數(shù)。最后將各地公路實際的年平均當量軸次增長率進行統(tǒng)計分析,其標準差和變異系數(shù)見表15。交通量年平均增長率r服從正態(tài)分布。

    表15  各級公路年平均當量軸次增長率的標準差、變異系數(shù)
    各級公路年平均當量軸次增長率的標準差、變異系數(shù)

    3)車道系數(shù)或輪跡橫向分布系數(shù)。車道系數(shù)是指一條車道寬度內(nèi)通過的車輛數(shù)占整個斷面通過交通量的比例;路面特定位置(如縱縫邊緣)上輪跡寬度(可選0.5m)范圍內(nèi)所受車輪作用次數(shù)占整個斷面車輛通過次數(shù)的比例,則稱為輪跡橫向分布系數(shù)。它們受到很多因素的影響,例如交通組織方式、路面和車道寬度、交通密度及交通組成等。

    水泥混凝土路面以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的縱縫邊緣中部為臨界荷位,組織了對滬嘉、華松、沈大、京津塘等高速公路和京密、京石、沈撫等一級公路的輪跡橫向分布的調(diào)查測定,同時也對河北、浙江和廣東等省一些二級和二級以下的公路進行了實地觀測。根據(jù)這些調(diào)查獲得的數(shù)據(jù),分別按三種情況提出縱縫邊緣處的輪跡橫向分布系數(shù)建議值。經(jīng)統(tǒng)計分析得出了相應(yīng)的標準差和變異系數(shù),列于表16。

    表16  輪跡橫向分布系數(shù)及其標準差、變異系數(shù)
    輪跡橫向分布系數(shù)及其標準差、變異系數(shù)

    輪跡橫向分布系數(shù)η服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。

    瀝青混凝土路面的車道系數(shù),利用上述有關(guān)的調(diào)查資料,按三種情況統(tǒng)計分析,結(jié)果列于表17。

    表17  車道系數(shù)及其標準差、變異系數(shù)
    車道系數(shù)及其標準差、變異系數(shù)

    車道系數(shù)η服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。

    通過以上調(diào)查統(tǒng)計分析,取得了影響累計當量軸載次數(shù)Ne的初期日平均標準軸次N0、交通量年平均增長率r、車道系數(shù)或輪跡橫向分布系數(shù)η的統(tǒng)計參數(shù)。由本條說明公式(46),可根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計學的誤差傳遞公式推演得到累計標準軸次Ne的方差計算式,引入上述各項參數(shù)即可計算出各級公路Ne的變異系數(shù)。累計標準軸載作用次數(shù)Ne確定服從對數(shù)正態(tài)分布。

    4.3.3 作用代表值是為結(jié)構(gòu)設(shè)計而給定的量值。盡管它是一個定值,但來源于實際調(diào)查,經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計分析,已賦于概率意義,與以往的“定值設(shè)計”是不同的。

    永久作用(如恒荷載)被近似地認為在設(shè)計基準期內(nèi)是不變的,它的代表值只有一個,即標準值??勺冏饔冒雌湓陔S機過程中出現(xiàn)的持續(xù)時間或次數(shù)的不同,而取標準值、頻遇值和準永久值作為代表值。

    4.3.4 作用的標準值是承載能力極限狀態(tài)設(shè)計的采用值,是結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要參數(shù),關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全問題,所以也是作用的基本代表值。其量值應(yīng)取結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定期限內(nèi)可能出現(xiàn)的最不利值,對于持久設(shè)計狀況也即為作用在設(shè)計基準期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值?,F(xiàn)就人群荷載和風荷載的標準值(結(jié)構(gòu)自重和汽車荷載標準值見第4.3.5條和第4.3.6條說明)舉例說明如下:



    4.3.5 在公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中,有些結(jié)構(gòu)如路面等是不考慮結(jié)構(gòu)自重影響的。公路橋梁的結(jié)構(gòu)自重則作為主要荷載之一參與計算,現(xiàn)以它為例對結(jié)構(gòu)自重標準值加以說明。

