高 策，薛吉崗

(鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，北京 100038)

1 概述

容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法是當(dāng)前國際工程界常用的2種基本設(shè)計(jì)方法。從1950年我國鐵路行業(yè)發(fā)布第一部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)——《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)程》(初稿)開始，鐵路橋梁采用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)60多年。當(dāng)前，采用基于可靠度理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成為國際主流趨勢，世界主要發(fā)達(dá)國家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范均已采用極限狀態(tài)法，我國建筑、公路、水利等行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也從容許應(yīng)力法過渡到了極限狀態(tài)法。

設(shè)計(jì)規(guī)范是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，也反應(yīng)了某個(gè)國家在有關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。隨著我國鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的不斷深入和國際間交流合作的日益密切，鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范采用容許應(yīng)力法越來越不能適應(yīng)橋梁技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法迫切需要由容許應(yīng)力法過渡到極限狀態(tài)法。

2 容許應(yīng)力法的發(fā)展及不足

容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法是一種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，1826年被提出后，隨著結(jié)構(gòu)分析理論的發(fā)展逐步得到推廣應(yīng)用，并沿用至今。容許應(yīng)力法將材料視為理想彈性體，用線彈性理論方法，算出結(jié)構(gòu)在荷載下的應(yīng)力，并要求構(gòu)件任何截面上任意點(diǎn)的應(yīng)力σ不得超過材料的容許應(yīng)力［σ]，即

容許應(yīng)力法曾為橋梁工程的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。英國于1890年建成的主跨521 m的福思雙線鐵路懸臂鋼桁架梁橋，標(biāo)志著采用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和容許應(yīng)力設(shè)計(jì)的方法在橋梁工程界的巨大成功［1]。容許應(yīng)力法的優(yōu)點(diǎn)在于表達(dá)形式簡單，計(jì)算方便，易于掌握，因此沿用了100多年。

目前所謂的容許應(yīng)力法實(shí)際上是對單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法的簡稱。［σ]中包括有安全系數(shù)，構(gòu)件強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定等的計(jì)算中也均由一個(gè)對應(yīng)的安全系數(shù)控制。

容許應(yīng)力法主要依據(jù)結(jié)構(gòu)分析理論和材料、構(gòu)件的試驗(yàn)成果以及荷載測試，安全方面主要取決于安全系數(shù)的取值。隨著工程技術(shù)水平的進(jìn)步和人們認(rèn)識的不斷深入，安全系數(shù)取值也在不斷修正完善。但是，由于影響結(jié)構(gòu)安全的因素太多且十分復(fù)雜，在缺乏更科學(xué)合理的方法來深入分析結(jié)構(gòu)的安全性時(shí)，仍只能靠經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷進(jìn)行考慮。

隨著我國鐵路橋梁技術(shù)的不斷進(jìn)步，使用容許應(yīng)力法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較多不足，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)容許應(yīng)力法采用的安全系數(shù)，沒有很好考慮荷載、材料特性等參數(shù)變化的影響，因而采用不同安全系數(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)之間缺乏可比性。

(2)僅采用容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)難以防止橋梁其他形態(tài)的破壞。橋梁結(jié)構(gòu)除了強(qiáng)度上要滿足容許應(yīng)力的要求外，仍要防止其他破壞狀態(tài)。

(3)安全系數(shù)的取值多憑經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐判斷，難以準(zhǔn)確評價(jià)橋梁設(shè)計(jì)的安全度［2]。

(4)僅靠單一安全系數(shù)來考慮不同性質(zhì)的橋梁荷載不太合理，用其簡單考慮作用效應(yīng)和抗力也是不準(zhǔn)確的。

(5)對材料強(qiáng)度采取一定的安全折減來保持橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能和安全性，不能充分發(fā)揮材料性能，影響其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

(6)橋梁結(jié)構(gòu)變形、混凝土性能劣化等的情況不能直接控制，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(7)使用容許應(yīng)力法不利于鐵路橋梁對外交流和技術(shù)進(jìn)步。由于我國鐵路橋梁采用的是容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)規(guī)范，國際咨詢和技術(shù)交流經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)不對應(yīng)，無法進(jìn)行直觀對比的情況。

