GBT50283-1999 公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準

中華人民共和國國家標準設(shè)計統(tǒng)一標準施行日期：1999年10月1日根據(jù)國家計委《一九八七年工程建設(shè)標準規(guī)范制訂修訂計劃》(計綜[1986]2630號文附件八)的要求，由交通部會同有關(guān)部門共批準為推薦性國家標準，編號為GB/T50283-1999,自1999年10月1日起施行。中華人民共和國建設(shè)部1999年6月10日研究所等八個單位共同編制而成。經(jīng)建設(shè)部1999年6月10日以建標[1999]151號文批準發(fā)布。和補充之處，請將意見和有關(guān)資料寄交通部公路規(guī)劃設(shè)計院(地主編單位：交通部公路規(guī)劃設(shè)計院參編單位：交通部公路科研所劉慶成 3.1一般規(guī)定 3.2極限狀態(tài)方程 3.3結(jié)構(gòu)的可靠指標 4.1一般規(guī)定 4.2作用的分類 4.3作用的隨機特性和基本設(shè)計參數(shù) 4.4作用效應及其組合 5.1材料與巖土的性能 5.2結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù) 7.1一般規(guī)定 7.2極限狀態(tài)設(shè)計表達式 1.0.5公路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期T應采用：橋梁結(jié)構(gòu)100年；水泥混凝上路面結(jié)構(gòu)不大于30年，瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)不大于15年。1在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作的后果的嚴重程度劃分為三個等級，并應符合表1.0.7的規(guī)小橋、涵洞對于有特殊要求的公路工程結(jié)構(gòu)，其安全等級可根據(jù)具體情況另行確定。1.0.8同一技術(shù)等級公路的路面結(jié)構(gòu)宜取相同的安全等級；當必要時部分地段的設(shè)計安全等級可降低一級。公路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與整體結(jié)構(gòu)相同；當必要時也可作部分調(diào)整，但調(diào)整后的級差不得超過一級。及使用階段應根據(jù)設(shè)計可靠度進行有效的質(zhì)量管理和控制；相應的規(guī)范應按本標準的要求對質(zhì)量管理和控制作出具體規(guī)定。2.1.7結(jié)構(gòu)功能函數(shù)functionofstructuralperforma用來描述結(jié)構(gòu)完成功能狀況的、以基本變量為自變量的函通過對現(xiàn)存結(jié)構(gòu)或以往設(shè)計規(guī)范隱含可靠度水平的反演分度量結(jié)構(gòu)可靠性的一種由β=-φ-1(pi)定義的數(shù)量指標中-1(·)為標準正態(tài)分布反函數(shù)。標準規(guī)定的作為結(jié)構(gòu)設(shè)計依隨連續(xù)時間參數(shù)變化的隨機變量?？捎秒S機過程概率模型來一般指隨機變量的數(shù)字特征，如平均值、標準差、變異系數(shù)2.1.14作用代表值representative結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，針對不同設(shè)計目的所采用的作用規(guī)2.1.18結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)coefficientforimportanceofstruc-2.1.19作用效應組合系數(shù)coefficientforcombinationofac-p,——結(jié)構(gòu)可靠度(可靠概率)os·—作用效應的標準差6.——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的變異系數(shù)2.2.4結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計式有關(guān)符號Sca——第i個永久作用設(shè)計值的效應Sok除汽車荷載外第j個其他可變作用標準值的效應Ym-—作用的分項系數(shù)Yc.—第i個永久作用的分項系數(shù)Ya?—除汽車荷載外第j個其他可變作用的分項系數(shù)Y.——路面結(jié)構(gòu)的可靠度系數(shù)Pz?——第j個可變作用的準永久值系數(shù)3.1.1整體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀3.1.2公路工程結(jié)構(gòu)宜按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應認為超過了承載能力極限狀2正常使用極限狀態(tài)是指對應于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常3.1.3公路工程結(jié)構(gòu)宜根據(jù)不同種類的作用及其對結(jié)構(gòu)的影響1主要承重結(jié)構(gòu)不致因非主要承重結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而導致喪β=-φ-1(pr)3.3.2結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標應根據(jù)基本變量的概率分布按持久狀況進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，公路橋梁結(jié)構(gòu)的目標可靠指標應符合表3.3.3-1的規(guī)定；路面結(jié)構(gòu)的目標可靠指標應符合表3.3.3-2的規(guī)定。延脆目標可常指標接施加于結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力；間接作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---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4.3.2作用的各種統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型應以實際觀測或試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計所得的荷載效應設(shè)計基準期最大值概率分布的0.95分位值等超過該值的總持續(xù)時間與觀測期的某一比值大于0.5;或按超過該值的平均跨越率確定。多個同時出現(xiàn)的可變作用效應可采用塔克斯特5.1.2材料性能f應采用隨機變量的概率模型來描述。其概率分布類型和統(tǒng)計參數(shù)應以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用參數(shù)估計和概率5.1.3按標準試驗方法確定的材料性能應通過換算系數(shù)或函數(shù)5.1.4材料性能的標準值fi應根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的材料性能的當受條件限制而試驗數(shù)據(jù)不足時，材料性能標準值可采用有型來描述。其標準值應根據(jù)概率分布的某一分位值確定。