    公路橋梁的自重包括橋面鋪裝重和結(jié)構(gòu)構(gòu)件重,它們是由結(jié)構(gòu)尺寸和材料重力密度控制的。作為設(shè)計規(guī)定,規(guī)范中只能規(guī)定材料重力密度(容重)標準值,結(jié)構(gòu)尺寸由設(shè)計時決定,結(jié)構(gòu)自重標準值由設(shè)計尺寸與材料重力密度標準值經(jīng)計算確定。但是,從統(tǒng)計角度出發(fā),結(jié)構(gòu)自重標準值需要考慮尺寸和材料重力密度兩者的變異性,尤其是某些自重變異較大的構(gòu)件。


    表明實際構(gòu)件已超重約2%,略偏于不安全。從另一項調(diào)查中得知,構(gòu)件尺寸的變異性是很小的,梁、板截面高和寬的實測均值與設(shè)計值之比僅為1.0064和1.0013,說明尺寸對構(gòu)件重變異的影響不大。因此,建議新規(guī)范鋼筋混凝土和預應(yīng)力混凝土構(gòu)件的重力密度(容重)標準值采用25kN/m3(現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的下限值),但需明確此值用于主筋配筋率在3.0%及以下的構(gòu)件;當配筋率超過3.0%時應(yīng)分別按混凝土重和鋼筋重計算構(gòu)件自重。

    結(jié)構(gòu)自重(或其他永久作用)標準值的確定,應(yīng)隨與可變作用組合后對結(jié)構(gòu)的影響而定。例如,結(jié)構(gòu)自重與汽車荷載組合,且后者的效應(yīng)絕對值大于前者,當兩者效應(yīng)同號時,結(jié)構(gòu)自重的增大對結(jié)構(gòu)是不利的,則其標準值應(yīng)取概率分布的高分位值;當兩者效應(yīng)異號時,結(jié)構(gòu)自重的增大更多地抵消了汽車荷載效應(yīng),使組合后的總效應(yīng)減小,對結(jié)構(gòu)反而有利,因而其標準值應(yīng)取概率分布的低分位值。然而,在公路橋梁中出現(xiàn)上述情況是很少的,一般在確定結(jié)構(gòu)標準值時,多考慮與現(xiàn)行規(guī)范盡可能地銜接,而概率分布高低分位值的差異以荷載分項系數(shù)不同取值來體現(xiàn)。

    4.3.6 按以下兩類結(jié)構(gòu)分別加以說明。

    1 公路橋梁等結(jié)構(gòu)的汽車荷載標準值?,F(xiàn)行規(guī)范以一輛重車和具有規(guī)定間距的若干輛標準車組成的車隊表示。實踐表明這種圖式對人工和計算機加載計算都不很方便,且計算效應(yīng)隨橋梁跨徑變化是不連續(xù)的。《統(tǒng)一標準》規(guī)定采用具有一定壓力強度的分布力q和集中力P組成的圖式(見圖9)作為新規(guī)范的汽車荷載標準圖式。以該圖式表示的汽車荷載稱為車道荷載。

    車道荷載標準圖式
    圖9  車道荷載標準圖式


    2 路面結(jié)構(gòu)的車輛荷載標準值?,F(xiàn)行規(guī)范以標準軸載表示,高等級路面設(shè)計均采用100kN。

    車輛荷載對路面結(jié)構(gòu)的影響是累積的,且路面上任一點承受軸載的大小是隨機的。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計對不同軸載采取以下處理方法:首先選擇一個標準的軸載,通過調(diào)查統(tǒng)計,將公路上出現(xiàn)的、對路面設(shè)計有意義的各種軸載換算為標準軸載,然后根據(jù)不同軸載的作用次數(shù),按對路面結(jié)構(gòu)疲勞損耗等效原則轉(zhuǎn)換為標準軸載的作用次數(shù)。而考慮不同軸載對路面疲勞損耗影響的累計標準軸載作用次數(shù)是按Miner原理迭加得到的。車輛荷載的標準軸載是一個虛擬荷載,是專供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用的。

    另一個方法在國際上得到應(yīng)用,就是用軸載譜來描述各種組成比例的不同軸載。即軸載P為一隨機變量,它的分布密度函數(shù)稱為軸載譜。累計標準軸載作用次數(shù)由下式計算:

    4.3.7 可變作用的準永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用取值,是正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計時采用的作用代表值。


    準永久值取值示意圖
    圖10  準永久值取值示意圖

    4.3.8 可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值,是正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計時采用的作用代表值。頻遇值的確定方法與準永久值相同。

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