3 極限狀態(tài)法的發(fā)展及優(yōu)點(diǎn)

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法基于概率論和結(jié)構(gòu)可靠度理論，考慮了影響結(jié)構(gòu)安全的各種因素，并通過概率統(tǒng)計(jì)方法和可靠度指標(biāo)將各種影響因素轉(zhuǎn)化為多個(gè)分項(xiàng)安全系數(shù)。極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，也包括鐵路橋梁的疲勞承載力極限狀態(tài)。

20世紀(jì)40年代，美國學(xué)者提出了結(jié)構(gòu)失效概率的概念，70年代，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出了基于結(jié)構(gòu)可靠度理論的設(shè)計(jì)原則。從20世紀(jì)70年代開始，世界許多國家開始采用結(jié)構(gòu)可靠度理論制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，極限狀態(tài)法逐步成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的主流趨勢。

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法以極限狀態(tài)為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)，用概率論處理結(jié)構(gòu)的可靠性問題。設(shè)計(jì)的原則是荷載引起的荷載效應(yīng)S在規(guī)定的極限狀態(tài)下大于抗力R的概率(即失效概率 Pf)不應(yīng)超過規(guī)定的限值［Pf]，即:

為了便于計(jì)算，引入了結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)β來代替失效概率Pf，二者關(guān)系為

式中 φ(δ)——標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。

按照概率程度高低，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法可以分為3個(gè)水準(zhǔn)，即水準(zhǔn)Ⅰ—半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，水準(zhǔn)Ⅱ—近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，水準(zhǔn)Ⅲ—全概率極限狀態(tài)法。目前國內(nèi)外規(guī)范中采用較多的是近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法［3]。

鐵路橋梁結(jié)構(gòu)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法比容許應(yīng)力法有著明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)通過可靠度指標(biāo)β，使得各類鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度得以相互協(xié)調(diào)，利于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(2)將概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)運(yùn)用到橋梁結(jié)構(gòu)安全的問題中，闡釋了橋梁結(jié)構(gòu)安全的實(shí)質(zhì)，能科學(xué)定量的確定結(jié)構(gòu)的可靠性。

(3)以塑性理論為基礎(chǔ)，更加符合實(shí)際情況，能充分發(fā)揮材料性能。

(4)給出了結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的確切定義，把極限狀態(tài)作為結(jié)構(gòu)安全和失效的界限，并用數(shù)學(xué)形式表示出來，使鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論更加趨于完善。

(5)更加全面地考慮了影響橋梁結(jié)構(gòu)安全各種因素的客觀變化和差異，使得設(shè)計(jì)參數(shù)更加合理，讓安全性和經(jīng)濟(jì)性更好的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(6)極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)中的相關(guān)參數(shù)，能伴隨橋梁各方面的技術(shù)進(jìn)步在設(shè)計(jì)中得到更好的體現(xiàn)。

4 國內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)方法發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界主要發(fā)達(dá)國家的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范均已采用了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺的ISO 2394《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》［4]為各國規(guī)范編制工作起到引領(lǐng)性作用。

英國橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范BS5400(鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋)是世界上很有代表性的標(biāo)準(zhǔn)，以極限狀態(tài)法為基礎(chǔ)，部分分項(xiàng)系數(shù)是根據(jù)近似概率法對原設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化后確定的。

美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范是由美國各州公路和運(yùn)輸工作者協(xié)會制定的，在20世紀(jì)70年代，采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，80年代后期開始采用結(jié)構(gòu)可靠性和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論，制定了LRFD(Load and Resistance Factor Design，荷載系數(shù)與抗力系數(shù)設(shè)計(jì))橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法在1994年至2006年與容許應(yīng)力法并行使用，2007年后完全采用極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范。

歐洲橋梁規(guī)范是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會CEN/TC—250負(fù)責(zé)制定并用于歐洲各個(gè)國家的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。總體上說，歐洲橋梁規(guī)范的理論框架基于極限狀態(tài)設(shè)計(jì)概念，部分設(shè)計(jì)參數(shù)的取值依靠概率統(tǒng)計(jì)和簡化的結(jié)構(gòu)可靠性分析。

