延性破坏构件βT=4.2

　　脆性破坏构件βT=4.7

　　附加组合(在主要组合的基础上再加上其他作用效应的组合):

　　延性破坏构件βT=3.7

　　脆性破坏构件βT=4.2

　　上述建议值分别相应于现行公路桥梁结构设计规范延性破坏构件和脆性破坏构件可靠指标的下限值。

　　对于一级和三级公路桥梁结构构件,相应的目标可靠指标可根据我国《工程结构可靠度设计统一标准》(CB 50253-1999)的要求,在已确定的二级结构构件目标可靠指标的基础上各分别增减0.5,这个要求依然是工程经验性的要求。

　　4基于可靠度的公路桥梁结构优化设计

　　4.1结构优化模型

　　基于可靠度的桥梁结构优化模型可以决策出各个构件的最优可靠度,各个构件的优化设计就是以最小的造价实现它的最优可靠度,这就将结构整体优化设计方法分成以下三个方面:

　　4.1.1选择设计变量

　　一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量,如目标控制参数(结构造价C1和损失期望C2)和约束控制参数(结构的可靠度PS);而将那些对设计要求来讲,变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数,这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量。

　　4.1.2确定目标函数

　　一般用全桥所设计的梁结构造价之和作为目标函数进行优化。首先,假设所设计的梁在使用期内失效概率为PF,其失效以达到或超过极限状态为标志,一旦结构损坏必须考虑重建。因此,桥梁结构的可靠度优化设计问题就归结为寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率PF,从而使总费用C最小。

　　minC=C1+ C2PF

　　式中,C:目标函数;

　　C1:结构造价;

　　C2:结构的损失期望,失效概率为PF时可能造成的失效结构的恢复费用。结构失效概率为PF。

　　4.1.3确定约束条件

　　公路桥梁结构基于可靠度优化设计的约束条件,则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中,要使结构优化设计应用于实际桥梁工程,则是将公路桥梁设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较,保证各约束条件都符合现行规范的要求,以实现最优设计。

　　4.2选择优化设计计算方法

　　桥梁结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题,在计算过程中,通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。

　　4.3进行程序设计

　　根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法,编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

　　4.4结果分析

　　对计算结果进行分析,确定最优设计方案。

　　综上所述,基于可靠度的公路桥梁结构设计方法,其不仅考虑到设计参数中设计向量、目标函数和约束函数的随机性、模糊性和未确知性等,以及材料和施工质量的不确定性,使得设计人员在设计时利用桥梁结构的目标可靠度或失效概率,来描述更为科学和定量的安全可靠程度,实现安全、适用、耐久的设计要求;另外其还考虑到不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内的经济指标,考虑如何以最低的造价实现最佳的经济效益,实现经济、合理和美观的设计要求。在文章中,以结构可靠度为控制参数,既能处理桥梁结构中的随机不确定性,又能使安全与经济之间、近期投资与长远效益之间的矛盾得到最佳的协调,从而使公路桥梁设计方案在安全、适用、经济的条件下达到最佳优化。

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