當試驗5.2.1當幾何參數(shù)a的變異對作用效應和結(jié)構(gòu)抗力的影響不可6.0.7結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分可根據(jù)模型試驗或原型試驗進行設(shè)7.2.1公路工程結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式應按下列Yg-結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計算模式不定性系數(shù)，如已在Ya—第i個永久作用的分項系數(shù)，對于恒荷載(結(jié)構(gòu)及附組合情況取Ya?=1.4或Ya?=1.1;Ya;除汽車荷載外第j個其他可變作用的分項系數(shù)；So、Sou-除汽車荷載外第j個其他可變作用標準值和設(shè)計值Yc應取不大于1.0,對由結(jié)構(gòu)及附加物自重組成的恒載，可取YcT第i個可變作用的頻遇值系數(shù)。2在施工驗收規(guī)范和質(zhì)量檢驗評定標準規(guī)定的結(jié)構(gòu)工程材門應對使用狀況進行必要的監(jiān)測和檢查。當結(jié)構(gòu)的實際使用狀況需超越設(shè)計給定的使用條件時，有關(guān)部門應預先組織進行專門驗本標準用詞說明?中華人民共和國國家標準公路工程結(jié)構(gòu)可靠度 3.1一般規(guī)定 3.2極限狀態(tài)方程 3.3結(jié)構(gòu)的可靠指標 4.1一般規(guī)定 4.2作用的分類 4.3作用的隨機特性和基本設(shè)計參數(shù) 4.4作用效應及其組合 5.1材料與巖土的性能 5.2結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù) 7.1-般規(guī)定 7.2極限狀態(tài)設(shè)計表達式 們屬于彈性理論的還是非彈性理論的，都把影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種參數(shù)視為確定性的量，結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全系數(shù)一般依據(jù)經(jīng)驗或主各種因素均視為隨機性變量，以大量調(diào)查實測資料和試驗數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)的失效概率(或可靠度)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。這種方法可稱則和方法，把我國公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計由長期沿用的、不甚合理的性上由經(jīng)驗方法轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用統(tǒng)計數(shù)學的方法。這無疑是設(shè)計思想1.0.5以可靠性理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計都需有一個確定的般是按隨機過程概率模型來描述的，隨機過公路橋梁的設(shè)計基準期統(tǒng)一取為100年，這是根據(jù)我國公路取80～120年，我國取100年也屬適中速公路和一級公路路面確定為30年，相當于瀝青混凝土路面的設(shè)計基準期不大于15年也基本沿用現(xiàn)行路和一級公路路面采用15年；二級公路路面采用12年。用于小橋與涵洞。它們的目標可靠指標相應于100年設(shè)計基準期內(nèi)在二級基礎(chǔ)上增加或減小約一個數(shù)量級(其值為0.5)。在設(shè)計中從結(jié)構(gòu)可靠度的角度考慮，可按現(xiàn)行的《公路工程技術(shù)標準》上以及國防公路上的橋梁。量管理和控制，并按本標準第8章的要求對質(zhì)量管理和控制在各也可將若干基本變量組合成綜合的作用效應S和綜合的結(jié)合變量給予不同的含義。例如，當路面結(jié)構(gòu)采用疲勞概率模型時，其極限狀態(tài)方程中相當于作用效應的綜合變量，以用設(shè)計基準期內(nèi)預期的標準軸載累計作用次數(shù)表示；而相當于綜合抗力的變量，以路面結(jié)構(gòu)所能承受的標準軸載作用次數(shù)(路面疲勞壽命)表示。其他各類結(jié)構(gòu)，其極限狀態(tài)方程中的綜合變量，各有其一定的3.2.2結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計可能出現(xiàn)三種狀態(tài)：可常狀態(tài)、極限狀態(tài)和失效狀態(tài)。這三種結(jié)果可用圖1示意。圖中，45°直線表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)，此時的極限狀態(tài)方程為Z=R-S=0,作用效應S等于結(jié)構(gòu)抗力R,即S=R。圖中位于直線上方的表示結(jié)構(gòu)可靠，即S?<R?;位于直線下方的表示結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的目的，就是要使結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)，至少也應處于極限狀態(tài)。用功能函數(shù)表示時應符合以下要求： 3.3.1按照本標準第1.0.4條的規(guī)定，結(jié)構(gòu)可靠度(即可靠概率) 如果結(jié)構(gòu)功能函數(shù)服從正態(tài)分布，按第3.3.2條說明公式3.3.2本條給出的結(jié)構(gòu)可靠指標β的計算公式，是假定綜合變圖2給出了隨機變量Z的密度函數(shù)分布曲線。結(jié)構(gòu)失效概率由0至-～陰影面積給出，則由0至+~曲線包圍的面積給出了引入標準正態(tài)變量x,即令μ?=0,δ=1.0,以便于利用現(xiàn)成的標p=P(Z>N)=φ(3)若將極限狀態(tài)方程原坐標系ROS(條文說明圖1)中的R、S分別除以標準差σg、os,形成R'=R/og、S'=S/os的新坐標系R'O'S'(見圖3),再將此坐標系平移，原點由O'移至0處(pR/oR,μs/os),則得到另一個新坐標系ROS(見圖3):圖3兩個變量時可靠指標與極限狀態(tài)方程的關(guān)系公式(13)表明，前面坐標系的變換，實質(zhì)上是正態(tài)分布標準關(guān)系由公式(13)得到Z=R-S=(Rog+pR)-(Sos將上式除以-√ok+,成為令則上式變?yōu)橛山馕鰩缀慰芍?，公?16)正是ROS坐標系中標準型法線式直線方程，常數(shù)項β是原點O到極限狀態(tài)直線的法線長度，cosD?和cosOg是法線OP·對坐標向量的方向余弦。也就是說，可靠指標的幾何意義就是標準正態(tài)坐標系中原點到極限狀態(tài)直線的最短距由圖3可知，法線垂足P*的坐標為：由公式(14),設(shè)計驗算點P·(S·,R*)在原坐標系ROS中的因為在坐標系ROS中極限狀態(tài)方程為R-S=0,所以在這條極限狀態(tài)直線上的P*點坐標(S·,R*)也必然滿足以下條件：以上討論的是極限狀態(tài)方程只含兩個正態(tài)基本變量的情況。但Z=g(X?,X?,……X?)=0量X;(i=1,2,……,n)為坐標的n維空間上的一個曲面。作標準正則極限狀態(tài)方程(20)在坐標系0——X?X?……X。中表達為Z=g(X?ox?+px?,X?Ox?+μx?,……,X?Oxn+μx?間坐標系O——X?X?……X。中原點O到極限狀態(tài)曲面的最短距的長度。圖4示出了三個正態(tài)基本變量的情況。參照公式(15),極限狀態(tài)曲面在P*點的法線OP*對坐標向表示函數(shù)g(X,)對X;的偏導數(shù)在P*點賦值。x=OP*cosθx?=βcos又由公式(21):即得與公式(18)類似式：xi?=μx?+βox;cos 與公式(19)相似，因為P*是極限狀態(tài)曲面上的點，必然滿足g(x;,xi 當已知各基本變量的統(tǒng)計參數(shù)后，按照公式(23)、(24)、(25)即可聯(lián)立求解β值。