铁路工程结构可靠性设计极限状态设计原则
铁路工程结构可靠度设计统一标准GB50216-94(可编辑引用版)
铁路工程结构可靠度设计统一标准GB50216－94目录1总则2术语、符号2.1术语2.2符号3极限状态设计原则和方法3.1 一般规定3.2 基本变量和综合变量3.3 极限状态设计方法4作用及作用组合4.1 作用的分类4.2 作用的设计参数和作用效应4.3 作用的组合5材料和岩土的性能6几何参数7结构分析和试验8极限状态设计的分项系数法8.1 一般规定8.2 极限状态设计表达式8.3 极限状态设计以分项系数表达的实用设计式8.4 极限状态设计式中分项系数、组合系数和重要性系数的选定9钢结构和混凝土结构的疲劳可靠性9.1 一般规定9.2 钢结构在变幅重复荷载作用下疲劳可靠性的验算9.3 混凝土结构在变幅重复荷载作用下疲劳可靠性的验算10质量控制附录A基本变量和综合变量的概率分布的确定方法附录B结构可靠指标计算的分位值法附录C结构目标可靠指标的选定方法——校准法附录D永久作用的标准值和概率分布的确定方法永久作用标准值可按下列原则确定附录E可变作用的代表值和概率分布的确定方法附录F铁路列车荷载效应概率分布的确定方法附录G材料性能的概率分布的确定方法附录H承载能力极限状态设计式中基本变量的分项系数的选定方法附录J承载能力极限状态设计式中组合系数和组合分项系数的选定方法附录K正常使用极限状态设计式中综合抗力分项系数的选定方法附录L铁路列车标准荷载谱和标准荷载效应谱的制定方法附录M钢结构疲劳可靠性的验算方法附录N混凝土结构疲劳可靠性的验算方法附录P本标准用词说明附加说明结构设计—铁路工程结构可靠度设计统一标准GB50216－94 1总则主编部门：中华人民共和国铁道部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1995年5月1日关于发布国家标准《铁路工程结构可靠度设计统一标准》的通知建标〔1994〕570号根据国家计委计综〔1985〕1号文的要求,由铁道部会同有关部门共同编制的《铁路工程结构可靠度设计统一标准》已经有关部门会审。
铁路工程规范要求及线路设计原则
铁路工程规范要求及线路设计原则在铁路工程中，规范要求和线路设计原则起着至关重要的作用。
它们不仅确保了铁路线路的安全、高效运行，还对整个工程的质量起到了决定性的影响。
本文将讨论铁路工程规范要求及线路设计原则，并对其进行详细阐述。
一、铁路工程规范要求铁路工程规范要求是保证铁路线路建设与维护质量的基本准则，为铁路工程的设计、施工、验收、维护等各个环节提供了指导。
以下是一些常见的铁路工程规范要求：1. 线路布置要求线路布置要求指铁路线路在空间上的布置规划。
规范要求在满足旅行速度、运输能力、运行安全等基本要求的基础上，尽量选择直线段、减少弯线段的数量和曲线半径。
此外，还需要考虑环境保护、土地利用等因素，尽量减少对自然环境的影响。
2. 线路几何要求线路几何要求是指铁路线路在水平和垂直方向上的几何参数要求。
其中，水平曲线的半径、坡度、超高、超高速公路交叉点等是设计中需要严格遵循的要求。
在垂直方向上，线路的坡度、高差、爬坡能力等也需要符合规范要求。
3. 线路轨道要求线路轨道要求主要包括轨道的几何参数、轨道弯曲半径、轨道垂直和水平的修整、轨道的安装和维修等方面的要求。
在线路轨道设计中，需要考虑列车的运行平稳性、轨道的耐久性以及维修便利性等因素。
4. 线路信号与通信要求线路信号与通信要求规定了线路信号系统的布置和通信设备的选用，包括信号机、信号线路、通信机房等方面的要求。
这些要求保证了列车的运行安全和通信系统的正常运行。
5. 线路电气化要求线路电气化要求是指对铁路线路进行电气化改造的相关规范要求。
包括牵引供电系统、接触网、变电所等方面的规范要求，其目的是确保电力供应的稳定性和牵引供电系统的效率。
二、线路设计原则线路设计原则是指在满足铁路工程规范要求的基础上，根据具体铁路工程的特点，采用合理的设计方法和技术手段，以确保线路的安全运行和经济效益的最大化。
以下是一些常见的线路设计原则：1. 安全性原则安全是线路设计的首要原则，包括列车运行安全和工作人员的安全。
结构构件按正常使用极限状态设计时的目标可靠指标
结构构件按正常使用极限状态设计时的目标可靠指标简介结构构件是建筑物和其他工程结构的基本组成部分，其设计应符合正常使用极限状态。
本文将讨论结构构件按正常使用极限状态设计时的目标可靠指标。
目标可靠指标的定义目标可靠指标是指结构构件应满足的设计要求，以确保在正常使用极限状态下结构的可靠性和安全性。
