(高清版)JTG 2120-2020 公路工程结构可靠性设计统一标准.pdf

JTG 中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准 JTG 21202020 公路工程结构可靠性设计统一标准公路工程结构可靠性设计统一标准 Unified standard for reliability design of highway engineering structures 2020-05-07 发布发布 2020-08-01 实施实施 中华人民共和国交通运输部发布中华人民共和国交通运输部发布 中华人民共和国行业标准 公路工程结构可靠性设计统一标准公路工程结构可靠性设计统一标准 Unified standard for reliability design of highway engineering structures JTG 21202020 主编单位：中交公路规划设计院有限公司 批准部门：中华人民共和国交通运输部 实施日期：2020 年 08 月 01 日 前前 言言 根据交通运输部办公厅关于下达 2010 年度公路工程标准制修订项目计划的通知（厅公路字2010132 号）的要求，由中交公路规划设计院有限公司承担公路工程结构可靠性设计统一标准（JTG 21202020）编制工作。编制过程中，积极借鉴了工程结构可靠性设计统一标准（GB 501532008）的有关规定，从公路行业出发，充分吸纳了公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 502831999）的有关内容，总结吸取了近年来大规模公路工程实践的经验；参考、借鉴了国内外相关的标准规范。在标准条文初稿编写完成以后，通过多种方式征求了路面、桥涵、隧道等专业有关单位和个人的意见，并经过反复讨论、修改后定稿。本标准包括 8 章和 3 个附录，正文包括：总则、术语和符号、基本规定、极限状态设计原则、结构上的作用和环境影响、材料和岩土的性能及结构的几何参量、结构分析与试验辅助设计、分项系数设计方法。附录包括：作用代表值的确定方法、试验辅助设计、分项系数确定方法。请各有关单位在执行过程中，将发现的问题和意见，函告本标准日常管理组，联系人：李会驰（地址：北京市德外大街 83 号德胜国际中心 A 座，中交公路规划设计院有限公司，邮政编码：100088，传真：010-82017041，电子邮箱：），以便修订时研用。主编单位：主编单位：中交公路规划设计院有限公司 参编单位：参编单位：大连理工大学 交通运输部公路科学研究院 同济大学 长安大学 湖南大学 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 招商局重庆交通科研设计院有限公司 东南大学 主主 编：编：赵君黎 主要参编人员：主要参编人员：李文杰、冯 苠、贡金鑫、谈至明、郭小红、陈昌富 赵尚传、邬 都、吴 迅、赵 薇、龚维明 审审 查查 人人 员：员：周海涛、刘家镇、程英华、刘士林、杨耀铨、罗玲、王华牢、任胜健、张玉玲、史志华、田克平、王秉纲、贺栓海、陈艾荣、张劲泉、鲍卫刚、王福敏、庄卫林、沈永林、秦权、包琦玮、牛开民、韩常岭、郑罡、陈国婧、李国平、李杰、王选仓、胡大琳、刘伯莹、胡家顺、黎立新、张振学、钟明全、席广恒、李怀峰、史方华、梁立农 参加人员：参加人员：王春生、惠 卓、李会驰 I 目目 次次 1 总则总则.1 2 术语和符号术语和符号.2 2.1 术语.2 2.2 符号.7 3 基本规定基本规定.10 3.1 基本要求.10 3.2 安全等级.10 3.3 目标可靠指标.12 3.4 设计使用年限.12 3.5 可靠性管理.14 4 极限状态设计原则极限状态设计原则.15 4.1 极限状态.15 4.2 设计状况.15 4.3 极限状态设计.16 5 结构上的作用和环境影响结构上的作用和环境影响.18 5.1 一般规定.18 5.2 桥涵结构的作用.18 5.3 隧道结构的作用.19 5.4 路面结构的作用.20 5.5 环境作用.20 6 材料和岩土的性能及结构的几何参量材料和岩土的性能及结构的几何参量.21 6.1 材料和岩土的性能.21 6.2 结构的几何参量.22 7 结构分析与试验辅助设计结构分析与试验辅助设计.23 7.1 一般规定.23 7.2 结构分析模型.23 II 7.3 作用分析模型.23 7.4 分析方法.24 7.5 试验辅助设计.24 8 分项系数设计方法分项系数设计方法.25 8.1 一般规定.25 8.2 承载能力极限状态.26 8.3 正常使用极限状态.29 附录附录 A 作用代表值的确定方法作用代表值的确定方法.31 A.1 永久作用的标准值.31 A.2 可变作用的标准值.31 A.3 可变作用的组合值.32 A.4 可变作用的频遇值.34 A.5 可变作用的准永久值.35 附录附录 B 试验辅助设计试验辅助设计.37 B.1 基本要求.37 B.2 试验结果的统计评估原则.37 附录附录 C 分项系数确定方法分项系数确定方法.38 C.1 一般规定.38 C.2 可靠指标计算.38 C.3 可靠度校准.40 C.4 分项系数确定.40 本标准用词用语说明本标准用词用语说明.44 条文说明条文说明.45 1 1 总则 1.0.1 为统一公路工程结构设计的基本原则、基本要求和基本方法，使公路工程结构符合可持续发展、安全可靠、适用耐久、经济合理、技术先进的要求，制定本标准。