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《公路工程结构可靠性设计统一标准》解读


    来源:交运部    更新时间:2020-05-28       评论: 0

   近日,交通运输部发布了《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG 2120-2020,以下简称《标准》),作为公路工程行业标准,自2020年8月1日起施行。为便于理解《标准》的主要内容,切实做好贯彻实施工作,现将《标准》制订情况解读如下:
  一、背景情况
  进入二十一世纪后,国际上工程结构可靠性设计理论趋于成熟,基于可靠性的概率极限状态设计方法已成为工程结构设计的主流方法,欧盟EUROCODE规范、美国AASHTO规范等相继发布了结构可靠性设计规范;在国内,国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008)在设计理念、概念体系、设计方法等方面作了较大改进,之后国内建筑、铁路、港口工程的可靠性设计标准相继发布;在公路工程使用的公路桥隧和路面设计规范新一轮修订中,基本采用了以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法。为了进一步统一公路工程结构可靠性设计的原则、方法和要求,交通运输部组织完成了《标准》的制订工作。
  二、《标准》的定位与作用
  《标准》隶属于公路工程标准体系通用板块的基础模块,定位于强制性行业标准,主要解决公路工程结构可靠性设计的基础理论、实用方法和技术等共性问题,是制修订其他公路工程结构设计规范的基础。
  《标准》将进一步促进可靠性理论在公路行业内的推广应用,使公路工程结构的设计理论更加完善,更好地指导桥隧、路面和地基等行业标准的编制,提升我国公路工程结构设计规范的科学水平;促进行业对于可靠性管理、可靠性设计、设计使用年限、耐久性等认知的再提升,有利于延长公路工程的使用寿命,提升公路工程对生产生活和经济发展的保障服务作用。
  三、《标准》的内容和特点
  《标准》注重落实高质量发展理念,对标国内国际先进理论与方法,吸纳了交通运输行业公路工程结构可靠性设计的最新研究成果及工程建设经验,开展了大量的理论研究与试验验证。《标准》的主要内容包括:
  (一)规定了公路主体结构的设计原则。《标准》规定了桥隧、地基、基础等主体结构的设计原则。在设计准则上,考虑安全性、耐久性和适用性三类功能的极限状态。在数学-力学模型上,采用概率统计、确定材料性能和作用特性,基于构件的破坏机理、形成功能函数的极限状态表达式,即采用基于概率的构件极限状态。
  (二)提出了可靠性设计的实用方法。将功能函数的极限状态方程简化为多项系数表达式,由目标可靠指标转化为分项系数、直观反映可靠性水平。一是明确可靠性设计的基础理论,规定了根据目标可靠指标经校准后、确定分项系数的方法。二是构建实用设计方法的完整框架,增加了地震设计状况、区别于其他偶然状况、体现地震作用的数据统计特性;规定了适用于承载能力极限状态和正常使用极限状态的分项系数表达式。三是完善可靠性设计的细节要求,以“作用组合”取代“作用效应组合”、符合公路工程中部分结构非线性效应突出的客观情况;作用按永久作用、可变作用、偶然作用和地震作用分类,作用代表值考虑了桥涵、隧道、路面等专业特点、按不同分位值确定。
  (三)搭建了协调统一的技术指标体系。桥隧结构和路面的安全等级和目标可靠指标考虑技术等级与破坏后果等因素,设计使用年限按可更换构件和永久主体结构考虑,与《公路工程技术标准JTG B01-2014一致。参照《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015、《公路水泥混凝土路面设计规范JTGD40-2011、《公路沥青路面设计规范JTG D50-2017和《公路隧道设计规范 第一册 土建部分》JTG 3370.1-2018,材料性能按不同的概率分布分位值取用。
  (四)增加了保障设计预期的管理要求。结构达到规定的可靠度水平是有条件的,结构可靠度是在“正常设计、正常施工、正常使用”条件下结构完成预定功能的概率。《标准》结合公路行业多年来的实践经验,从勘察设计、施工、使用全过程对可靠性管理提出了原则性的要求,以保证结构具有设计的可靠性。
  四、实施注意事项
  (一)与相关规范配套使用。《标准》使用过程中应与有关公路工程设计规范,如《公路工程技术标准》、《公路桥涵设计通用规范》、《公路水泥混凝土路面设计规范》、《公路沥青路面设计规范》和《公路隧道设计规范 第一册 土建部分》等配套使用。
  (二)精心组织宣贯培训。《标准》在公路工程的规范编制、使用性能检测、技术状况评估中广泛使用,各省(市)交通运输主管部门、设计单位、建设单位、管养单位和科研院所等要结合工作实际,切实有效地做好宣贯培训,让技术人员准确理解《标准》,合理使用《标准》,为交通基础设施质量的不断提升打下良好技术基础。
  (三)注重数据积累和理论升级。在《标准》执行中,需进一步加强对公路实际工程统计资料的分析。此外,基于性能的设计方法,在目标设定和性能评定上都是以与失效概率一一对应的可靠指标予以量化的,对结构性能提出全面、清晰的要求和量化指标,是概率极限状态设计方法升级发展的方向,建议对基础理论和设计施工管养的一体化技术措施进行研究,为我国规范体系的系统升级奠定基础。

   相关公告:交通运输部公告 2020年第28号

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