这些指标根据不同的工程要求和结构特点而定，包括承载能力、变形限值、稳定性等。
承载能力的目标可靠指标在正常使用极限状态下，结构构件应具备足够的承载能力，以防止发生破坏或失效。
承载能力的目标可靠指标主要包括以下几个方面：极限状态设计载荷极限状态设计载荷是指结构构件在正常使用情况下所承受的最大载荷。
根据工程要求和结构特点，设计人员应确定构件的极限状态设计载荷，以确保结构的安全性和可靠性。
极限状态设计强度极限状态设计强度是指结构构件所能承受的最大应力或应变。
根据不同材料的性能和强度特点，设计人员应确定构件的极限状态设计强度，以保证结构在正常使用极限状态下不发生破坏。
变形限值的目标可靠指标结构构件在正常使用极限状态下允许一定的变形，但要控制在可接受范围内，以保证结构的稳定性和使用性能。
变形限值的目标可靠指标包括以下几个方面：极限状态变形极限状态变形是指结构构件在正常使用情况下所允许的最大变形量。
设计人员应根据工程要求和结构特点确定构件的极限状态变形，以确保结构的正常功能和外观。
极限状态挠度极限状态挠度是指结构构件在正常使用情况下所允许的最大挠曲变形。
设计人员应进行挠度计算，并根据工程要求和结构特点确定构件的极限状态挠度，以保证结构的稳定性和舒适性。
稳定性的目标可靠指标结构构件在正常使用极限状态下应具备足够的稳定性，以防止产生结构失稳和倒塌等危险。
稳定性的目标可靠指标包括以下几个方面：极限状态侧移变形极限状态侧移变形是指结构构件在正常使用情况下所允许的最大侧移变形量。
设计人员应进行侧移变形计算，并根据工程要求和结构特点确定构件的极限状态侧移变形，以保证结构的稳定性和安全性。
结构按极限状态设计法设计原则
第二章 结构按极限状态法设计原则（1）经验承载能力法；（2）容许应力法：以弹性理论为基础的，要求[]σσ≤max ，其中[]n s /σσ=，n 为安全系数。
（3）破坏荷载法：考虑了材料塑性要求：[]P P ≤，其中[]n P P s /=，n 由经验确定。
（4）半经验、半概率极限状态法：分项安全系数，主要由概率统计确定，不足的部分由经验确定。
（5）近似概率法：对作用的大小、结构或构件或截面抗力的“可靠概率”作出较为近似的相对估计（6）全概率法：对影响结构可靠度的各种因素用随机变量概率模型来描述，并用随机过程概率模型去描述，在对整个结构体系进行精确分析的基础上，以结构的失效概率作为结构可靠度的直接度量。
§2-1 极限状态法设计的基本概念一、结构的功能要求结构可靠性（度）———结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定预定功能的能力（概率）规定的时间——分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的设计基准期规定的条件——设计时规定的正常设计、施工和使用的条件，既不考虑认为过失 概率预定功能：(1) 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用—————安全性在偶然作用发生时或发生后，结构能保持必要的整体稳定性（不发生倒塌）——安全性偶然作用—如超过设计烈度的地震、爆炸、撞击、火灾等必要的整体稳定性——在偶然作用发生时或发生后，仅发生局部损坏而不致连续倒塌（2）在正常使用时应具有良好的工作性能——适用性如：不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏（3）在正常维护条件下，具有足够的耐久性——耐久性耐久性——结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下，在预定期限内，其材料性能的恶化不导致结构出现不可接受的失效概率如：不发生由于保护层碳化或裂缝过宽，导致钢筋锈蚀。
安全性、适用性、耐久性———三者总称为结构的可靠性二、极限状态1．极限状态的定义整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为——该功能的极限状态。
结构的极限状态
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
影响正常使用或外观的变形
局部损坏
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
振动
其他特定状态
本章结束!