1.0.2 本标准适用于公路桥涵结构及构件、公路隧道结构及构件、公路路面结构、地基基础的设计。1.0.3 公路工程结构、构件设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；不具备条件时，可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或安全系数等方法。1.0.4 各类公路工程结构设计规范应遵守本标准规定的基本准则，并应制定相应的具体规定。1.0.5 公路工程结构设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2 2 术语和符号 2.1 术语 2.1.1 可靠性 reliability 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力；包括结构的安全性、适用性和耐久性等。2.1.2 安全性 safety 结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然作用发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。2.1.3 适用性 serviceability 结构在正常使用条件下，保持良好使用性能的能力。2.1.4 耐久性 durability 在设计确定的环境作用和养护、使用条件下，结构及其构件在设计使用年限内保持其安全性和适用性的能力。2.1.5 可靠度 degree of reliability（reliability）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。2.1.6 失效概率 probability of failure 结构不能完成预定功能的概率。2.1.7 可靠指标 reliability index 度量结构可靠度的数值指标，可靠指标与失效概率pf的关系为=(pf)，其中)(1为标准正态分布函数的反函数。标准规定的作为结构设计依据的可靠指标称为目标可靠指标。2.1.8 基本变量 basic variables 代表物理量的一组规定的变量，用于表示作用和环境影响、材料和岩土的性能以及几何参量的特征。2.1.9 设计基准期 design reference period 为确定可变作用等的取值而选用的时间参数。2.1.10 设计使用年限 design working/service life 在正常设计、正常施工、正常使用和正常养护条件下，路面、桥涵、隧道 3 结构或构件不需进行大修或更换，即可按其预定目的使用的年限。2.1.11 重现期 return period 大于或等于某一规定值的作用可能出现一次的平均间隔时间。2.1.12 安全等级 safety classes 为使结构具有合理的安全性，根据工程结构破坏所产生后果的严重程度而划分的设计等级。2.1.13 设计状况 design situations 代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计时应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。2.1.14 持久设计状况 persistent design situation 在结构使用过程中一定出现，且持续时间很长的设计状况，其持续期一般与设计使用年限为同一数量级。2.1.15 短暂设计状况 transient design situation 在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比，其持续期很短的状况。2.1.16 偶然设计状况 accidental design situation 在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的设计状况。2.1.17 地震设计状况 seismic design situation 结构遭受地震时的设计状况。2.1.18 极限状态 limit states 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。2.1.19 极限状态方程 limit state equation 在结构或构件处于极限状态时，各有关基本变量的关系式。2.1.20 承载能力极限状态 ultimate limit states 对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态。2.1.21 正常使用极限状态 serviceability limit states 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。4 2.1.22 结构功能函数 function of structural performance 关于基本变量的函数，该函数表征一种结构功能。2.1.23 校准法 calibration method 通过对现存结构或以往设计规范隐含可靠度水平的反演分析，以确定结构设计时采用的目标可靠指标的方法。2.1.24 随机过程 stochastic process 随连续时间参数变化的随机变量。可用随机过程概率模型来描述。2.1.25 概率分布 probability distribution 随机变量取值的统计规律，一般用概率密度函数或概率分布函数表示。