近日,交通運輸部發(fā)布了《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(JTG 2120—2020,以下簡稱《標準》),作為公路工程行業(yè)標準,自2020年8月1日起施行。為便于理解《標準》的主要內(nèi)容,切實做好貫徹實施工作,現(xiàn)將《標準》制訂情況解讀如下:
一、背景情況
進入二十一世紀后,國際上工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計理論趨于成熟,基于可靠性的概率極限狀態(tài)設(shè)計方法已成為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的主流方法,歐盟EUROCODE規(guī)范、美國AASHTO規(guī)范等相繼發(fā)布了結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計規(guī)范;在國內(nèi),國家標準《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB 50153-2008)在設(shè)計理念、概念體系、設(shè)計方法等方面作了較大改進,之后國內(nèi)建筑、鐵路、港口工程的可靠性設(shè)計標準相繼發(fā)布;在公路工程使用的公路橋隧和路面設(shè)計規(guī)范新一輪修訂中,基本采用了以可靠性理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。為了進一步統(tǒng)一公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的原則、方法和要求,交通運輸部組織完成了《標準》的制訂工作。
二、《標準》的定位與作用
《標準》隸屬于公路工程標準體系通用板塊的基礎(chǔ)模塊,定位于強制性行業(yè)標準,主要解決公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)理論、實用方法和技術(shù)等共性問題,是制修訂其他公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)。
《標準》將進一步促進可靠性理論在公路行業(yè)內(nèi)的推廣應用,使公路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論更加完善,更好地指導橋隧、路面和地基等行業(yè)標準的編制,提升我國公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的科學水平;促進行業(yè)對于可靠性管理、可靠性設(shè)計、設(shè)計使用年限、耐久性等認知的再提升,有利于延長公路工程的使用壽命,提升公路工程對生產(chǎn)生活和經(jīng)濟發(fā)展的保障服務作用。
三、《標準》的內(nèi)容和特點
《標準》注重落實高質(zhì)量發(fā)展理念,對標國內(nèi)國際先進理論與方法,吸納了交通運輸行業(yè)公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的最新研究成果及工程建設(shè)經(jīng)驗,開展了大量的理論研究與試驗驗證?!稑藴省返闹饕獌?nèi)容包括:
(一)規(guī)定了公路主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則?!稑藴省芬?guī)定了橋隧、地基、基礎(chǔ)等主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。在設(shè)計準則上,考慮安全性、耐久性和適用性三類功能的極限狀態(tài)。在數(shù)學-力學模型上,采用概率統(tǒng)計、確定材料性能和作用特性,基于構(gòu)件的破壞機理、形成功能函數(shù)的極限狀態(tài)表達式,即采用基于概率的構(gòu)件極限狀態(tài)。
(二)提出了可靠性設(shè)計的實用方法。將功能函數(shù)的極限狀態(tài)方程簡化為多項系數(shù)表達式,由目標可靠指標轉(zhuǎn)化為分項系數(shù)、直觀反映可靠性水平。一是明確可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)理論,規(guī)定了根據(jù)目標可靠指標經(jīng)校準后、確定分項系數(shù)的方法。二是構(gòu)建實用設(shè)計方法的完整框架,增加了地震設(shè)計狀況、區(qū)別于其他偶然狀況、體現(xiàn)地震作用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性;規(guī)定了適用于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的分項系數(shù)表達式。三是完善可靠性設(shè)計的細節(jié)要求,以“作用組合”取代“作用效應組合”、符合公路工程中部分結(jié)構(gòu)非線性效應突出的客觀情況;作用按永久作用、可變作用、偶然作用和地震作用分類,作用代表值考慮了橋涵、隧道、路面等專業(yè)特點、按不同分位值確定。
(三)搭建了協(xié)調(diào)統(tǒng)一的技術(shù)指標體系。橋隧結(jié)構(gòu)和路面的安全等級和目標可靠指標考慮技術(shù)等級與破壞后果等因素,設(shè)計使用年限按可更換構(gòu)件和永久主體結(jié)構(gòu)考慮,與《公路工程技術(shù)標準》JTG B01-2014一致。參照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》JTG D60-2015、《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》JTGD40-2011、《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》JTG D50-2017和《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第一冊 土建部分》JTG 3370.1-2018,材料性能按不同的概率分布分位值取用。
(四)增加了保障設(shè)計預期的管理要求。結(jié)構(gòu)達到規(guī)定的可靠度水平是有條件的,結(jié)構(gòu)可靠度是在“正常設(shè)計、正常施工、正常使用”條件下結(jié)構(gòu)完成預定功能的概率?!稑藴省方Y(jié)合公路行業(yè)多年來的實踐經(jīng)驗,從勘察設(shè)計、施工、使用全過程對可靠性管理提出了原則性的要求,以保證結(jié)構(gòu)具有設(shè)計的可靠性。
四、實施注意事項
(一)與相關(guān)規(guī)范配套使用?!稑藴省肥褂眠^程中應與有關(guān)公路工程設(shè)計規(guī)范,如《公路工程技術(shù)標準》、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》、《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》、《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》和《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第一冊 土建部分》等配套使用。
(二)精心組織宣貫培訓?!稑藴省吩诠饭こ痰囊?guī)范編制、使用性能檢測、技術(shù)狀況評估中廣泛使用,各?。ㄊ校┙煌ㄟ\輸主管部門、設(shè)計單位、建設(shè)單位、管養(yǎng)單位和科研院所等要結(jié)合工作實際,切實有效地做好宣貫培訓,讓技術(shù)人員準確理解《標準》,合理使用《標準》,為交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量的不斷提升打下良好技術(shù)基礎(chǔ)。
(三)注重數(shù)據(jù)積累和理論升級。在《標準》執(zhí)行中,需進一步加強對公路實際工程統(tǒng)計資料的分析。此外,基于性能的設(shè)計方法,在目標設(shè)定和性能評定上都是以與失效概率一一對應的可靠指標予以量化的,對結(jié)構(gòu)性能提出全面、清晰的要求和量化指標,是概率極限狀態(tài)設(shè)計方法升級發(fā)展的方向,建議對基礎(chǔ)理論和設(shè)計施工管養(yǎng)的一體化技術(shù)措施進行研究,為我國規(guī)范體系的系統(tǒng)升級奠定基礎(chǔ)。