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工极限状态 ultimate limit states 过度变形
构件强度破坏
构件连接破坏
作为刚体失去平衡
转变为机动体系
丧失稳定
连续倒塌
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）： 1.14 承载能力极限状态 ultimate limit states
疲劳破坏点
地基丧失承载力而破坏
疲劳破坏
1.结构设计的要求
(2)结构的极限状态
《工程结构可靠性设计统一标准》（ GB50153-2008）：
正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。
极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，并应符合下列要求： 2 正常使用极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1)影响正常使用或外观的变形； 2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 3)影响正常使用的振动； 4)影响正常使用的其他特定状态（如基础产生不均匀沉降过大）。
结构按极限状态法设计计算的原则
R( )——结构构件的承载力函数； fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值； d ——几何参数标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时，可另增减一个附加值。
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二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
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三、作用效应组合（Combintion for ction Effects） 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算，必要时还要 考虑到偶然作用。
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1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0，结构抗力大于作用效应，即结构可靠； （2）Z=R-S<0，结构抗力小于作用效应，即结构失效； （3）Z=R-S=0，结构抗力等于作用效应，即处于极限状态 。
因此可以看出，结构安全可靠的基本条件是：Z≥0或 R≥S。
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第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 （均匀温度和梯度温度）
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支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
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二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值：
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2、正常使用极限状态： 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
《公路工程结构可靠性设计统一标准》JTG 2120—2020解读
《公路⼯程结构可靠性设计统⼀标准》解读《公路工程结构可靠性设计统一标准》JTG 2120—2020专家解读一、引言随着公路交通事业的快速发展，公路工程结构的安全性、适用性和耐久性越来越受到关注。
为了规范公路工程结构的设计，确保工程质量和安全性能，中华人民共和国交通运输部发布了《公路工程结构可靠性设计统一标准》（JTG 2120—2020）。
