公路工程结构可靠度设计统一标准 GB/T50283-1999

1.0.1 为了统一公路工程结构设计的基本原则，使公路工程各类结构设计符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，制定本标准。

1.0.2 本标准适用于公路桥梁整体结构及结构构件，高速、一级和二级公路路面等结构的设计，也适应于结构的施工阶段及使用阶段。其他道路工程结构可参照执行。

1.0.3 本标准按照国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》GB 50153-92的基本原则编制。本标准规定的设计原则和方法是编制公路工程各类结构规范应遵守的共同准则。

1.0.4 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率称为结构可靠度。

1.0.5 公路工程结构的设计基准期T应采用：桥梁结构100年；水泥混凝土路面结构不大于30年，沥青混凝土路面结构不大于15年。

1.0.6 公路工程结构必须符合下列功能要求：

1 在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；
2 在正常使用时，具有良好的工作性能；
3 在正常维护下，具有足够的耐久性能；
4 在预计的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。

1.0.7 公路工程结构的设计安全等级，应根据结构破坏可能产生的后果的严重程度划分为三个等级，并应符合表1.0.7的规定。

表1.0.7 公路工程结构的设计安全等级

对于有特殊要求的公路工程结构，其安全等级可根据具体情况另行确定。

1.0.8 同一技术等级公路的路面结构宜取相同的安全等级；当必要时部分地段的设计安全等级可降低一级。公路桥梁结构构件的安全等级宜与整体结构相同；当必要时也可作部分调整，但调整后的级差不得超过一级。

1.0.9 公路工程结构均应具有规定的可靠度。在勘察、设计、施工及使用阶段应根据设计可靠度进行有效的质量管理和控制；相应的规范应按本标准的要求对质量管理和控制作出具体规定。

 

条文说明

1 总则

1.0.1 以往，我国公路工程结构曾采用过多种设计方法，不论它们属于弹性理论的还是非弹性理论的，都把影响结构可靠性的各种参数视为确定性的量，结构设计的安全系数一般依据经验或主要依据经验来确定。这些方法统称为“定值设计法”。然而，影响结构可靠性的诸如荷载、材料性能、结构几何参数等因素，无一不是随机变化的不确定的量。《公路工程结构可靠度设计统一标准》（以下简称《统一标准》）引入了结构可靠性理论，把影响结构可靠性的各种因素均视为随机性变量，以大量调查实测资料和试验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各随机性变量的统计规律，确定结构的失效概率（或可靠度）来度量结构的可靠性。这种方法可称为“可靠度设计法”。用于结构的极限状态设计也可称为“概率极限状态设计法”。制订《统一标准》的一个主要意义就在于它提供的原则和方法，把我国公路工程结构设计由长期沿用的、不甚合理的“定值设计法”转变为“概率极限状态设计法”，即在度量结构可靠性上由经验方法转变为运用统计数学的方法。这无疑是设计思想和设计理论的一大进步，使结构设计更符合客观实际情况。

1.0.2 本条规定的适用范围，仅指结构目标可靠指标而言。公路桥梁和路面结构（这里指水泥混凝土路面和沥青混凝土路面）都曾经进行过结梅可靠性研究，《统一标准》中规定的目标可靠指标就是经研究得到的。没有参与可靠性研究的其他类型的结构，则不能普遍地适用。作为公路工程结构之一的路基（路堤稳定和沉降）也曾做了可靠性研究，做了大量调查实测试验分析工作，求得了结构的目标可靠指标。但由于路基属岩土工程，具有很强的区域特点，情况非常复杂，目前尚很难取得适用于全国的目标可靠指标值。所以在《统一标准》审查会上专家意见，暂不列入路基的目标可靠指标，作为参考资料写进条文说明中。

除结构的目标可靠指标外，本标准在各章节中所体现的一些基本原则，例如，结构可靠性的分析方法，极限状态设计原则和表达式，结构作用和抗力的有关规定，结构分析与试验的要求，质量控制准则等，对于所有公路工程结构都是适用的，也适用于结构的施工阶段及使用阶段。这些基本原则对于其他道路工程结构也是适用的。

1.0.3 长期以来，我国公路工程结构即使是同类结构，在一些设计原则上也存在不统一的问题，尤其表现在公路桥梁设计上。例如：不同材料结构其设计理论和方法不统一；不同材料结构其荷载效应分项系数和组合系数不统一；材料性能代表值的取值原则不统一；极限状态设计表达式不统一，等等。这就给设计人员的应用和理解造成困难，特别在进行不同材料的组合结构设计时更是如此。《统一标准》作为编制公路工程结构规范的指导性文件，为新一代规范制定了一个共同遵守的准则，使同类规范多年来未能统一的诸多问题，可望在《统一标准》的基础上逐步实现基本统一。这必将对提高设计水平和质量，促进规范的合理性和先进性起到直接的推动作用。