例如，當極限狀態(tài)方程為g(R,Sa,Sc)=R-到Sa、永久荷載效應Sc的平均值和標準差。上面討論均假定基本變量是正態(tài)分布的，當極限狀態(tài)方程中上方法計算β。所謂非正態(tài)變量當量正態(tài)化，就是在設(shè)計驗算點x’處，令當量正態(tài)變量X(其平均值為μx;標準差為σx?)的分布函數(shù)值Fx(x*)與原變量(其平均值為μx,標準差為ox)的分布函變量概率密度函數(shù)值fx,(x;*)相等(見圖5),求得當量正態(tài)變量X態(tài)變量的μx、ox?后，就可以由公式(23)、(24)、(25)計算β值。但由于當量正態(tài)化的公式(27)、(28)或公式(29)、(30)涉及到設(shè)計驗算點的坐標x∵,而xi’也是一個待求值。所以當極限狀態(tài)方程中有非正態(tài)變量時，必須利用公式(23)、(24)、(25)與公式(27)、(28)或公式(29)、(30)進行聯(lián)合求解才能算得β值。但這樣計算是很麻煩的，-般采用迭代法。其計算步驟示于圖6。方程g(X?,X?……,Xo)=0以本次求得的z;否以本次求得的z;否點是可靠指標與失效概率或可靠度(可靠概率)有一一對應的關(guān)和作用效應S的一、二階矩[見本標準第3.3.2條公式(3.3.2)],度(也即有較大可靠指標)的結(jié)構(gòu)，普遍地采據(jù)各基本變量的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型，綜合分析后來確定目標可靠指標?，F(xiàn)就公路橋梁和路面結(jié)構(gòu)扼要力的統(tǒng)計參數(shù)(見第4.3.2條和第7.1.2條說明)Ksc、6s、Kso、本變量的平均值μ和標準差σ,將它們代入第3.3.2條說明公式需考慮各基本變量的分布類型，按第3.3.2條說明圖6所示步驟1)一般情況下公路橋梁的最主要荷載是結(jié)構(gòu)恒載G和汽車荷載Q,把它們作為β運算的最基本荷載組合。汽車荷載在調(diào)查20級效應比值的統(tǒng)計特征，這兩種運行狀態(tài)都參與了β的運按照運算結(jié)果可以作出以下結(jié)論態(tài)下同類構(gòu)件β的平均值與密集運行狀態(tài)下同條件的β值非常2)無論是汽車一般運行狀態(tài)或是密集運行狀態(tài)，脆性構(gòu)件β值的平均值比延性構(gòu)件β值的平均值大0.5左右，因而可將0.5作為這兩類構(gòu)件相應于設(shè)計基準期內(nèi)失效概率的一個數(shù)量級標β=4.2,對應于失效概率pt=1.34×10-?,恰好介于工民建的β=3.2與鐵路橋梁的β=4.7之間。再按上述2)的原則，脆性構(gòu)件的目標可靠指標可取為β=4.7。以上確定的目標可靠指標是按現(xiàn)行規(guī)范持久狀況分析得到的，適用于二級安全等級公路橋梁持久狀況的承載能力結(jié)構(gòu)可靠性分析時直接引用了可靠度(可靠概率)這個數(shù)值指標，同時分析了30余條已建路面的實際可靠度，表1和表2。收中重中瀝青混凝土路面：對現(xiàn)行規(guī)范《公路柔性路面設(shè)計規(guī)范》JTJ014-97隱含可靠度作了分析，同時也計算分析了已建和在建公路的實際可靠度，結(jié)果分別列于表3和表4.中輪實際可學度(%)度要求。在經(jīng)過水泥混凝土路面和瀝青混凝3.3.3條表3.3.3-2給出的目標可靠指標及其相應的目標可靠目標可常度(%)分布類型進行了探討。利用重慶交通學院133根部分預應力混凝土梁的實測裂縫寬度和原南京工學院155根矩形梁的實測撓度資組合)可變荷載采用最大值，即采用汽車荷載頻遇值系數(shù)，=盡管如此，我們認為可將運算的最小可靠指標β=0.8適當提在制訂新規(guī)范時應采取適當措施，避免因正作為路基正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的路堤沉降曾作了概率分公路等級目標可靠指標4結(jié)構(gòu)上的作用4.1.1長期以來，把所有引起結(jié)構(gòu)反應的原因習慣地統(tǒng)稱為“荷括。另一種不是以外力形式施加于結(jié)構(gòu)，它們產(chǎn)生的效應常與結(jié)構(gòu)為地震是對結(jié)構(gòu)直接施加的、與地基和結(jié)構(gòu)無關(guān)的外力。因此，國際上普遍地把所有引起結(jié)構(gòu)反應的原因統(tǒng)稱為“作用”,而“荷載”僅限于表達施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。4.2作用的分類4.2.3作用按對結(jié)構(gòu)的反應分為靜態(tài)作用和動態(tài)作用。所以作這樣的分類是因為在進行結(jié)構(gòu)分析時，需要考慮某些作用的動力效應。把作用分為靜態(tài)或動態(tài)，不在于作用本身是否有動力特性，而主要在于它是否使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度。例如，人群荷載雖是一個具有一定動力特性的荷載，但它對橋梁產(chǎn)生的動力效應可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T。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)α的估計值為，α=0.9043,為處理方便起見，取α=1.0。當α=1.0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。濾過泊松(Poisson)過程的樣本函數(shù)如圖7所示。車輛荷載隨機過程{Q(t),t∈[0,T]}符合濾過泊松過程，它可表達成2)響應函數(shù)為參數(shù)λ的泊松過程；3)Sn(n=1,2,……)為相互獨立同分布于Fa(x)的隨機變量序列，稱為截口隨機變量且與N(t)互相獨立，令Se=0。濾過泊松過程最大值Qm=max{Q(t),O≤t≤T}的概率分布表達式為式中，F(xiàn)o(x)為車重的截口分布，擬合檢驗結(jié)果不拒絕對數(shù)正態(tài)分為設(shè)計基準期。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。過程的強度函數(shù)為λ(t)=λβt?-1(t≥0,λ,β>0),當分布參數(shù)β=1濾過韋泊過程最大值Qm=max{Q(t),O≤t≤T}的概率分布函數(shù)為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：1)荷載一次持續(xù)施加在結(jié)構(gòu)上的時段長度為r,將設(shè)計基準一p;圖8荷載的樣本函數(shù)基本變量是按隨機變量考慮的，所以需要把上述荷載隨機過程Q(t)轉(zhuǎn)換為設(shè)計基準期最大荷載隨機變量Qr,才能便于運算。根據(jù)4140個，重力密度數(shù)據(jù)804個，它們的分布面積達2980多m2。采用Kc=G/G,其中G為實測的構(gòu)件重或橋面重；Gi為現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件標準重或橋面標準重(即現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的標準重力密度乘設(shè)計體積);橋面重力密度采用K;=r/rn,其中r為實測橋面重力密度；n為現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的橋面標準重力密度(即標準容布函數(shù)列于表7。的統(tǒng)計參數(shù)組合起來。取橋面重分別為結(jié)構(gòu)總重的10%、15%、表7自重自重工方法測得了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20級。