2.1.26 统计参数 statistical parameter 在概率分布中用来表示随机变量取值的平均水平和离散程度的数字特征。2.1.27 分位值 fractile 与随机变量概率分布函数的某一概率相对应的值。2.1.28 名义值 nominal value 用非统计方法确定的值。2.1.29 作用 action 施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。2.1.30 作用效应 effect of action 由作用引起的结构或构件的反应。2.1.31 作用的代表值 representative value of an action 极限状态设计所采用的作用值；可取作用的标准值或可变作用的伴随值。2.1.32 作用的标准值 characteristic value of an action 作用的主要代表值，可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。2.1.33 可变作用的组合值 combination value of a variable action 使组合后的作用效应的超越概率与该作用单独出现时其标准值作用效应的超越概率趋于一致的作用值；或组合后使结构具有规定可靠指标的作用值。可通过组合值系数对作用标准值的折减来表示。5 2.1.34 可变作用的频遇值 frequent value of a variable action 在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较小的作用值；或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。可通过频遇值系数对作用标准值的折减来表示。2.1.35 可变作用的准永久值 quasi-permanent value of a variable action 在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较大的作用值；可通过准永久值系数对作用标准值的折减来表示。2.1.36 可变作用的伴随值 accompanying value of a variable action 在作用组合中，伴随主导作用的可变作用值；可以取组合值、频遇值或准永久值。2.1.37 作用的设计值 design value of an action 作用的代表值与作用分项系数的乘积。2.1.38 作用组合（荷载组合）combination of actions（load combination）在不同作用的同时影响下，为验证某一极限状态的结构可靠度而采用的一组作用设计值。2.1.39 永久作用 permanent action 在设计基准期内始终存在且其量值变化与平均值相比可以忽略不计的作用，或其变化是单调的并趋于某个限值的作用。2.1.40 可变作用 variable action 在设计基准期内其量值随时间而变化，且变化值与平均值相比不可忽略不计的作用。2.1.41 偶然作用 accident action 在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大，且持续时间很短的作用。2.1.42 地震作用 seismic action 地震对结构所产生的作用。2.1.43 固定作用 fixed action 在结构空间上具有固定空间分布的作用；当固定作用在某一点上的大小和方向确定后，在整个结构上的该作用即得以确定。6 2.1.44 自由作用 free action 在结构上给定的范围内具有任意空间分布的作用。2.1.45 静态作用 static action 使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。2.1.46 动态作用 dynamic action 使结构上产生的加速度不可忽略不计的作用。2.1.47 环境作用 environmental action 环境对结构产生的各种机械的、物理的、化学的或生物的不利作用。环境作用会引起结构材料性能的劣化，降低结构的安全性或适用性，影响结构的耐久性。2.1.48 材料性能的标准值 characteristic value of a material property 符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值或材料性能的名义值。2.1.49 材料性能的设计值 design value of a material property 材料性能的标准值除以材料性能分项系数所得的值。2.1.50 几何参量的标准值 characteristic value of a geometrical parameter 设计规定的几何参量公称值或几何参量概率分布的某一分位值。2.1.51 几何参量的设计值 design value of a geometrical parameter 几何参量的标准值增加或减少一个几何参量的附加量所得的值。2.1.52 抗力 resistance 结构或构件承受作用效应的能力。2.1.53 分项系数 partial safety factor 用概率极限状态设计法设计时，为保证所设计的结构具有规定的可靠度，在设计表达式中采用的系数；分为作用分项系数和抗力分项系数两类。