第1期 湖琦忠，等：大型跨海桥梁基础结构正常使用极限状态的可靠度分析 55 设计荷载的分项系数直接关系到其所对应的目 标定目标可靠度所采用的常遇荷载效应比的范围较 标可靠度指标的大小，比较式(6)、(7)可知，式(7)荷 窄9，只选用0.1、0.25、0.5、1.0.1.5、2.5六种荷载 载分项系数所对应的目标可靠度指标应接近于式 效应比参与计算： (6)。因出，依据现行公路桥梁设计规范中对于风荷 (2)一般桥梁以车栽为控制荷载，而大型跨海桥 载和的规定，其所对应的目标可靠度指标在 梁通常以风浪流的水平组合荷载为控制荷载： 2.8左右，大于一般的混凝土桥梁结构构件抗裂的 (3)现行公路桥梁规范中正常使用极限状态下 1.0一2.0的可靠度指标范围上限，甚至接近于桥梁 的目标可靠指标针对的结构构件主要是指混凝土梁 桩基础在承载力极限状态下的目标可靠度指标； 和板，此类构件一般受力比较明确，尺寸较小，但是 而依据JTJ023一85桥梁设计规范，其正常使用极 大型跨海桥梁的下部桩基基础及墩身承台等结构构 限状态下的最小目标可靠指标只是在0.8~1.0内 件通常是细长型的或者是体积巨大型的构件，其受 变化 力非常复杂： 由此可见：对于大型跨海桥梁基出结构.TG (4)大型跨海桥梁的重要度及风险后果通常都 D60一2004桥梁规范中规定的风荷载的频遇值系数 比一般桥梁高很多： 和准永久值系数所对应的目标可靠度指标明显信 (5)大型跨海桥梁的基础结构构件所受的海水 高。日在新老规范的衔接上有所不妥，告成了材料用 冲刷、腐蚀、侵蚀等作用较大，耐久性能较差。 量的很大变更，使得设计人员无所适从：尤其在没有 由此可见：大型跨海桥梁基础结构构件在正常 类似工程经验、规范中也没有明确规定的情况下，为 使用极限状态下的目标可靠度应该高于一般的桥 了做好此类桥梁在正常使用极限状态下的设计工 梁。但是，在既缺乏充分的各类海洋实测数据又没 作，提出建律议的目标可靠度水平并给出基于目标可 靠度的控制可变荷载频遇值系数和准永久值系数的 有类似大型跨海桥梁工程经验的情况下很难直接由 取值将会对类似工程及规范相关领域的设计提供参 荷载及抗力关系标定其目标可靠度。然而，各个国 考和借鉴 家的结构可靠度标准均是以JCSS可靠度模式规范 为蓝本的，因此，可以CSS模式规范为基础来建议 2 目标可靠度的取值 大型跨海桥梁基础结构在正常使用极限状态下的目 目标可靠度是指按设计验算公式计算的结构应 标可靠度（表2），并以实际工程设计来检验所建议 具有的可靠度，中国现行的规范中对于大型跨海桥 的值是否合理 表2年目标可靠度指标和年失效概率建议值 基础结构正常使用极限状态下的目标可靠指标均末 有明确的规定。《建筑结构可靠度设计统一标准》 Tab 2 Yearly Target Rdiability Indices and Commended Failure Probability Values (GB50068一2001)中规定：结构构件正常使用极限 状态的可靠指标，对于不可逆的过程取为1.5。《公 不可恢复极限状态的目标可靠度指标 相对失效损失 BT P 路工程结构可靠度设计统一标》(GB/T50283 高 1.3 0.10 1999)中建议：公路桥梁的钢筋混凝土板和梁的裂缝 17 0.05 及挠度的正常使用极限状态最小的目标可靠指标控 低 2.3 0.01 制值取10：但当采用汽车荷载经统计分析得到的频 遇值和准永久值，分别按短期效应组合和长期效应组 大型跨海桥梁属于重要工程其基于裂缝宽度 验算的混凝土结构构件的可靠度指标一般变化范伟 合对钢筋混凝十构件裂逢进行可可靠府计算时，所得的 可靠指标比现行规范规定的计算结果有较大提高】 较大4。为了让工程人员能够根据不同背景的工程 大型跨海桥梁正常使用极限状态设计所对应的 做出不同的选择又尽量遵循各类结构构件的安全 目标可靠度应该区别于按照现行规范设计标定的目 等级每相差一级目标可靠指标取值宜相差0.5的准 标可靠度，这是因为： 则，建议大型跨海桥梁基础结构构件在正常使用极 (1)大型跨海桥梁所处环境复杂恶劣，潮位变动 限状态下的三级目标可靠度水平，分别为，间于相对 大，浪流变化多端，其所受的环境荷载及其变异性都 失效损失“高”与“中”之间时r=1.5:间于相对失 很大，荷载效应比的变化范围很宽，如某大桥的荷载 效损失“中”与“低”之间时3红三2.0：相对失效损失 效应比在0.0730.Q内变化而现行公路桥架规范is村低的行3 s reserved. http://www.cnki.ne 设计荷载的分项系数直接关系到其所对应的目 标可靠度指标的大小 ,比较式(6)、(7)可知:式(7)荷 载分项系数所对应的目标可靠度指标应接近于式 (6)。