桥梁的安全等级和结构重要性系数

1 引言

对于任何工程结构包括岩土结构(例如边坡,隧道,挡土墙,桩基础)的设计来说, 首先需要确定设计对象的安全等级, 重要的和永久性的建筑物安全等级要高一些, 相应地安全系数要高. 例如同样是地下开挖, 高速公路的隧道要比采矿工程的采准巷道安全等级高许多. 这个笔记简要描述了桥梁工程结构的安全等级和结构重要性系数, 它们是结构设计最基础的考虑因素.

2 安全等级和结构重要性系数

《建筑结构设计统一标准》根据建筑物的重要程度以及建筑结构破坏后果的严重程度将建筑物划分为三个安全等级, 这是一个总的划分规则,如下表所示.

建筑结构的安全等级

建筑物中各类结构构件的安全等级，应该与整个结构的安全等级相同，对其中部分结构构件和安全等级，可根据其重要程度适当调整，但不得低于三级。[思考题: 建筑结构的安全等级是如何划分的？]

公路桥涵结构设计标准在此基础上根据桥涵结构破坏后的严重程度进行了更具体的安全等级划分, 并且引入了结构重要性系数g0定量表示不同的安全等级. 结构重要性系数与安全等级对应，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数；如下表所示.

取值原则：同一座桥梁应该只取一个设计安全等级；对个别构件允许在必要时作安全等级的调整，但调整后同一座桥梁内各构件安全等级的级差不应超过一个等级。

[思考题: 某桥梁的安全等级为二级, 其结构重要性系数g0应该取多少?]

引入结构重要性系数g0的目的是为了进行承载能力的极限状态设计。总的设计原则是作用效应最不利组合的设计值必须小于或等于结构抗力的设计值。也就是说, g0*Sd<=R

式中

g0: 结构重要性系数;

Sd: 荷载效应(其中汽车荷载应计入冲击系数)的组合设计值；

R: 构件承载力设计值；

备注:

(1) 正常使用极限状态设计主要是验算构件的变形和抗裂度或裂缝宽度，荷载采用其标准值，不需乘分项系数，不考虑结构重要性系数。

(2)《混凝土结构设计规范》将结构重要性系数包含在内力设计值中，而《公路桥规》将结构重要性系数与内力设计值分别表示。

(3) AASHTO建议, 对于强度极限状态，重要性系数的取值可以从1.05到0.95。对于重要的桥梁，重要性系数可以取1.05，对于相对不重要的桥梁,重要性系数可以取0.95。而对于典型的桥梁，除强度以外的所有极限状态，应采用1.00的重要性系数。