前蘇聯(lián)1984年采用了可靠度理論，按極限狀態(tài)法進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)，目前俄羅斯依然采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

日本土木學(xué)會從1986年開始使用極限狀態(tài)法，鐵路橋梁設(shè)計(jì)從1992年開始逐步采用，目前已全面實(shí)行與性能設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

我國在20世紀(jì)80年代開始推進(jìn)極限狀態(tài)法的研究和應(yīng)用，并在吸收國內(nèi)外成果的基礎(chǔ)上，編制了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50153—1992)［5]，2008年又進(jìn)行了全面修訂。目前，我國公路橋梁已全面使用極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鐵路橋梁設(shè)計(jì)仍采用容許應(yīng)力法。

5 鐵路橋梁設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)換的有利因素及存在問題

早在20世紀(jì)80年代，鐵道部已開展了設(shè)計(jì)規(guī)范由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)軌到極限狀態(tài)法的基礎(chǔ)研究工作。1985年8月，鐵道部基建總局在吉林召開鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠性科研工作會議，部署和研究以結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)修訂鐵路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范工作，并于同年召開“橋規(guī)”科研討論會，研討修訂橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的具體問題。鐵路工程建設(shè)“七五”科技發(fā)展規(guī)劃中列入結(jié)構(gòu)可靠性理論的應(yīng)用研究。1988年鐵道部基建總局在天津召開“基于可靠性理論的橋規(guī)編制工作會議”，并繼續(xù)深入開展相關(guān)的課題研究工作。

為編制橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，1987年至1993年，鐵道部組織對以可靠度理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，大體分為抗力、荷載、設(shè)計(jì)方案研究等幾個(gè)方面。1993年，鐵道部主持完成了34項(xiàng)科研課題的鑒定驗(yàn)收工作。在科研課題驗(yàn)收鑒定的基礎(chǔ)上，1993年鐵路橋涵可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范上冊(主要是梁部結(jié)構(gòu))著手編制，歷經(jīng)初稿、征求意見稿、送審稿幾個(gè)階段。在此期間，對12套標(biāo)準(zhǔn)圖的19個(gè)跨度混凝土梁和9套標(biāo)準(zhǔn)圖的11個(gè)跨度鋼梁按極限狀態(tài)法進(jìn)行檢算。經(jīng)過反復(fù)修改，于2000年初步定稿。

1993年《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50216—1994)［6]完成編制工作并頒布實(shí)施，用來指導(dǎo)包括橋梁在內(nèi)鐵路各專業(yè)極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范的編制。1994版《鐵路主要技術(shù)政策》也規(guī)定，“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)逐步采用可靠度理論”，表明結(jié)構(gòu)可靠度理論已經(jīng)成為鐵路行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的重要技術(shù)政策和原則［7]。

1996年，為了規(guī)范配套使用的需要，鐵路橋涵可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范下冊(主要是墩臺和基礎(chǔ))啟動(dòng)編制工作，并對相關(guān)課題進(jìn)行了立項(xiàng)研究，還進(jìn)行了圓端形空心墩和矩形實(shí)體墩的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)檢算，并與容許應(yīng)力法進(jìn)行了對比分析，于2002年10月完成征求意見稿。

為了使鐵路橋涵可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范上、下冊協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在吸收鐵路橋梁科研最新成果的基礎(chǔ)上，規(guī)范上、下冊目前已被整合成一冊《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(極限狀態(tài)法)》。

《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50216—94)目前也在進(jìn)行修編。近年來，鐵道部還開展了鐵路工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的通用方法和專業(yè)參數(shù)處理分析、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法等方面的專題研究。同時(shí)，通過系統(tǒng)總結(jié)既有線6次提速和高速鐵路建設(shè)、運(yùn)營實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前我國已基本形成了比較完整的鐵路橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)軌工作創(chuàng)造了良好條件。

