城市轨道交通桥梁按极限状态法设计的建议

通过对各国桥梁设计规范中关于结构设计基本方法的研究 ,参照我国实际情况 ,分析了城市高架轨道交通桥梁的特点 ,提出了高架轨道交通桥梁荷载的分类与组合形式 ,确定了设计主要表达式和各计算系数的取值 ,并结合实际算例对极限状态法和容许应力法进行了比较 .

铁路隧道衬砌极限状态法设计验证研究

为了验证极限状态法在隧道衬砌设计中的可操作性,分别采用极限状态法和破损阶段法对铁路隧道衬砌进行了试设计,并对比分析了两种方法的试设计结果。研究结果表明:(1)当衬砌为素混凝土结构时,极限状态法的计算厚度均比破损阶段法计算厚度大,最大相差20 cm,需对极限状态法抗裂验算公式中的调整系数γ_d重新校核,校核后γ_d=1.55;(2)针对钢筋混凝土衬砌结构及明洞结构,极限状态法的设计结果与破损阶段法设计结果基本相同,钢筋混凝土结构的极限状态方程中相关分项系数及调整系数取值是合理的。(3)采用极限状态法(γ_d=1.55)与破损阶段法试设计工程投资相当,极限状态法较破损阶段法工程投资增加237万元,增加1%。

基于极限状态法的帕德玛大桥上无砟轨道设计

研究目的:帕德玛大桥为6.15 km的公铁两用连续钢桁梁桥,是孟加拉帕德玛大桥铁路连接线的控制工程。为指导孟加拉帕德玛大桥上无砟轨道设计,本文针对帕德玛大桥的桥梁特点以及对其无砟轨道的工程需求,研究帕德玛大桥上无砟轨道设计方案,并基于极限状态法建立帕德玛大桥上无砟轨道梁板有限元模型,对帕德玛大桥上无砟轨道进行设计检算。研究结论:(1)综合考虑帕德玛大桥对无砟轨道的自重、高度、护轨安装、节间纵梁支座更换等工程需求,推荐采用单层、单元式长枕埋入式无砟轨道;(2)对于单元式结构,承载能力极限状态下基本组合对轨道结构配筋设计起控制作用;(3)对于长度3.882 m的道床板,以构造要求、受力和裂缝宽度为控制指标,道床板的纵向上层设置9根∅20钢筋,纵向下层设置16根∅20钢筋,横向上层设置20根∅20钢筋,横向下层设置22根∅20钢筋;(4)本文相关研究成果可为海外工程无砟轨道设计提供参考。

基于极限状态法的岸桥结构抗震可靠性分析

针对集装箱码头岸边装卸桥(简称岸桥)在地震作用下的安全可靠性问题,对岸桥在极限状态下的抗震可靠性开展了研究。通过对地震参数与材料力学性能的随机性描述,获得了地震作用下各随机变量的概率分布规律和统计参数;采用有限元软件ANSYS建立了岸桥结构的力学模型,用时间历程法对地震作用下岸桥承载能力进行了计算;根据可靠性理论建立了地震作用下岸桥的可靠度计算模型,用Monte-Carlo法计算了岸桥在极限状态下的抗震可靠度。结果表明在8级烈度地震作用下,岸桥结构整体上比较安全,但门框横梁与陆侧立柱的连接处的可靠度指标比较低,存在失效可能性;与许用应力法相比,极限状态法更具合理性。

基于极限状态法的米轨距桥枕结构设计与计算

研究目的:基于相关规范,分析1 000 mm米轨距桥枕在列车轴重以及脱轨荷载下的弯矩,确定桥枕的荷载设计弯矩,对桥枕不同的使用状态进行检算。依据轨枕外形尺寸和配筋,计算分析轨下及枕中截面承载力弯矩及静载试验值等,为轨枕试验提供依据,确定满足极限状态法要求的米轨距桥枕的基本设计方法。研究结论:(1)桥枕设计应考虑脱轨荷载的影响;(2)根据轨枕计算方法,计算了桥枕的荷载弯矩,确定了设计的米轨距桥枕的承载力弯矩和试验荷载值;(3)计算结果表明,桥枕承载力极限状态、正常使用极限状态以及疲劳极限状态检算均满足要求;(4)轨枕静载试验及疲劳试验表明,轨枕符合正负弯矩试验的要求和抗疲劳要求;(5)计算与试验表明,设计的米轨距桥枕可满足项目的使用要求;(6)本研究成果可用于指导米轨铁路项目桥枕的设计。

截尾分布的极限状态法的可靠度计算

根据可靠性理论，这里将截尾分布应用于极限状态法中。建立了截尾分布的极限状态方程和计算可靠度的算法，给出了常用截尾分布随机变量组合的公式。通过实例计算表明，此论文给出的方法比传统方法更符合实际。