2.1.54 结构重要性系数 factor for importance of structure 对不同安全等级的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的分项系数。2.1.55 可靠度系数 reliability coefficient 路面结构设计时，为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在设计表达式中采用的单一综合系数。2.1.56 设计使用年限荷载调整系数 regulation factor of design working life 7 设计使用年限与结构设计基准期不等时，采用的荷载调整系数。2.1.57 脆性破坏 brittle failure 结构或构件在破坏前无预兆的破坏。2.1.58 延性破坏 ductile failure 结构或构件在破坏前有预兆的破坏。2.2 符号 2.2.1 结构可靠性有关符号 R结构或构件的抗力；S作用效应；T结构的设计基准期；Z结构的功能函数；pf结构的失效概率；iX第 i 个基本变量；结构的可靠指标；R结构或构件抗力的平均值；S作用效应的平均值；R结构或构件抗力的标准差；S作用效应的标准差；R结构或构件抗力的变异系数；S作用效应的变异系数。8 2.2.2 作用及作用效应有关符号 F结构上的作用；G永久作用；P 预应力作用的有关代表值；Q可变作用；dA 偶然作用的设计值；kG永久作用标准值；kQ可变作用标准值；dAS 偶然作用设计值的效应；dS作用设计值的效应。kS作用标准值的效应；PS 预应力作用有关代表值的效应；2.2.3 材料、岩土性能和几何参数有关符号 a结构或构件的几何参量；da结构或构件几何参量设计值；ka结构或构件几何参量标准值；df材料性能设计值；kf材料性能标准值；9 a结构或构件几何参量的附加值。2.2.4 结构极限状态设计式有关符号 dS作用效应组合设计值；dR结构或构件的抗力设计值；d,dstS不平衡作用效应的设计值；d,stbS平衡作用效应的设计值；G永久作用分项系数；L设计使用年限荷载调整系数；M材料性能的分项系数；P预应力作用分项系数；Q可变作用的分项系数；r路面结构的可靠度系数；c作用的组合值系数；f作用的频遇值系数；q作用的准永久值系数；0结构重要性系数。10 3 基本规定 3.1 基本要求 3.1.1 公路工程结构的设计应使结构在规定的设计使用年限内满足规定的各项功能要求。3.1.2 公路工程结构在正常设计、正常施工和正常使用条件下，应符合下列功能要求：1 能承受在施工和使用期间规定的各种作用；2 保持良好的使用性能；3 具有足够的耐久性能；4 当设计考虑的偶然事件发生时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的垮塌、倾覆等。3.1.3 公路工程结构设计时，应符合下列要求：1 避免、消除或减少结构可能受到的危害；2 采用对可能受到的危害反应不敏感的结构型式；3 采用当结构出现可接受的局部损坏时，结构的其他部分仍能保存下来的结构型式；4 应采用有破坏预兆的结构体系；5 采用适当的材料、合理的设计和构造；6 对结构的设计、制作、施工和使用等制定相应的管理、控制措施。3.2 安全等级 3.2.1 公路桥涵结构的安全等级，应根据结构破坏可能产生后果的严重性按表3.2.1 划分。对于持久设计状况和短暂设计状况，结构重要性系数不应小于表 3.2.1中的规定；对于偶然设计状况和地震设计状况，结构重要性系数应取 1.0。11 表3.2.1 公路桥涵结构的安全等级及结构重要性系数 安全等级 破坏后果 结构重要性系数 适用对象 一级 很严重 1.1 1 各等级公路上的特大桥、大桥、中桥；2 高速公路、一、二级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的小桥 二级 严重 1.0 1 三、四级公路上的小桥；2 高速公路、一、二级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的涵洞 三级 不严重 0.9 三、四级公路上的涵洞 3.2.2 公路隧道结构的安全等级，应根据结构破坏可能产生后果的严重性按表3.2.2 划分。对于持久设计状况和短暂设计状况，结构重要性系数不应小于表 3.2.2中的规定；对于偶然设计状况和地震设计状况，结构重要性系数应取 1.0。表3.2.2 公路隧道结构的安全等级及结构重要性系数 安全等级 破坏后果 结构重要性系数适用对象 一级 很严重 1.1 1 高速公路、一级公路隧道；2 连拱隧道；3 三车道及以上跨度的公路隧道；4 长度 L3000m 公路隧道；5 地下风机房 二级 严重 1.0 1 双车道的二、三级公路隧道；2 四级公路上 L1000m 的隧道；3 斜井、竖井及联络风道等通风构造物 三级 不严重 0.9 1 四级公路上长度 L1000m 的隧道；2 斜井、竖井及平行导坑等施工辅助通道 3.2.3 公路路面结构的安全等级，应根据结构破坏可能产生后果的严重性按表3.2.3 划分。表3.2.3 公路路面结构的安全等级 安全等级 破坏后果适用对象 一级 很严重 高速公路、一级公路路面结构 二级 严重 二级公路路面结构 三级 不严重 三级、四级公路路面结构 3.2.4 同一技术等级同一路线公路的路面结构宜取相同的安全等级，特殊情况下 12 部分地段的设计安全等级可调整一级。