同時(shí)，由于我國建筑、交通、水利、港口工程已完成由容許應(yīng)力法轉(zhuǎn)軌為極限狀態(tài)法，其經(jīng)驗(yàn)可供鐵路橋梁設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)軌參考借鑒。建筑工程在我國率先采用以概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范，并已經(jīng)進(jìn)行過多次修訂。在其轉(zhuǎn)軌初期，主要對房屋結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的恒載，以及風(fēng)雪荷載、樓面活荷載進(jìn)行了大量的統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)計(jì)規(guī)范轉(zhuǎn)軌采用了校準(zhǔn)法，在轉(zhuǎn)軌過程中，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的采用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，使制定的極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范與原來的容許應(yīng)力法規(guī)范水平相當(dāng)。后期修訂中，綜合多方因素，對局部指標(biāo)或總體可靠水平不斷進(jìn)行完善。我國公路橋梁在1985年最初轉(zhuǎn)軌的過程中，研究較為充分、具有比較完整統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的是混凝土橋梁，而對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁和鋼橋等的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對缺乏。

盡管鐵路橋梁采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的問題進(jìn)行了多方面深入細(xì)致的研究，為設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)換工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，奠定了良好的基礎(chǔ)，但距離真正轉(zhuǎn)換到極限狀態(tài)法還有一些問題需要解決，主要包括以下幾個(gè)方面。

(1)很多基礎(chǔ)研究仍需進(jìn)一步開展。橋梁極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的研究多在20世紀(jì)80年代進(jìn)行，鐵路橋梁工程結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，有許多研究內(nèi)容如分項(xiàng)系數(shù)、可靠度指標(biāo)等還需要根據(jù)最新變化重新修正。

(2)此前橋梁可靠度分析中的材料統(tǒng)計(jì)結(jié)果多為20世紀(jì)80年代的數(shù)據(jù)，不能涵蓋當(dāng)前的最新水準(zhǔn)。近年來，新材料不斷推廣應(yīng)用，諸如工廠化集中拌和的高性能混凝土、新型高強(qiáng)度鋼筋等新材料數(shù)據(jù)，還缺乏相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。

(3)鐵路橋梁以前的極限狀態(tài)法研究多關(guān)注強(qiáng)度方面的承載能力，現(xiàn)在還需要考慮高速鐵路橋梁所強(qiáng)調(diào)的平順性、耐久性等方面的指標(biāo)。

(4)列車荷載方面尚缺乏高速、重載鐵路等新荷載情況，需加強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)的分類采集，統(tǒng)計(jì)分析。

6 鐵路橋梁設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)換的方法和建議

我國鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范由容許應(yīng)力法向極限狀態(tài)法轉(zhuǎn)換是個(gè)系統(tǒng)性工程，已經(jīng)做了大量工作，奠定了很好的基礎(chǔ)條件，且規(guī)范編制已基本完稿成型。鐵道部于2011年全面啟動(dòng)鐵路工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)軌工作，橋梁、隧道、路基、軌道等專業(yè)未來將全面采用極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合目前鐵路橋梁的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)軌過程中，應(yīng)穩(wěn)步推進(jìn)，建議今后工作分2個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，用較短的時(shí)間，抓緊在已有工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)可靠度校準(zhǔn)法原理，通過保證現(xiàn)行設(shè)計(jì)的安全水平，首先實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的平穩(wěn)過渡;第二階段，在第一階段的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)積累的不斷完善和相關(guān)課題的深入研究，結(jié)合抗力、材料等的統(tǒng)計(jì)分析，對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行修正，最終形成安全、成熟、可靠的橋梁極限狀態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范。

為了順利實(shí)現(xiàn)鐵路橋梁設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)軌的第一階段目標(biāo)，需要開展以下工作。

(1)梳理以前的橋梁極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)研究成果。對已完成橋涵、墩臺和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)法標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真整理，研究存在的問題和解決方法。

(2)根據(jù)新的運(yùn)輸條件對相關(guān)條文進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)補(bǔ)充200 km/h及以上鐵路橋梁的構(gòu)造要求和性能設(shè)計(jì)方面的要求。

(3)對近年來鐵路橋梁使用的新結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)檢算。上部結(jié)構(gòu)可選擇客貨共線與重載鐵路T梁、高速及城際鐵路箱梁等具有代表性的梁型進(jìn)行檢算;下部結(jié)構(gòu)可選擇客貨共線、重載鐵路和高速鐵路具有代表性的矩形、圓端形實(shí)體墩和空心墩及雙柱式墩等進(jìn)行檢算，基礎(chǔ)可選擇樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢算。另外也需對近年來常用框架箱涵進(jìn)行檢算。