汽車荷載效應的可靠性分析采用無量綱參數(shù)Ksa=Sa/Sax,其中Sα為根據(jù)實測的汽車荷載計算的效應值，分為一般運行狀—20級，密集運行狀態(tài)時汽車荷載標準采用汽車一超20級。用載效應統(tǒng)計分析結(jié)果列于表8。昆明等10來個城市共30座橋梁進行實測調(diào)查。每座橋梁選其行人高峰期觀測三天。觀測的方法是在人行道上任意劃出2m2面積和10m、20m、30m觀測段，分別連續(xù)記錄瞬時出現(xiàn)其上的最多人同時進行，兩者互為校核。式中L為每平方米人群荷載實測值；表8汽車荷載效應統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)隨機概率分布函數(shù)截門分布書泊剪力剪力剪力I型剪力剪力1型剪力L?為現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的人群荷載標準值，即Lx?=3.0kN/m2或L?樣的高峰期在設(shè)計基準期內(nèi)有很大變化，短用K—S檢驗法進行截口分布的擬合檢驗，結(jié)果人群荷載均不拒絕極值1型分布。設(shè)計基準期的最大值分布按第4.3.1條說作為比較，現(xiàn)僅將2m2和觀測段10m的統(tǒng)計分析結(jié)果列于表9。擊系數(shù)可表示為式中Ym-在汽車過橋時測得的效應時間歷程曲線上最大隨機情況平均值/標準們Om觀測m1型的隨機樣本，并用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法來尋求其統(tǒng)計規(guī)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。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離地20m高，重現(xiàn)期為100年的10min平均最大風速確定的?？紭蛄好Q結(jié)構(gòu)類型標準跨徑(m)68地面10m,重現(xiàn)期為100年的10min平均最大風速作為制定規(guī)范圖。另取Ω=Way/Wo進行分析，以求其統(tǒng)計特征。其中Wo,為實經(jīng)統(tǒng)計假設(shè)檢驗，可認為年最大風壓概率分布服從極值I型其平均值μy=0.298Wk,標準差σwy=0.106Wok,變異系數(shù)δWy=k?k?k?Woy(43)其平均值可取現(xiàn)行規(guī)范值k?(視為平均值μ?),即=k?,變異系數(shù)取為δ=0.12;k?—廣義陣風系數(shù)，考慮了現(xiàn)行規(guī)范的風壓高度變化系數(shù)k?和瞬時脈動風壓對橋梁的不利影響，其平均值約為k?(視為平均值/?)的1.64倍，即μt?=1.64k?變異系數(shù)取為δ,=0.1;k?——地形地理條件系數(shù)，即為現(xiàn)行規(guī)范的k?(視為平均值Pwy=At/A2/'sHWoy=1.64×0.298k?k?k?Woh=0.ow,=μw,?w,=0.489×0.389假定年最大風荷載的分布類型與風壓的相同，也服從極值!公式(44)為風荷載的截口分布，根據(jù)第4.3.1條說明公式(39)及第4.3.2條說明公式(40),可得設(shè)計基準期100年最大風βr-β+alnm=0.404W?+0.14設(shè)計基準期內(nèi)最大風荷載Wr的統(tǒng)計參數(shù)，按其與氣溫的調(diào)查選擇了分布于我國六大片區(qū)具有代表性的哈爾華東和華南六大地區(qū)的氣溫特征。統(tǒng)計分析年最高和最低日平均值1型分布。在此基礎(chǔ)上，利用第4.3.1條說明公式(39)和極值1型分布的有關(guān)性質(zhì)，求得設(shè)計基準期100年的最大值分布?，F(xiàn)將六個氣象臺站極值氣溫的統(tǒng)計特征列于表11和表12。表12的平均值，正號表示負溫度；負號表示正溫度。隨機概率分布函數(shù)哈爾濱極值I型哈爾濱極值1型表12年最低日平均氣溫統(tǒng)計參數(shù)及概率分布函數(shù)隨機哈爾濱極值【型哈爾淡1型極值1型州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N.按下式計算：r和車道系數(shù)或輪跡橫向分布系數(shù)三個隨機變量的函數(shù)，必須首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、測，每個測點都要求3d,每天至少6h,上下午高峰時間各3h。輛劃分為若干種車型，然后利用車輛軸重資資料，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-0.792,分布檢驗通過正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布。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。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范圍和上限交通量(飽和交通量),分析得盡可能選擇連續(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平均增長率r服從正態(tài)分布。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)計分析得出了相應的標準差和變異系數(shù)，列于表16。7輪跡橫向分布系數(shù)?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。η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)Nc統(tǒng)計學的誤差傳遞公式推演得到累計標準軸次N。的方差計算永久作用(如恒荷載)被近似地認為在設(shè)計基準期內(nèi)是不變準值見第4.3.5條和第4.3.6條說明)舉例說明如下：1人群荷載。其標準值Lr按國際慣例取設(shè)計基準期最大值概率分布的0.95分位值，則由第4.3.2條說明表9中概率分布函L=1.00L?(現(xiàn)行規(guī)范標準值L=3.0kN/m2)L=0.86L?(現(xiàn)行規(guī)范標準值L?=3.5kN/m2)10m段觀測統(tǒng)計時L?=0.96L(現(xiàn)行規(guī)范標準值Ln?=3.0kN/m2)L=0.82L?(現(xiàn)行規(guī)范標準值Li?=3.5kN/m2)由上可見，2m2觀測統(tǒng)計所得人群荷載標準值L?大于10m段觀測統(tǒng)計結(jié)果。它的最大值相當于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的標準值Ln=3.0kN/m2,而僅為現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的另一項標準值L?=3.5kN/m2般規(guī)定為L?=3.0kN/m2;城市郊區(qū)行人密集地區(qū)可為Lk?=3.5kN/m2,但也可根據(jù)實際情況或參照所在地區(qū)城市橋梁設(shè)計的規(guī)定確定。本次人群荷載調(diào)查的數(shù)據(jù)多來自城市橋梁行人高峰期，統(tǒng)計分析所得標準值僅為L=3.0kN/m2,顯然用于一般公路橋梁設(shè)計是安全的，而現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定城市郊區(qū)橋梁人群荷載采用3.5kN/m2顯得大些。2風荷載。由第4.3.2條說明有關(guān)風荷載的統(tǒng)計參數(shù)可知，現(xiàn)行規(guī)范的風荷載標準值W.與調(diào)查統(tǒng)計所得設(shè)計基準期內(nèi)最大風荷載Wr平均值μwr的關(guān)系為說明現(xiàn)行規(guī)范風荷載標準值由于沒有考慮瞬時脈動風壓的影響，其值偏低。新規(guī)范應根據(jù)本次研究成果將風荷載標準適當提高。