因此 ,依据现行公路桥梁设计规范中对于风荷 载 ψL 和 ψS 的规定, 其所对应的目标可靠度指标在 2 .8 左右 , 大于一般的混凝土桥梁结构构件抗裂的 1 .0 ～ 2 .0 的可靠度指标范围上限 ,甚至接近于桥梁 桩基础在承载力极限状态下的目标可靠度指标[ 4] ; 而依据 JT J 023 —85 桥梁设计规范, 其正常使用极 限状态下的最小目标可靠指标只是在 0 .8 ～ 1 .0内 变化 。 由此可见 :对于大型跨海桥梁基础结构, JTG D60 —2004 桥梁规范中规定的风荷载的频遇值系数 和准永久值系数所对应的目标可靠度指标明显偏 高,且在新老规范的衔接上有所不妥,造成了材料用 量的很大变更, 使得设计人员无所适从 ;尤其在没有 类似工程经验、规范中也没有明确规定的情况下, 为 了做好此类桥梁在正常使用极限状态下的设计工 作,提出建议的目标可靠度水平并给出基于目标可 靠度的控制可变荷载频遇值系数和准永久值系数的 取值将会对类似工程及规范相关领域的设计提供参 考和借鉴 。 2 目标可靠度的取值 目标可靠度是指按设计验算公式计算的结构应 具有的可靠度, 中国现行的规范中对于大型跨海桥 基础结构正常使用极限状态下的目标可靠指标均未 有明确的规定。《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB 50068 —2001)中规定:结构构件正常使用极限 状态的可靠指标 ,对于不可逆的过程取为 1 .5 。《公 路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283 — 1999)中建议:公路桥梁的钢筋混凝土板和梁的裂缝 及挠度的正常使用极限状态最小的目标可靠指标控 制值取 1 .0 ;但当采用汽车荷载经统计分析得到的频 遇值和准永久值,分别按短期效应组合和长期效应组 合对钢筋混凝土构件裂缝进行可靠度计算时,所得的 可靠指标比现行规范规定的计算结果有较大提高 。 大型跨海桥梁正常使用极限状态设计所对应的 目标可靠度应该区别于按照现行规范设计标定的目 标可靠度 ,这是因为 : (1)大型跨海桥梁所处环境复杂恶劣,潮位变动 大,浪流变化多端,其所受的环境荷载及其变异性都 很大 ,荷载效应比的变化范围很宽 ,如某大桥的荷载 效应比在 0 .07 ～ 30 .0 内变化 ,而现行公路桥梁规范 标定目标可靠度所采用的常遇荷载效应比的范围较 窄 [ 5] ,只选用 0 .1 、0 .25 、0 .5 、1 .0 、1 .5 、2 .5 六种荷载 效应比参与计算; (2)一般桥梁以车载为控制荷载 ,而大型跨海桥 梁通常以风浪流的水平组合荷载为控制荷载; (3)现行公路桥梁规范中正常使用极限状态下 的目标可靠指标针对的结构构件主要是指混凝土梁 和板,此类构件一般受力比较明确 , 尺寸较小 ,但是 大型跨海桥梁的下部桩基基础及墩身承台等结构构 件通常是细长型的或者是体积巨大型的构件 ,其受 力非常复杂 ; (4)大型跨海桥梁的重要度及风险后果通常都 比一般桥梁高很多 ; (5)大型跨海桥梁的基础结构构件所受的海水 冲刷、腐蚀、侵蚀等作用较大 ,耐久性能较差。 由此可见 :大型跨海桥梁基础结构构件在正常 使用极限状态下的目标可靠度应该高于一般的桥 梁 。但是,在既缺乏充分的各类海洋实测数据又没 有类似大型跨海桥梁工程经验的情况下很难直接由 荷载及抗力关系标定其目标可靠度 。然而 ,各个国 家的结构可靠度标准均是以 JCSS 可靠度模式规范 为蓝本的,因此,可以 JCSS 模式规范为基础来建议 大型跨海桥梁基础结构在正常使用极限状态下的目 标可靠度(表 2), 并以实际工程设计来检验所建议 的值是否合理。 表 2 年目标可靠度指标和年失效概率建议值 Tab.2 Yearly Target Reliability Indices and Commended Failure Probability Values 相对失效损失 不可恢复极限状态的目标可靠度指标 βT Pf 高 1.3 0.10 中 1.7 0.05 低 2.3 0.01 大型跨海桥梁属于重要工程, 其基于裂缝宽度 验算的混凝土结构构件的可靠度指标一般变化范围 较大[ 6] 。为了让工程人员能够根据不同背景的工程 做出不同的选择, 又尽量遵循各类结构构件的安全 等级每相差一级目标可靠指标取值宜相差 0 .5 的准 则 ,建议大型跨海桥梁基础结构构件在正常使用极 限状态下的三级目标可靠度水平 ,分别为 :间于相对 失效损失“高” 与“中” 之间时 βT =1 .5 ;间于相对失 效损失“中” 与“低” 之间时 βT =2 .0 ;相对失效损失 为“低”的 βT =2 .3 。 第 1 期 胡琦忠, 等:大型跨海桥梁基础结构正常使用极限状态的可靠度分析 55