铁路隧道衬砌极限状态法设计软件开发及应用

目前,铁路隧道设计方法已由安全系数法向极限状态法转轨,但缺乏隧道衬砌结构极限状态法设计专用软件,衬砌设计仍需采用多软件协同作业的传统方法完成,过程繁琐,效率较低。提出基于VB6.0开发的铁路隧道衬砌极限状态法设计软件的构建思路、软件功能、软件模块及操作流程,介绍软件在铁路隧道极限状态法转轨工作中的应用成果。该软件集建模、有限元计算、配筋设计、结果显示及结果输出等功能于一体,避免了衬砌结构设计采用多个软件联合处理的繁琐操作。在铁路隧道极限状态法转轨工作中的应用表明,该软件将衬砌及明洞结构的单次设计完成时间由传统方法所需的20 min降为5 min左右,在计算效率上优势明显;衬砌及明洞结构采用极限状态法和采用安全系数法的工程投资大致相当,笔架山隧道和岐山隧道采用极限状态法较安全系数法工程投资分别节约0.73%和1.6%。

铁路桥梁结构设计规范由容许应力法转换为极限状态法的思考

基于可靠度理论的极限状态法已经成为国际桥梁工程设计的主流方法。我国铁路桥梁工程采用容许应力法进行设计已逾60年。目前,我国建筑、公路工程等已采用极限状态法进行结构设计。随着铁路现代化建设的不断深入,容许应力法已经不能适应铁路桥梁技术快速发展的需要。从介绍容许应力法和极限状态法优缺点入手,结合国内外桥梁设计方法现状,分析我国铁路桥梁采用极限状态法设计的必要性和可行性,以及设计方法转换中存在的问题,并提出相关建议。

基于极限状态法的高铁桥上双块式无砟轨道配筋设计研究

为使我国铁路设计技术更好地与国际设计方法接轨,针对高速铁路桥上双块式无砟轨道结构,依据Q/CR9130-2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》,结合有限元和数值计算的方法,运用极限状态法对道床板和底座进行配筋设计研究。结果表明:极限状态法中正常使用极限状态计算弯矩结果与容许应力法基本一致,承载能力极限状态计算结果较大;道床板和底座极限状态法的配筋数量略低于容许应力法。

隧道结构采用极限状态法设计探讨与建议

研究目的:房建、桥梁等结构已经采用了概率极限状态法进行设计,且编制了相应可靠度规范。隧道结构由于统计特征的离散性、计算模型的多样性以及荷载分配的不确定性,设计以类比为主。目前隧道行业正推广采用极限状态法,但根据隧道结构特点,推广方式和方法值得探讨。研究结论:(1)采用极限状态法是设计趋势,但目前隧道设计以类比为主,计算为辅,隧道设计统计特征离散,计算模型多样,初支和二衬荷载分配不确定,因此初期只能形式上进行极限状态法转轨;(2)建议优先在荷载离散性相对较小的明洞和浅埋隧道中推广采用极限状态法设计;(3)应大力推广隧道受力监测,通过数据积累获取统计特征,为隧道设计全面采用极限状态法打下基础;(4)本研究成果可为极限状态法在隧道结构设计领域的推广应用提供参考。

极限状态法与容许应力法铁路大跨连续梁设计对比分析

铁路桥涵设计规范的基本理论正在从容许应力法向极限状态法转轨,通过对主跨100 m连续梁采用极限状态法和容许应力法进行正截面抗弯强度、正截面抗裂性和斜截面抗裂性等结构控制因素的对比分析,校核铁路桥涵极限状态法设计规范的适用性,并对铁路桥涵极限状态法设计规范的部分内容提出修改建议。对比结果表明:两种方法的安全储备基本接近,采用容许应力法进行设计更为保守。研究结果对铁路规范的转轨工作具有一定的参考作用。

铁路路堑边坡设计极限状态法和容许应力法的对比

铁路路堑边坡设计方法正由容许应力法向极限状态法转换,本文依据Q/CR 9127—2018《铁路路基设计规范(极限状态法)》对银西(银川—西安)高速铁路路堑边坡用极限状态法进行试设计分析,并将结果与传统的容许应力法设计结果进行比较,验证极限状态法设计理论的正确性及分项系数取值的合理性,并提出铁路路堑边坡分项系数的优化意见,为规范的修编提供参考。极限状态法设计需要大量样本数据,本文研究结论尚需进一步验证和修正。