在高速公路、一、二級公路上的大中橋，其設(shè)計風速現(xiàn)期，而其他橋梁的設(shè)計風速為50年重現(xiàn)期。提供給規(guī)范使用的基本風壓圖是按重現(xiàn)期100年繪制的，所以新規(guī)范的風荷載標準值還需考慮設(shè)計風速重現(xiàn)期的換算。根據(jù)全國490個氣象臺站的50年與100年重現(xiàn)期基本風壓比值的統(tǒng)計，樣本的平均值0.884,標準差2,新規(guī)范50年風速重現(xiàn)期的換算系數(shù)度出發(fā)，結(jié)構(gòu)自重標準值需要考慮尺寸和材第4.3.2條說明表7列出了水泥混凝土和瀝青混凝土橋面的自重的平均值μ;和μ?與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的重力密度標重標準值(按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的重力密度標準值與水泥混凝土橋面n=μ/0.9870=1.013μ瀝青混凝土橋面n=μ:/0.9991=1.001μ水泥混凝土橋面G?=μc/0.9865=1.014μ;瀝青混凝土橋面G?=μe/0.9891=1.011μe計)小于2%的鋼筋混凝土，其重力密度標準值(容重)以25kN/m3計；含筋量大于2%的以26kN/m3計。由于構(gòu)件的重力密度難以混凝土和預應力混凝土，按重力密度25kN/m3計算。第4.3.2條表明實際構(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%時應分別按混凝土重和鋼筋重計算構(gòu)件自重。布力q和集中力P組成的圖式(見圖9)作為新規(guī)范的汽車荷載標第4.3.2條說明表8列出了汽車荷載效應在設(shè)計基準期內(nèi)的起控制作用，汽車荷載標準值應以彎矩效應的概率分布為基礎(chǔ)取值。按照國際慣例，荷載標準值Sa取保證率為95%的分位值。則由極值1型分布計算得由極值I型分布計算得以上各式中，S'a為由現(xiàn)行規(guī)范的汽車荷載標準圖式產(chǎn)生的應標準值Sa均小于現(xiàn)行規(guī)范汽車車隊荷載標準值產(chǎn)生的效應值S'a:一般運行狀態(tài)時約小11%;密集運行狀態(tài)時約小7%。上述取值原則承擔了5%的風險率。若將風險率降到1%,則所得調(diào)查統(tǒng)計標準值Sax,一般運行狀態(tài)和密集運行狀態(tài)均達到了現(xiàn)行規(guī)范的標準值S'a。鑒于我國公路橋梁的可靠性研究尚屬首次，在汽車荷載研究中又忽略了一些不定性因素，荷載標準值取值以保持較低風險率為好。因此，建議在確定車道荷載q和P標準在一般情況下，一般運行狀態(tài)不低于0.89S'ou,密集運行狀態(tài)不低于0.93S'ax;多數(shù)情況接近于S'α,但最大者不宜超過1.1S'ax。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)計應用的。另一個方法在國際上得到應用，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：軸載的換算系數(shù)。為α,則累計標準軸載作用次數(shù)n與交通量n’的關(guān)系為：系數(shù)an的物理意義是交通量的平均軸載換算系數(shù)，根據(jù)公路等級和功能可采用不同值。這個方法簡單實用，人為誤差小。振動和變形等這些結(jié)構(gòu)使用功能不良的現(xiàn)象的持續(xù)時間。可變作用的準永久值還可按作用在足夠長觀測期內(nèi)超過4?Q的平均超越率，即超越的次數(shù)n與觀測期T?的總觀測圖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)短期效應組合設(shè)計時采用的作遇值Q的總持續(xù)時間Et與整個觀測期T。的比值μ來確定，期內(nèi)超越頻遇值Y?Q的次數(shù)n與觀測期T?的總觀測次數(shù)比值4.4.3結(jié)構(gòu)通常要承受多種可變作用。在進行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計期[o,T]內(nèi)的隨機過程，效應組合就是把多種標準選用了塔克斯特拉(Turkstra)組設(shè)計基準期效應最大值與其余N-1個取任意時點效應值組合，這樣就可得到N個組合相對最大值：式中，maxS;(t)為第j種作用在設(shè)計基準期[O,T]內(nèi)的效應最大當S(t?)的分布函數(shù)F(x)和maxS;(t)的分布函數(shù)F;(x)為值S(j=1,2,……N)的分布函從結(jié)構(gòu)可靠度的角度出發(fā)，從中取一個起控制作用的組合(記為Sw)作為綜合作用效應最大值，它的分布函數(shù)FM(x)就是作用效了較為完整的實測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料，并在此基礎(chǔ)上作了大量的分時點效應值；Sar、St表示汽車荷載、人群荷載在設(shè)計基準期[o,T]的效應最大值，按塔克斯特拉組合規(guī)則有由于人群荷載取2m2的統(tǒng)計資料，其設(shè)計基準期的最大值等于任意時點(截口)值(見第4.3.2條說明中表9),公式(51)Sm?中是起控制作用的。它的分布函數(shù)Fxz(x)就是綜合荷載效應最大值的分布函數(shù)。4.4.4公路工程結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，按照可能出現(xiàn)的作用效應的基本組合是指永久作用設(shè)計值效應與可變作用設(shè)計值效應的組合。這種組合用于結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計，是所有公路工程結(jié)構(gòu)都應該考慮的。作用效應的偶然組合是指永久作用標準值、可變作用代表值和一種偶然作用標準值的效應組合。視具體情況有時也不考慮可變作用效應參與組合。作用效應偶然組合用于結(jié)構(gòu)的特殊情況下取構(gòu)造或其他預防措施；當需要進行設(shè)計時，因為偶然作用出現(xiàn)的概率極小，結(jié)構(gòu)可靠度也可大為降低。4.4.5本條規(guī)定是針對公路橋梁提出的。按照公路橋梁現(xiàn)行規(guī)范計要求不同，實質(zhì)上可靠度水平是有差異的。作為持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計依據(jù)的目標可靠指標，本標準第3.3.3條的規(guī)定可常性分析表明，它的可靠指標比“主要組合”時約低一個數(shù)量級差0.5。為了維持公路橋梁長期沿用的這項設(shè)計規(guī)定，尤其不希望材料設(shè)計指標總體水平的提高，在本標準既定目標可常指標的前提下，采取調(diào)整可變作用分項系數(shù)和效應組合系數(shù)的辦法，以適應這方面的詳細情況可參見第7.1.2條說明。進行作用短期效應組合和長期效應組合時，可公路橋梁現(xiàn)行規(guī)范給出的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，以作用的5.1材料與巖土的性能5.1.2本條提出了材料性能統(tǒng)計分析的要求，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)方面。著重調(diào)查統(tǒng)計了混凝土和鋼筋的強度點橋梁工地和預制廠(場)進行了調(diào)查，同時收集了已建橋梁存檔試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)整理剔除異常值，取得了各級強度可用的數(shù)據(jù)3萬多組。標準試件尺寸均為200mm×200mm×200mm。有關(guān)鋼筋方面，了各個品種的鋼筋強度數(shù)據(jù)共29萬多個，其中非預應力鋼筋近14萬個，預應力鋼筋15.6萬多個。