铁路桥梁极限状态法与容许应力法分析

铁路桥梁极限状态法与容许应力法分析
多媒体互动系统  摘要:在铁路建筑构造的设计过程中和高速公路工程的桥梁结构设计中,极限状态应力法已在我国得到较为全面的应用和普及,但针对于铁路系统结构安全设计精度的研究仍然存有一定的不足,在我国铁路工程机构的设计中大多需要采用服务容许应力法。对此本文主要通过总结和借鉴国内外桥梁设计相关的极限状态应力法测试设计的理论和成功经验,以及对采用服你容许应力法对设计的各类桥涵主体结构分别进行试设计和验算的分析,合理地确定了极限状态法开发的试设计目标可靠指标和试设计的分项可靠系数,并通过以三种类型和形式的铁路简支t梁桥涵结构为基础工程的设计背景分别对其进行了试设计和同精度比较的验算分析,以便为我国实际的铁路桥梁结构设计及其应用法研究提供了参考。
        关键词:铁路桥梁;简支T梁;基线状态法;容许应力法;对比分析
         
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        引言
        在正式颁布的《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》中,针对暂行概率极限容许状态应力法和现行容许极限状态应力法分别进行了容许应力系数和各参数的可靠度和取值进行对比,并充分证明了暂行概率极限容许状态应力法比现行容许应力法更为合理,但由于缺乏与实践理论实验的有效对照,对此本文主要通过以三种新设计形式的铁路简支t梁设计为主体工程的设计背景分别对其进行了测试设计和同精度比较的分析。同精度分析的结果表明了暂行概率极限状态应力法的规范比现行的容许极限应力系数规范法的可靠度和设计级别水平略低,但两者在正截面抗裂性设计方面的可靠度级别水平是不相上下的。
        1.极限状态法与容许应力法概述
        1.1极限状态设计法
        极限的状态设计法主要是一种指在整个结构或者工程结构的一部分超过某一特定的状态就不能完全满足工程结构设计规定的某一工程结构功能要求的特定功能状态,这也是根据工程结构破坏能力的强度对极限设计法的功能不足特点进行了改进和完善的现代工程结构设计的基本方法。
        1.2容许力设计法
        以结构材料构件的重量来计算容许应力o不可以采用大于国家有关设计规范所给定的结构材料容许的应力[o]的设计原则来作为进行容许应力设计的一种方法。一般的结构材料设计容许应力表达式为:σ按照结构材料构件的计算容许应力σ按照结构荷载的标准值以结构材料线性弹性理论的公式计算;结构材料容许的应力[o]由规定的结构材料弹性应力的极限(或结构材料极限强度、流限)的标准值除以容许应力大于1的单一安全系数而计算所得。结构材料容许应力的设计方法应用简便,是建筑工程结构中的一种传统容许应力设计的方法,现阶段大多应用于铁路或高速公路中。
        1.3分析设计过程
        介绍以该规范的概率分析法和统计模型为主要分析,铁路桥涵极限状态法的设计特点主要表现在强烈的客观性和合理性,与容许应力设计法相比在这方面显然更具一定的优势。为进一步地完善该状态法规范的可靠性设计公式和参数、充分体现铁路桥涵极限状态法的设计优势,需要对若干实际建设工程的结构参数进行了测试设计,通过与暂行规范既有的容许应力极限状态法暂行版本规范各项可靠性和设计技术指标的可靠性对比和分析,为该状态法规范暂行版本的制定和修订实施提供数据和技术支撑。选择客货共线的铁路设
计,其构架包括32m简支t梁、32m简支t梁、24m简支t梁这三种梁型作为设计背景的项目。在实际的计算的过程中,只需要两种方法进行计算边梁的可靠度。首先将最不利设计的指标可靠度和容许应力值的可靠度控制在5%以内作为优化设计的原则,通过两种方法优化设计材料用量,分别在基础上采用传统的容许应力计算法和暂行极限状态计算法对这三种方法梁型的可靠度进行了测试设计,然后对这三种方法的梁型在可靠度与材料设计用量相同的设计条件前提下,分别通过采用传统的容许应力计算法和暂行极限状态计算法对规范的可靠度进行优化验算,进而能够分析并比较两种设计方法中关键设计指标的可靠度和相关的级别规格精准度。