1.0.4 本条给出了结构可靠度的定义。定义中所说的“规定的时间”是指结构的设计基准期；“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常使用，更具体地说是指具备了本章1.0.9条要求的条件，人为的过失在结构可靠度中是不被考虑的；“预定功能”则随各类结构而异，例如对于公路桥梁结构是指结构构件的强度、变形、抗裂度等；对于路面是指疲劳断裂或表面最大弯沉和层底最大弯拉应力，总之预定功能是指结构的安全性、适用性和耐久性，也可统称为结构的可靠性。由此可见，结构可靠度就是度量结构完成预定功能的概率。它是建立在统计数学的基础上并经计算分析确定的，能给结构可靠性以统一定量的描述。

1.0.5 以可靠性理论为基础的极限状态设计都需有一个确定的设计基准期。例如，在结构可靠度分析中，公路桥梁的可变荷载一般是按随机过程概率模型来描述的，随机过程的时间域一般就取为设计基准期；路面结构设计规定的设计累计标准轴载作用次数也可视为时间参数。设计基准期只是结构可靠度计算的一个参考时间坐标，可结合结构使用寿命的要求适当选定。但设计基准期不能简单地理解为结构的使用寿命，两者是有联系而不全等同。当结构的使用年限越过设计基准期时，表明它的可靠指标将可能低于目标可靠指标，而不是结构全部报废。

公路桥梁的设计基准期统一取为100年，这是根据我国公路桥梁使用现状和以往设计经验确定的。国际桥梁的设计基准期多取80～120年，我国取100年也属适中时域。车辆荷载的统计分析表明，当设计基准期定为100年时，该荷载效应最大值分布的0.95分位值接近于现行规范规定的汽车荷载标准值。人群荷载也有如此结论。这说明公路桥梁设计基准期选为100年，就可避免规范主要荷载的取值出现过大的变动，对保持今后设计的连续性是有利的。一般认为，桥梁的大小和重要程度不同应给予不同的设计基准期。但如果给出不同的设计基准期，就有不同的荷载统计参数及其代表值，这样不但给统计分析工作和设计使用带来麻烦，也增加了规范表达的复杂性，是不可取的。《统一标准》采用了统一的设计基准期，而以不同的结构安全等级去体现不同状况的桥梁在可靠度上的差异。

水泥混凝土路面的设计基准期规定不大于30年是与现行《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJ 012-94相适应的。具体地说，高速公路和一级公路路面确定为30年，相当于现行规范按交通等级划分的“特重”和“重”的设计使用年限；二级公路路面取为20年，则与交通等级“中等”和“轻”的设计使用年限相对应。为了统一起见，水泥混凝土路面的设计基准期由原规范按交通等级划分改为按交通功能等级划分。

沥青混凝土路面的设计基准期不大于15年也基本沿用现行的《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97设计年限的规定，高速公路和一级公路路面采用15年；二级公路路面采用12年。

1.0.7 本条对结构的安全等级做出了规定。这是为满足公路工程结构设计和现实需要而首次提出的，表明处于不同情况的同类结构其可靠度应有的差异。

公路桥梁结构按其重要性和跨径大小及破坏后果的影响程度划分为三个安全级别，每一级都有其相应的目标可靠指标。二级用于大桥、中桥与重要的小桥，它的目标可靠指标相当于按现行规范“校准”的可靠度水平。安全等级一级用于特大桥与重要大桥；三级用于小桥与涵洞。它们的目标可靠指标相应于100年设计基准期内在二级基础上增加或减小约一个数量级（其值为0.5）。在设计中从结构可靠度的角度考虑，可按现行的《公路工程技术标准》JTJ 01-97单孔跨径判定现实中的特大桥，大、中、小桥。对于多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准。设计工程师也可根据桥梁的具体情况，按照自己的经验确定安全级别。表1.0.7中冠以“重要”的大桥和小桥，一般系指高速公路上、城市附近交通繁忙的城郊公路上以及国防公路上的桥梁。

路面结构的安全等级基本按设计要求划分。水泥混凝土路面分为三个安全等级，与现行规范规定的在各交通等级作用下计算荷载疲劳应力相对应。安全等级一级相应于“特重”，用于高速公路；二级、三级分别对应于“重”、“中等”，用于一级公路和二级公路。沥青路面的安全等级则与现行设计规范计算容许弯沉值的分级相适应。

1.0.9 为了确保公路工程结构具有规定的可靠度，本条规定了对结构工程从勘察、设计、施工直到使用的全过程都要进行有效的质量管理和控制，并按本标准第8章的要求对质量管理和控制在各相应的规范中作出具体的规定。这样，就能使设计规范与其他规范得以在《统一标准》统一要求下相互配套，设计预期的可靠度可通过上述的质量管理和控制在工程的各个环节得到保证。

本条的规定突出地表明，结构可靠度不是仅对设计而言，而是对整体工程全过程而言的。这是它的一个主要特点。