這些全國調(diào)查資料構(gòu)成材料性能統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)。經(jīng)參數(shù)估計和概率分布的假設(shè)檢驗，表明混凝土和鋼筋的試件強度均不拒絕正態(tài)分布。其統(tǒng)計參數(shù)分別列于表18和表19。20”30”均值a(MPa)標準差σ(MPa)▲▲n平均值μ(MPa)標準差σ(MPa)變異系數(shù)δi?□級鋼筋2水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)方面。水泥混凝土路面的可靠度分析采用了疲勞概率模型，以路面疲勞壽命表示結(jié)構(gòu)的綜合抗力。影響混凝土路面疲勞壽命的因素很多，就材料性能而言，目前僅考慮了混凝土彎拉強度和彈性模量、基層頂面綜合回彈模量的不定性。至于計算模式的不定性以及用標準試件測試的材料性能與路面結(jié)構(gòu)實際材料性能的差異等，均在結(jié)構(gòu)可靠度驗證中加以綜合考慮。在廣東、浙江、安徽、河北、黑龍江等省的多個地、市選擇了600km以上150多個有代表性的新建和早建混凝土路段，通過實地測試采集了大量數(shù)據(jù)。采集的方法和數(shù)量見表20。9181組彎沉測定用K-S法進行概率分布的假設(shè)檢驗，結(jié)果上述材料性能均不拒絕正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布。實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，各項材料性能的變異范圍較大，有必要根據(jù)不同施工技術(shù)和管理水平將路面材料性能的變異范圍大表21。變異水平彎拉強度δ低中高各級公路有其不同的目標可靠指標，材料性能的變異水平也不同。表22列出了供設(shè)計采用的各級公路變異水平等級。低低～中中3瀝青路面結(jié)構(gòu)方面。瀝青路面的材料性能著重于土基回彈模量、路面結(jié)構(gòu)層的回彈模量和強度以及路面的回彈彎沉的試驗統(tǒng)計分析。路面結(jié)構(gòu)層主要是半剛性底基層、半剛性基層和瀝青面層，材料模量分抗壓回彈模量和劈裂回彈模量，各層材料均有標準層、基層和竣工時的面層；跟蹤觀測，包括長期觀測路段和“七五”攻關(guān)試驗路。材料性能的變異性分析是在取得大量觀測和試驗資料的基礎(chǔ)銅(三原至銅川)一級公路；滬寧(上海至南京)二級公路等的各個觀測試驗段，其中土基回彈模量439個，結(jié)構(gòu)層抗壓回彈模量2583個；劈裂回彈模量1614個；抗壓強度試件2179個；劈裂強度試件2192個，施工過程彎沉測點15800多個，跟蹤觀測彎沉點40200多個。性能的變異系數(shù)連同概率分布類型列于表23。變異系數(shù)(%)既率分布類型高中低正態(tài)分布結(jié)構(gòu)構(gòu)件中材料性能的不定性可用隨機變量Ω來表達：式中fe-一結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的材料性能值；fx-—規(guī)范規(guī)定的試件材料性能的標準值；f、---試件材料性能值。式中Ω---反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件中材料性能與試件材料性能差異(即換算系數(shù))的隨機變量；Ω?——反映試件材料性能不定性的隨機變量。利用數(shù)理統(tǒng)計學中的誤差傳遞公式可求得2?的統(tǒng)計參數(shù)：式中.、/aa、An?---分別為試件材料性能f,的平均值和隨機變δi、δn?——分別為試件材料性能f.的變異系數(shù)和隨機變量Ω0的變異系數(shù)。對于混凝土強度，設(shè)計采用的是棱柱體試件軸壓強度f.,對比試驗統(tǒng)計表明，它與邊長200mm立方體試件抗壓強度fzo之間平均值的關(guān)系為如果立方體試件為150mm×150mm×150mm,則隨機變量Ω平均值/n?=0.88。按公式(55)可得結(jié)構(gòu)構(gòu)件中式中μzao在5.1.2條說明表18中已給出，按公式(57)即可隨機變量。的變異系數(shù)δno=0.1。假定混凝土棱柱體強度變I級鋼筋Lno=0.95鋼筋的μ,和δi,已列于5.1.2條說明表19。已知鋼筋的/、表24.衷24構(gòu)件中混凝土和鋼筋強度Ω的統(tǒng)計參數(shù)軸心受壓受拉1級鋼筋I(lǐng)級鋼筋Ⅱ級鋼筋5.1.4材料性能標準值是極限狀態(tài)設(shè)計表達式中所含主要設(shè)計參數(shù)之一，它由經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到的材料性能概率分布的某一分位值確定。公路橋梁材料強度的標準值取其概率分布的0.05分位公路橋梁現(xiàn)行規(guī)范中混凝土強度的標準值在以下條件下確定：混凝土標準試件采用200mm×200mm×200mm的立方體；標準值的保證率取為85%。為了與國內(nèi)外標準保持一致，新規(guī)范中的混凝土強度標準值應實行新的確定方案，即混凝土標準試件由原邊長200mm的立方體改為邊長150mm的立方體，混凝土強度標準值的取值原則由原保證率85%改為保證率95%。這表明在同一批混凝土中，新規(guī)范的強度標準值比現(xiàn)行規(guī)范的低，也就是說，新規(guī)范對混凝土質(zhì)量的要求提高了。5.2結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)5.2.1結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)是極限狀態(tài)方程中的一個基本變量，是影調(diào)查實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用參數(shù)估計和概率分布假設(shè)檢驗，尋求其統(tǒng)計特征。各類公路工程結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的不定性分析各有特點，茲分別作如下說明。1公路橋梁結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的不定性可用隨機變量Ω.來表式中a——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際幾何參數(shù)值；av—結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)標準值，即設(shè)計幾何參數(shù)值；μ.和δ,——分別為結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的平均值和變異系數(shù)。在全國六大片區(qū)的10多個省、市、自治區(qū)的橋梁工地和預制廠(場),在進行恒載調(diào)查的同時，實測了構(gòu)件的尺寸。取得了T形據(jù)。截面有效高度專門進行測量，獲得了鋼筋混凝土梁、板和預應力混凝土梁、板近500個數(shù)據(jù)。按不同片區(qū)、不同截面形式進行整理和分析，再經(jīng)組合分析，可認為幾何參數(shù)不拒絕正態(tài)分布。用公式(59)和公式(60)計算的統(tǒng)計參數(shù)列于表25。鉆孔樁的設(shè)計直徑按規(guī)范規(guī)定采用成孔直徑，并且要求成孔直徑大于鉆頭直徑：旋轉(zhuǎn)鉆30～50mm;沖擊鉆50～100mm;沖抓鉆100～200mm。但為了達到經(jīng)濟效果，實際施工時采用的鉆頭直徑往往比設(shè)計直徑小上述尺寸，造成成孔直徑接近于設(shè)計樁徑。本次研究對8座橋梁的335根樁(樁徑1.2～2.2m)進行調(diào)查統(tǒng)計，其擴孔率(成孔直徑與設(shè)計直徑之比)的平均值為1.039～1.130,變異系數(shù)為0.025～0.110,概率分布類型均為極值1型分布，95%保證率的擴孔率為0.995～1.053,平均為1.009。