        2.试验与设计结果对比分析
        2.1设计结果对比
        试验在设计的过程中,梁体钢筋混凝土结构尺寸和容许钢束布置的形式与原通用结构相同,因此在改进设计过程中需要调整边梁的预应力束规格。采用24m简支t梁进行试验以优化设计方法,并通过对新设计的单片简支t梁的两种方法,两者间设置的容许钢束规格组数相同,但整体来看,容许应力设计法中的钢束规格要高于极限状态设计法,也就是说容
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实验室用振荡器许应力法的规范设计可靠度和级别要高于暂行的极限状态计算法。一般来说,每孔双线简支t梁由四片普通梁型钢束组成,在确定好每孔双线简支t梁的钢束应力配置的总量后,在两种方法试设计过程中所得出的三种梁型的钢束配置重量中,采用相同梁型设计疲劳指标的相同控制疲劳原则,容许极限应力状态法的梁型材料用量试设计要远远多于既有极限应力状态法,极限应力状态法的试设计能够有效地节省8%~10%的梁型钢束。
        2.2计算方法与结果的对比
        对于24m简支t梁的试设计来说,采用混凝土容许极限应力状态法和混凝土极限应力状态法分别进行验算,从中发现与试设计的既有混凝土容许极限应力法的试设计相比,极限应力状态法可以包含更多的容许应力验算方法和项目。在试设计的容许应力法当中,需要针对梁型钢束最大的应力幅和疲劳两个方面进行相关验算。而容许极限应力状态验算方法则是需要通过对预应力混凝土、钢束、普通梁型钢筋三种混凝土结构组成的预应力进行分析,主要包括以正截面和斜截面疲劳。对预应力混凝土普通钢筋结构的疲劳极限以及应力状态的验算进行了全面的计算结果分析。从设计验算和结果的分析来看,疲劳极限精度状态当中疲劳控制状态法设计的主要验算项目都是包括在斜向运营钢筋的荷载下斜截面抗弯
和剪疲劳,富余量12%,说明暂行疲劳极限状态法设计规范中疲劳极限精度状态并不是疲劳控制状态法设计的结果。对两种计算方法来说,在控制设计验算结果中,极限状态设计法的正截面抗弯强度富余量为2.1%,容许应力法正截面抗弯强度的富余量4%,因此都没有超过5%。在第二个容许应力法控制试验中,从控制疲劳状态法设计的容许应力验算项目可以看出,斜向运营荷载下的斜向钢束容许应力富余量3%,而极限状态法并不完全包含斜向运营钢筋荷载抗弯性,还包括正截面的抗裂性,且富余量为5%。
锅炉烟囱制造        3.同精度状态法比较计算结果的分析
        为了进一步研究和分析两种容许应力计算的方法在可靠度和水准计算方面的一致性差异,按照疲劳极限精度状态法试验和设计的结果分别进行了钢束的配置,分别选择和使用两种计算方法进行钢束验算。对两种验算规范来讲,虽然具体验算条文的规定不同,但均包含了正截面容许抗弯、正截面容许抗裂、斜截面容许抗裂三个规范各方面的主要验算方法和内容。因此,从这三种规范各方面的可靠性出发进行同一种验算精度的比较。
脚手架扣件        4.结束语
        以三种类型的铁路专用预应力钢筋混凝土结构中的简支t型桥梁为基础工程的设计背景,通过材料用量试设计和同精度的比较,对暂行的容许极限状态应力法的规范和现行极限容许应力法规范进行了全方面的对比分析,主要体现在两者的可靠度控制水平的区别方面,从中也认识到两种方法的特点和区别价值。因此在根据不同的铁路桥梁工程设计中需要根据实际的情况进行选择和应用,并不断的扩展和分析其更多的应用价值。
        参考文献:
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