本文将从多个方面对该标准进行解读，以期帮助读者更好地理解和应用该标准。
二、标准的背景和目的《公路工程结构可靠性设计统一标准》的制定背景是公路工程建设规模的不断扩大和技术要求的不断提高。
由于缺乏统一的标准和规范，不同地区和不同设计师在进行公路工程结构可靠性设计时存在差异，导致工程质量和安全性能参差不齐。
因此，制定并实施该标准具有重要的现实意义。
该标准的目的在于规范公路工程结构的可靠性设计，确保公路工程的安全性、适用性和耐久性。
具体来说，该标准旨在：统一公路工程结构设计的基本原则和方法，提高设计的准确性和一致性。
规范材料的选用和检验方法，确保材料的质量和性能符合设计要求。
明确施工和验收要求，确保施工质量和工程安全性能符合设计要求。
促进公路工程技术的创新和发展，推动行业标准化进程。
三、主要内容与解读（一）术语和定义该标准首先对术语和定义进行了明确和统一，如“公路工程结构”、“可靠性”、“极限状态”等。
这些术语和定义的明确和统一有助于消除歧义，提高设计的准确性和一致性。
具体来说，“公路工程结构”是指用于承受和传递荷载、保证车辆安全通行的各种结构物，包括桥梁、隧道、路基、路面等；“可靠性”是指结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的能力；“极限状态”是指结构达到不能继续承载或不能保持预定功能的状态。
（二）设计原则该标准提出了公路工程结构可靠性设计的原则，包括安全性、适用性、耐久性和经济性。
这些原则为设计师提供了指导和依据，确保设计出的公路工程结构既安全又经济实用。
铁路工程设计规范
铁路工程设计规范铁路工程设计规范是指在铁路建设过程中，根据国家相关标准和技术要求，对铁路工程的设计、施工、验收等各个环节进行规范化和标准化的文件。
它的主要目的是确保铁路工程的安全、高效和可持续发展。
本文将深入探讨铁路工程设计规范的内容和要点。
一、设计原则在进行铁路工程设计时，必须遵循一些基本原则，以确保设计的科学合理性和经济效益。
首先，设计必须符合国家法律法规和技术标准。
其次，要根据客观条件合理布局线路和站点。
此外，设计还需综合考虑地质、气候、环境等因素，确保工程的安全可靠性。
二、线路设计铁路线路设计是铁路工程设计中的核心内容之一。
其主要包括线路纵、横断面设计、平面布置设计和弯道设计等。
在线路设计中需考虑交通量、线路等级、地形地貌、水文地质等因素，合理确定铁路线路的位置和技术参数，以满足运输需求和运行要求。
1. 纵断面设计纵断面设计是指根据铁路线路的地形起伏，确定不同区段的高度、倾斜度和高差等参数的过程。
设计时应根据地质情况和交通要求，合理选择切土、填土、隧道、桥梁等工程形式，以保证线路的平稳度和安全性。
2. 横断面设计横断面设计是指铁路线路的截面形状和尺寸设计。
设计时需考虑到列车的通过空间、供排水、岩土开挖与支护等因素，确保铁路线路在不同地质条件下的稳定性和可靠性。
3. 平面布置设计平面布置设计是指铁路线路在宽度和位置上的布置。
在设计中需充分考虑交通流量、乘客需求和地理条件等因素，合理确定线路的位置和布局，以确保铁路的运输效益和安全性。
4. 弯道设计弯道设计是指铁路线路中的曲线部分设计。
在弯道设计中，需考虑列车速度、弯道半径和曲线过渡等因素，以保证列车在曲线上的稳定行驶和乘客的舒适感受。
三、桥梁设计桥梁是铁路工程中不可或缺的重要组成部分，桥梁设计的合理性直接关系到铁路工程的安全和运行效果。
桥梁设计应根据地质、水文、交通量和线路等级等因素，选择合适的桥梁类型和设计参数，确保桥梁的结构稳定和安全可靠。
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铁路工程结构可靠性设计极限状态设计原则
4．1 极限状态
4．1．1 铁路工程结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
承受重复荷载作用的构件尚应按疲劳极限状态进行检算。
4．1．2 结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：
1 结构、构件或连接超过材料强度，或过度变形不适于继续承载；
2 结构或结构一部分作为刚体失去平衡；
3 结构体系成为机动体系；
4 结构或构件失稳；