這說明鉆孔樁的成孔直徑幾等于設(shè)計直徑，在進行樁的承載力(抗力)分析時，樁的周長變異性可以忽略不計；調(diào)查中同時發(fā)現(xiàn)，凡實行監(jiān)理施工的橋梁，樁長均能得到保證，樁長差多數(shù)在0～100mm范圍內(nèi)變2水泥混凝上路面幾何參數(shù)的不定性主要指面板厚度的變異性。幾何參數(shù)的調(diào)查實測與材料性能同時進行，數(shù)據(jù)的采集方法和數(shù)量見表26。統(tǒng)計的變異范圍與材料性能一樣也分為低、中、高三級水平，詳見表27。各級公路適用的面板厚度變異水平等級同第5.1.2條說明表22。低中高變異系數(shù)&(%)概率分布假設(shè)檢驗表明，水泥混凝土面板厚度同時服從正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布。3瀝青路面幾何參數(shù)的不定性主要是結(jié)構(gòu)層的底基層厚度、基層厚度和面層厚度的變異性。路基頂面的平整度對底基層厚度的變異性有很大影響，并進一步影響基層和面層厚度的變異性。有的基層平整度較好，從而瀝青面層厚度的變異性就小。由于實際結(jié)構(gòu)層厚度的標準差不大，因此其變異系數(shù)隨結(jié)構(gòu)層厚度的增加而實測數(shù)據(jù)同時表明，瀝青面層厚度的變異性不但與攤鋪厚度有關(guān)，而且與其下基層的攤鋪方式有關(guān)。當基層用攤鋪機攤鋪時，面層厚度的變異系數(shù)較小，而當基層用推土機或平地機攤鋪時，瀝青面層厚度的變異系數(shù)較大?？紤]以上兩種因素，瀝青面層的變異性按三個不同厚度(50～80mm、90～150mm和160～200mm)、兩度1478個，面層厚4219(平地機攤鋪2804個，攤鋪機攤鋪1415列于表28。概率分布類型也列入該表中。表28結(jié)構(gòu)層厚度變異系數(shù)及概率分布類型變異系數(shù)(%)高中低底基層厚度(mm)基層厚度(mm)呼度于確定結(jié)構(gòu)在作用影響下的反應(即作用效應)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗6.0.2結(jié)構(gòu)分析所采用的計算模式和基本假定應盡可能地符合遞系統(tǒng)構(gòu)造形式等，影響因素極其復雜，尤其目前尚缺乏測試技術(shù)考慮疲勞影響的結(jié)構(gòu)，其抗力實質(zhì)上與作用也有很大關(guān)系。例如路面結(jié)構(gòu)的抗力以路面疲勞壽命表示的，抗力的計算模式不定性在結(jié)構(gòu)可靠度驗證中綜合加以考慮，不單獨進行分析。公路橋梁的抗力著重于研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其抗力計算模式不定性用隨機變量Ωp來表達：式中R°——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際抗力值，取試驗值；R°—按規(guī)范公式計算的抗力值，計算時采用材料性能和幾何尺寸的實測值，以排除它們的變異性對分析為了取得抗力計算模式不定性的分析資料，收集了各種受力構(gòu)件承載力的試驗數(shù)據(jù)1200多個，同時進行了各50根圓截面鋼筋混凝土偏壓構(gòu)件和鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力的試驗。通過對Ω的統(tǒng)計分析，取得了2p的統(tǒng)計參數(shù)，結(jié)果列于表29。軸心受壓(短柱)正截面受彎信心受壓(短甘)小信心橋梁結(jié)構(gòu)抗力計算模式不定性參數(shù)作為極限狀態(tài)方程中一個基本變量，最后融入結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計參數(shù)的分析，在極限狀態(tài)設(shè)計中轉(zhuǎn)化為抗力分項系數(shù)。7.1.1以可靠性理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計一般可有兩種表達7.1.2公路工程結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計一般以分項系數(shù)指標已分別于第4.3.2條和第3.3.4條作了說明。這里還需補充Z的平均值Hz≈g(Hx?·Hx?,……,Hx)(62)Z的標準差式中，下標m表示偏導數(shù)中的X,(i=1,2,……,n)以各自的平均個：材料性能的不定性(見第5.1.2條和第5.1.3條說明);結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的不定性(見第5.2.1條說明)和計算模式的不定性(見第R=Ω,·R,=Ω,·R(fc,·a?式中R。-由計算公式確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力，R,=R(·),將第5.1.3條說明公式(52)和第5.2.1條說明公式(58)的關(guān)R=D?·R[(Q·f?)·(Ω·a)](i=1,2,……式中Ω、fi?——結(jié)構(gòu)構(gòu)件中第i種材料的材料性能隨機變量及 式中，X;表示函數(shù)R(·)中有關(guān)的隨機變量fc,、a?(i=1,2,……,在取得計算模式Ω,的統(tǒng)計參數(shù)以后，抗力R的統(tǒng)計參數(shù)即而根據(jù)第5.1.3條說明表24、第5.2.1條說明表25和第6.0.5條說明表29所列的2、Ω、0,的統(tǒng)計參數(shù)，代入公式(70)、(71)或公式(74)、(75)計算，即能求得各種受力構(gòu)件在不同參數(shù)情況下的統(tǒng)計參數(shù)xg、δn。經(jīng)綜合分析比較后列于表30。表30鋼筋混凝土構(gòu)件抗力R的統(tǒng)計參數(shù)軸心受力(短生)大偏心受壓(短柱)由公式(66)、(73)可知，結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R是由多個影響程度相近的隨機變量相乘而得，其概率分布一般是偏態(tài)的。由概率論知，若隨機變量之積為Y=X?·X?……Xa,則lnY-InX?+lnX?+何參數(shù)、計算模式是什么分布，一般可假定抗力R為對數(shù)正態(tài)分2)結(jié)構(gòu)可常度設(shè)計方法。這里所說的結(jié)構(gòu)可掌度設(shè)計，也就是對《統(tǒng)一標準》第3.3.2條規(guī)定的可靠指標計算公式進行逆運算。即預先給出目標可靠指標及各基本變量的統(tǒng)計特征，然后通過可靠度計算公式反求結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，進行構(gòu)件截面設(shè)計。 HR-PS?-μsc-β√(Hn?n)2+(μsoδsa)2+(μxcδsx算點坐標。而以標準值和分項系數(shù)表示的設(shè)計表達式可寫為式中，Scx、Sak、R分別為按規(guī)范規(guī)定的標準值計算的恒載效應、活載效應和構(gòu)件抗力，Yc、Yo、Yg分別為恒載系數(shù)、活載系數(shù)和構(gòu)件抗力系數(shù)。方程g(S?,S?,……,So,R)-0要使公式(79)與公式(80)等價，必須滿足下列條件：由公式(81)及第3.3.2條說明中公式(23)、(24)可知，系數(shù)Yc、Y?、Yg不僅與給定的可靠指標有關(guān)，而且也與結(jié)構(gòu)功能函數(shù)所包含的全部基本變量的統(tǒng)計特征有關(guān)?；钶d、恒載效應的變化將直接影響結(jié)構(gòu)可靠度。欲使結(jié)構(gòu)按公式(80)設(shè)計的可靠指標符合預先給定值，各分項系數(shù)必將隨活載、恒載效應比值p的變化而改變，這是不符合實用要求的。