铁路路基地基处理极限状态法试设计分析

我国铁路工程地基处理技术目前还停留在容许应力法的设计阶段,这种方法在设计过程中计算简便,积累了多年的设计经验,已经形成了稳定可靠的设计体系。但容许应力法无法反应各种因素对路基安全的真实影响程度,存在一定的局限性,制约地基处理技术的发展与应用。随着现代化铁路的建设和科研水平的不断发展与进步,我国铁路行业编写了极限状态法设计暂行规范。通过运用两种不同设计方法,对实际工点进行复合地基承载力、复合地基工后沉降、整体稳定性计算,并对计算结果进行比较,提出两种设计方法的优缺点以及向极限状态法转变的可行性与必要性,为铁路路基极限状态法设计暂行规范中地基处理部分的修改完善提出相关建议。

地震工况下铁路路基边坡极限状态法设计研究

当前铁路路基设计理论正处于容许应力法向极限状态法转轨中,《铁路路基极限状态法设计暂行规范》(Q/CR9127—2015)针对路基边坡稳定性,仅提出了持久设计工况下的边坡稳定性的极限状态设计表达式及其分项系数,而对地震设计工况下规范没有给出相应的内容。在考虑地震力的条件下,提出地震设计工况下路基边坡稳定性分析公式,引入地震作用效应及其分项系数,通过对地震设计工况下路基边坡极限状态法与容许应力法对比分析,得出地震工况下路堤和路堑边坡各自的极限状态法分项系数优化幅度,为相应规范的修编提供参考。

基于极限状态法的桥式起重机金属结构设计

传统的许用应力法采用单一的安全系数考虑载荷、材料强度的不确定性对结构安全度的影响,难以处理在不同载荷作用下不同工况起重机结构的安全度问题。为使结构更加合理和发挥材料性能,采用基于概率论的极限状态法设计桥架结构,根据对结构最不利的作用情况,将可能出现的载荷进行合理的组合,计算基于极限状态法的各种载荷。按照强度、刚性和稳定性验证结构是否合格。通过实例计算对比,极限状态法比许用应力法更精确、合理、节材。

基于极限状态法的双梁门式起重机金属结构设计

利用极限状态法通过分项载荷系数充分考虑载荷的重要度、通过抗力系数充分考虑材料的承载度,可更好地反映结构实际承载能力的特点,结合计算机辅助设计,对双梁门式起重机金属结构进行变量化设计,提高了设计效率,缩短了设计周期,提升了材料的利用率。通过计算结果对2种方法进行比较,说明在相同的参数下,极限状态法更优于许用应力法。

铁路路基挡土墙结构由容许应力法转换为极限状态法的试设计比较分析

通过运用容许应力法与极限状态法2种不同设计方法,对铁路路基实际工点中的重力式挡土墙进行试设计,并对设计计算结果进行比较、分析,提出2种设计方法的优缺点以及容许应力法向极限状态法转变的可行性与必要性。最后,分析了设计计算过程中存在的问题,并对《铁路路基极限状态法设计暂行规范》(Q/CR 9127—2015)中重力式挡土墙部分分项系数的修改完善提出相关建议。

铁路桥涵结构极限状态法设计检算分析

基于可靠度理论的极限状态设计法已经成为国际工程结构设计的主流方法。通过对既有桥梁、墩台、涵洞等结构采用极限状态设计法进行设计检算,并与容许应力法计算下的受力、变形等结果进行对比分析,校核极限状态法设计规范中相关参数指标的合理性,并对铁路桥涵极限状态法设计规范的修改完善提出相关建议。

采用极限状态法和容许应力法进行铁路路堤边坡稳定性分析的对比

针对铁路路基设计理论从容许应力法向极限状态法转轨的需求,依托银西(银川-西安)高速铁路,分别采用容许应力法和极限状态法,以Q/CR 9127-2015《铁路路基极限状态法设计暂行规范》中给定的计算表达式和分项系数为基础,对持久状况下多种路堤边坡高度和坡率进行路堤边坡稳定性计算,通过对比分析容许应力法和极限状态法的计算结果,验证出边坡稳定性极限状态法计算结果是可靠的。同时对极限状态法的分项系数进行研究和优化,提出了在满足安全要求的前提下,为使结构设计更加经济,Q/CR 9127-2015中边坡稳定性计算表达式中的分顶系数可提高0.348%。

极限状态法在游乐设施结构设计上的应用

极限状态法是一种以概率理论为基础、以分项系数表达、不使结构超越某种规定极限状态的设计方法,在建筑、铁路、公路、港口、水利水电等工程结构设计方面逐渐取代了传统的许用应力设计法,近年来也陆续被欧盟、美国等国外游乐设施标准采纳。本文介绍了极限状态法的基本概念和应用现状,并对2个国外主要游乐设施设计标准EN 13814:2004和ASTM F2291—17中采纳的极限状态法进行了分析和比较,着重对比了极限状态、载荷组合、抗力系数等内容,在此基础上提出了在中国游乐设施标准中引入极限状态设计法的建议,并指出了需要进一步开展研究的内容。