(4)鐵路橋梁極限狀態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范編制也要與目前正在修編的《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行協(xié)調(diào)一致。

以上工作順利完成后，可發(fā)布橋梁極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范，主要用于橋梁結(jié)構(gòu)試設(shè)計(jì)工作，以便與現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果對比復(fù)核。

與此同時(shí)，開展第二階段工作，完善橋梁極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，最終形成完善的鐵路橋梁極限狀態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范。具體需開展以下工作。

(1)橋梁荷載數(shù)據(jù)采集與分析。荷載數(shù)據(jù)按照恒載、活載、活載作用分類采集。恒載方面，主要分一期恒載和二期恒載進(jìn)行理論與實(shí)際重量之比特征值統(tǒng)計(jì)，代表性混凝土簡支梁以及橋墩、基礎(chǔ)荷載參數(shù)統(tǒng)計(jì)，鋼梁恒活載比值參數(shù)統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容?；钶d方面，客貨共線列車活載可以利用已有的數(shù)據(jù)，主要對高速、重載鐵路的列車荷載軸重、軸距等變量特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?；钶d作用主要對高速、重載列車作用下橋梁、涵洞的動(dòng)力系數(shù)、溫度荷載等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)完成后，對采集和試驗(yàn)測試得到的各種荷載參數(shù)進(jìn)行概率分布類型檢驗(yàn)，確定統(tǒng)計(jì)特征值，提出規(guī)范設(shè)計(jì)值。

(2)橋梁抗力數(shù)據(jù)采集與分析。對鐵路橋梁不同等級鋼材屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度、混凝土試件強(qiáng)度和彈性模量、鋼筋強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度等進(jìn)行材料特性統(tǒng)計(jì)。重要材料抗力可通過試驗(yàn)獲得。對高速鐵路橋梁恒載、材料變異性、幾何尺寸等特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)橋基頻測試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。對各種形式橋梁支座材料特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

(3)完善設(shè)計(jì)模型。調(diào)研國內(nèi)外資料，分析橋梁正常使用極限狀態(tài)內(nèi)容和參數(shù)，修正正常使用極限狀態(tài)方程，檢算可靠指標(biāo)，研究確定正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式和分項(xiàng)系數(shù)。

(4)研究鐵路橋梁新運(yùn)輸條件下極限狀態(tài)理論分析模型。研究荷載分類、組合形式和組合系數(shù)，極限狀態(tài)法鋼橋防脆斷標(biāo)準(zhǔn)，高速鐵路橋梁基頻特征設(shè)計(jì)指標(biāo)，橋墩計(jì)算理論等。

在以上工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)研究結(jié)果和第一階段橋梁極限狀態(tài)法規(guī)范試設(shè)計(jì)成果，修正極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，完成結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)，核定目標(biāo)可靠指標(biāo)，驗(yàn)證計(jì)算各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分項(xiàng)系數(shù)，予以適當(dāng)調(diào)整，形成極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范。極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范與容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)設(shè)置一定時(shí)間的并行過渡期。最終根據(jù)各項(xiàng)科研成果和并行使用期間的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完善橋梁極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)規(guī)范，待時(shí)機(jī)成熟后廢止橋梁容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)規(guī)范，全面采用極限狀態(tài)法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語

長期以來，我國鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直采用容許應(yīng)力法，由于其成熟可靠，在我國鐵路橋梁建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。然而，更科學(xué)合理的極限狀態(tài)法代替容許應(yīng)力法是鐵路橋梁技術(shù)發(fā)展的必由之路，也能更好地促進(jìn)鐵路橋梁的進(jìn)一步發(fā)展。從介紹容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法發(fā)展歷史及優(yōu)缺點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀，分析我國鐵路橋梁采用極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)的可行性及存在的問題，同時(shí)提出相關(guān)建議。我國鐵路橋梁采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)勢在必行，且技術(shù)可行，希望起到拋磚引玉的作用。

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