若Yc、Ya均取定值，Yg也按各種構(gòu)件取不同的定值，則所設(shè)計的構(gòu)件其實際具有的可靠指標就不可能與原先給定值相一致。顯然，為了設(shè)計上的方便，最佳分項系數(shù)的選擇就是使在該分項系數(shù)下構(gòu)件的可靠指標與給定的目標可靠指標誤差最小。為達到此目的采用了兩種方法進行計算。(a)抗力最小二乘法。按照公式(80),可得按設(shè)計表達式求出的抗力標準值：而給定可靠指標和各基本變量的統(tǒng)計特征后，按前節(jié)所述的可靠度設(shè)計法可求得相應于目標可靠指標的抗力平均值pR,進而由下式求得對應于規(guī)范規(guī)定的標準值的抗力值：式中，xg在本條說明表30中已給出。對于某一種構(gòu)件，若按公式(82)和公式(83)求得的抗力標準值相等，即R=Ri,則按公式(82)設(shè)計的構(gòu)件所具有的可靠指標必然與規(guī)定的可靠指標相等；若R>R;,則按公式(82)設(shè)計的構(gòu)件，其可靠指標也必大于規(guī)定的可靠指標。按照上述選擇最佳分項系數(shù)的原則，對于每種荷載效應組合，分項系數(shù)的確定可轉(zhuǎn)換為使下列H?值為最小的條件：式中，Ri,為第i種構(gòu)件在第m種車輛運行狀態(tài)和第；種荷載效應比值下，根據(jù)規(guī)定的目標可靠指標(見第3.3.3條),采用可靠度設(shè)計方法并按公式(83)確定的抗力標準值；R..,為第i種構(gòu)件在第m種車輛運行狀態(tài)和第；種荷載效應比值下，根據(jù)所選的分項系數(shù)，按公式(82)計算的抗力標準值。為了計算的需要，將公式(82)改寫為下列形式；式中Ye為第i種構(gòu)件的抗力分項系數(shù)，可用以下優(yōu)化方法確定：把公式(85)代入公式(84),得：式中實際上，兩種車輛運行狀態(tài)所取活載、恒載效應比值是相同公式(87)中的。每給出一組%和Ya值，對于每一種構(gòu)件(i)按公式(87)可求得Yg,值，進而按公式(86)求得與優(yōu)化的YR相對應的H,值。顯然，適用于各種構(gòu)件的最佳分項系數(shù)必須滿足使下列I值為最小的條件： 括2(兩種汽車運行狀態(tài))×6(六種荷載效應比值)=12組數(shù)據(jù)，而計算I值時，公式(88)右邊包括12×5(五種構(gòu)件)=60組數(shù)據(jù)。考慮到恒載效應分項系數(shù)不應因不同作用效應組合而異，首先選定圖12示出了Y?=1.2、Y。不同取值時I值的變化規(guī)律。按照I值最小的條件得到的各分項系數(shù)列于表31。表31以抗力最小二乘法確定的分項系數(shù)附加組合以這種方法確定的分項系數(shù)，用實用表達式設(shè)計的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其可靠指標的平均值與目標可律指標是極為相近的。但是表31中“主要組合”的活載(汽車)分項系數(shù)a=1.1,與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定值Ya=1.4相差較多，如果再取定Ya=1.4,則由于人為地減少了…個優(yōu)化條件，經(jīng)計算表明，以此計算的分項系數(shù)反算的可靠指標，普遍地低于目標可靠指標，且偏低很多。(b)可靠指標最小二乘法。以實用設(shè)計表達式之下的結(jié)構(gòu)可靠指標與目標可靠指標誤差最小的原則來確定分項系數(shù)。即式中，β?為第i個構(gòu)件的目標可常指標；β為第i個構(gòu)件在第m種汽車運行狀態(tài)第j種荷載效應比值p時實用設(shè)計表達(85)之下的可常指標。所以采用了--維優(yōu)化的0.618方法。由可靠指標最小二乘法求得的分項系數(shù)列于表32。按此分項系數(shù)反算構(gòu)件可常指標，其平均值與目標可靠指標相近。比較表31和表32不難看出：前表中活載(汽車)效應的分項系數(shù)Yα與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定值有一定的差距，而后表中的Y?與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定值是相同的；前表中結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力分項系數(shù)Y在“主要項系數(shù)上是不應有差異或差異很大的，后表中兩者的Yg;比較接近。因此，表32的數(shù)值可被用于新規(guī)范和作用效應組合系數(shù)分受彎附加組合以上討論的分項系數(shù)是恒載效應與活載效應同號時的情形。但橋梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計也會遇到兩者異號的情況，這在第7.2.2條加標、恒載和活載(汽車)效應的分項系數(shù)都是在荷載最基本組合下確定的。但是橋梁等結(jié)構(gòu)往往同時作用著多個活載(或作用)。隨著可變荷載(或作用)種類和比例的不同，綜合荷載效應最大值的統(tǒng)計規(guī)律也發(fā)生相應的變化，從而影響了結(jié)構(gòu)可靠指標β和荷載系數(shù)Ye、Ya已選定的條件下，對有多個可變荷載(或作用)參與效應組合，引入荷載效應組合系數(shù)亞，對荷載效應標準值作等值折條說明表32);R·則根據(jù)荷載最基本組合下的β值和在設(shè)計基準期內(nèi)起控制作用的組合最大荷載效應(見第4.4.3條說明),按結(jié)與組合的荷載(或作用)種類、活載效應與恒載效應有如式中ξ=Saa/San為人群荷載標準值效應與汽車荷載標準值效應為某一定值，就可以使公式(95)右邊的函數(shù)值(1+∈W)/(1+E)(記為)隨ξ變化的規(guī)律與業(yè)的規(guī)律接近。公路橋梁的人群荷載效應與汽車荷載效應的比值通常在0.3以下，計算時適當放寬到0.5。因此選用了ξ=0.01、0.025、0.05、0.1、0.25、0.5六個檔次，按照公式(92)I值為最小的條件，優(yōu)化確定通過公式(91)計算的適用于軸心受壓、軸心受拉、荷載和人群荷載效應組合時的業(yè)值，采用第3.3.3條規(guī)定的安全等級二級結(jié)構(gòu)的目標可靠指標和本條說明的表32中“主要組合”表33列出了經(jīng)優(yōu)化得到的隨ξ變化的業(yè)值；其關(guān)系曲線繪·般運行狀態(tài)下的業(yè)一0.72時相應的子在優(yōu)化確定業(yè)值以后，就可按公式(95)選取定值平.,使=((1+ξ里)/(1+{)與坐值相接近。取少=0.72時值也列于表33中。從表中可看出，在ξ-0.5以下值接近或略大于業(yè)值，是安全的。只有當密集運行狀態(tài)ξ=0.5的個別情況，型比平略小3%。但實際工程中人群荷載與汽車荷載效應比ξ=0.5幾乎是不上述求荷載效應組合系數(shù)是先按優(yōu)化條件求出業(yè)值，然后再通過計算使≈更確定平。值。也可以按總體優(yōu)化條件，(93)出發(fā)，采用使下式I.為最小來確定適用各種構(gòu)件(i)、各種活、恒載效應比p(j)和各種活載效應比(E)的最佳組合系數(shù)亞：以上公式中以上公式中=0.5904;密集運行狀態(tài)T。=0.7411。型。值由密集運行狀態(tài)控制。當平.=0.74時，相應的值列于表33。與前述方法確定的平，=0.72比較相差甚小。以安全計。取平。=0.74以供新規(guī)范參考應用。(b)恒載、汽車荷載、人群荷載與其他荷載(或作用)的效應組除了承受恒載、汽車荷載與人群荷載外，還要伴隨多種其他荷載(或作用),如風荷載、汽車制動力、溫差影響力等。這些荷載(或作用)有些目前還未能獲得完整的或適用于全國的可靠統(tǒng)計資料，所以也無法應用第4.4.3條規(guī)定的塔克斯特拉規(guī)則將眾多荷載(或作用)組合起來，以確定其組合后的最大值及