5 地基失去承载能力；
6 影响结构安全的其他特定状态。
4．1．3 结构或构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：
1 影响正常使用的变形；
2 影响正常使用或耐久性能的裂缝、局部损坏；
3 影响正常使用和舒适性的振动；
4 影响正常使用的其他特定状态。
4．1．4 结构或构件在重复荷载累积损伤作用下出现下列状态之一时，应认为超过了疲劳极限状态：
1 影响安全使用的疲劳裂纹；
2 影响安全使用的变形。
4．1．5 铁路工程结构设计应规定各种极限状态的标志或限值。
4．1．6 铁路工程结构或构件设计应对不同极限状态进行计算或验算，并确保结构构造合理。
4．1．7 铁路工程结构极限状态可采用以作用效应和抗力等组成的极限状态方程表达。
4．2 设计状况
4．2．1 铁路工程结构设计应考虑下列设计状况：
1 持久设计状况，适用于结构使用时的正常情况，应考虑在设计基准期内承受的永久作用、列车作用、土压力、风、温度等相对持续时间长的作用；
2 短暂设计状况，适用于结构施工、运营、维修时承受的临时性或短暂情况，应考虑恒载、施工人员和施工机具、运架设备等作用；
3 偶然设计状况，适用于结构使用的异常情况，应考虑火灾、撞击、脱轨、断轨、落石冲击等作用；
4 地震设计状况，适用于结构遭受地震时的情况，应考虑结构在地震作用下的受力分析和结构验算。
4．2．2 铁路工程结构设计应根据每种设计状况采用相应的结构体系、可靠性水平、基本变量和作用组合等。
4．3 极限状态设计
4．3．1 不同设计状况条件下，铁路工程结构设计应符合下列规定：
1 对持久设计状况，应进行承载能力和正常使用极限状态设计，必要时进行疲劳极限状态检算；
2 对短暂设计状况，应进行承载能力极限状态设计，可根据需要进行正常使用极限状态设计；
3 对偶然设计状况，应进行承载能力极限状态设计；
4 对地震设计状况，应进行承载能力极限状态设计，可根据工程需要进行正常使用极限状态设计。
4．3．2 铁路工程结构承载能力极限状态设计，可根据不同的设计状况采用下列作用组合：
1 基本组合，用于持久设计状况或短暂设计状况；
2 偶然组合，用于偶然设计状况；
3 地震组合，用于地震设计状况。
4．3．3 铁路工程结构正常使用极限状态设计，可根据具体情况采用下列组合：
1 标准组合，宜用于不可逆正常使用极限状态设计；
2 频遇组合，宜用于可逆正常使用极限状态设计；
3 准永久组合，宜用于长期效应为决定性因素的正常使用极限状态设计。
4．3．4 铁路工程结构设计应满足各种极限状态下最不利作用组合的要求。
4．3．5 铁路工程结构极限状态设计应符合下式规定：
式中：g(·)——结构的功能函数；
X i(i＝1，2，…，n)——基本变量。
在进行可靠性分析时，基本变量应作为随机变量。
4．3．6 结构功能函数将作用效应和结构抗力作为综合基本变量时，结构极限状态设计应符合下式规定：
式中：R——结构的抗力；
S——结构的作用效应。
4．3．7 铁路工程结构失效概率可按式(4．3．7-1)确定，也可根据结构可靠指标β按式(4．3．7-2)计算。
式中：Φ(·)——标准正态分布函数。
4．3．8 根据铁路工程结构极限状态方程和随机变量的特征，可选用本标准附录A．1的一次二阶矩法(分位值法、JC法)、蒙特卡罗法或其他适宜方法计算可靠指标。
4．3．9 铁路工程结构或构件的可靠指标，不应小于规定的目标可靠指标。
目标可靠指标可按本标准附录A．2的校准法为基础确定。
4．3．10 铁路工程结构或构件承载能力极限状态的目标可靠指标应按安全等级进行分级。
每相差一级，目标可靠指标的差值宜取0．5，也可经综合分析确定。
4．3．11 铁路工程结构或构件宜根据规定的目标可靠指标，采用由作用的代表值、材料性能的标准值、几何参数的标准值和各相应分项系数构成的极限状态设计表达式进行设计，分项系数宜按本标准附录A．3的方法确定。
4．4 基于可靠指标的设计
4．4．1 铁路工程结构有条件时可直接采用基于可靠指标方法进行设计。
4．4．2 铁路工程直接采用基于可靠指标方法进行设计时，所设计结构或构件的计算可靠指标应满足下式要求：
式中：β——所设计结构或构件的可靠指标；
βnom——所设计结构或构件的目标可靠指标。
4．4．3 按可靠指标方法与传统方法设计的结果有明显差异时，应分析原因；只有当证明可靠指标方法设计结果合理后方可采用。