公路桥隧结构构件的安全等级宜与整体结构相同，特殊情况下可作部分调整，但调整后的级差不得超过一级。3.3 目标可靠指标 3.3.1 公路工程结构设计应以规定的目标可靠指标为依据。3.3.2 进行持久状况承载能力极限状态设计时，公路桥涵与隧道结构、路面结构的目标可靠指标不应小于表3.3.2-1和表3.3.2-2的规定。表3.3.2-1 公路桥涵与隧道结构的承载能力极限状态目标可靠指标 结构或构件破坏类型 结构安全等级 一级 二级 三级 延性破坏 4.7 4.2 3.7 脆性破坏 5.2 4.7 4.2 注：公路桥涵结构的整体倾覆破坏模式应具有不低于脆性破坏的可靠指标。表3.3.2-2 公路路面结构的承载能力极限状态目标可靠指标 结构安全等级一级 二级 三级 公路等级 高速 一级 二级 三级 四级 目标可靠指标1.64 1.28 1.04 0.84 0.52 3.3.3 进行偶然状况或地震状况承载能力极限状态设计时，公路工程结构的目标可靠指标可根据研究确定，并应符合有关规范的规定。3.3.4 进行正常使用极限状态设计时，公路工程结构的目标可靠指标可根据研究并结合工程经验确定。3.4 设计使用年限 3.4.1 公路工程结构设计时，应规定结构的设计使用年限。3.4.2 公路桥涵主体结构和可更换部件的设计使用年限应符合表3.4.2的规定。13 表3.4.2 公路桥涵结构的设计使用年限（年）公路等级 主体结构 可更换部件 特大桥 大 桥 中桥 小桥 涵洞 斜拉索 吊 索 系杆等 栏 杆 伸缩装置 支座等 高速公路 一级公路 100 100 50 20 15 二级公路 三级公路 100 50 30 四级公路 100 50 30 注：对有特殊要求的结构、构件的设计使用年限，可在上述规定基础上经技术经济论证后予以调整。3.4.3 公路隧道结构的设计使用年限应符合表3.4.3的规定。表3.4.3 公路隧道结构的设计使用年限（年）名称 衬砌、洞门等主体结构 可更换、修复构件 类别 特长隧道 长隧道 中隧道 短隧道 特长、长、中、短隧道高速公路、一级公路、二级公路 100 100 100 100 30 三级公路 100 100 100 50 四级公路 100 50 50 50 注：可更换、修复构件为隧道内边水沟、电缆沟槽、盖板等。3.4.4 公路路面结构的设计使用年限应不小于表 3.4.4 的规定。表3.4.4 公路路面结构的设计使用年限（年）类别 公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 沥青混凝土路面 15 15 12 10 8 水泥混凝土路面 30 20 15 10 3.4.5 公路工程结构设计时应对环境影响进行评估，当结构所处的环境对其耐久性有较大影响时，应根据不同的环境类别采用相应的结构材料、设计构造、防护措施和施工质量要求等，并应制定结构在使用期间的定期检修和维护制度，使结构在设计使用年限内不致因材料的劣化而影响其安全或正常使用。3.4.6 环境对公路工程结构耐久性的影响，可通过工程经验、试验研究、计算分 14 析或综合分析等方法进行评估。3.5 可靠性管理 3.5.1 可靠性管理是指为确保产品达到要求的可靠性所实施的各项管理活动的总称。为保证公路工程结构在设计使用年限内具有规定的可靠度，对公路工程结构必须实施严格的质量管理和控制。3.5.2 公路工程结构质量管理和控制的范围应包括勘察、设计、施工、使用和养护等阶段。各阶段所涉及材料和构件的质量标准、控制措施，均应在相关的标准、规范中作出明确规定。3.5.3 公路工程结构的勘察、设计必须按照工程建设强制性标准进行，应保证工程方案经济合理、方法正确无误，数据准确完整，结论全面可靠。3.5.4 公路工程结构的施工应建立有效的质量保证体系，按照设计文件、施工合同和施工工艺要求进行施工，并经竣（交）工验收合格后，方能投入使用。3.5.5 公路工程结构的使用应符合设计文件给定的使用条件。应对使用状况进行必要的监测和检查。当结构的实际使用状况超越设计给定的使用条件时，应预先进行专门验算。3.5.6 公路工程结构设计使用年限内应有规定的检查和养护制度，并应定期对结构的退化或损坏情况进行监测，对结构的可靠性进行评定，必要时应进行维护和维修，避免结构长期存在削弱承载能力和妨碍正常使用的缺陷。15 4 极限状态设计原则 4.1 极限状态 4.1.1 公路工程结构极限状态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：1 当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）构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；2）整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；3）结构转变为机动体系；4）结构或构件丧失稳定；5）结构因局部破坏而发生垮塌；6）地基丧失承载力而破坏；7）结构或构件疲劳破坏。2 当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。4.1.2 对公路工程结构的各种极限状态，均应规定明确的标志或限值。4.1.3 公路工程结构设计时应对结构的不同极限状态进行计算或验算；当某一极限状态的计算或验算起控制作用时，可仅对该极限状态进行计算或验算。4.2 设计状况 4.2.1 公路工程结构设计时应区分下列设计状况：1 持久设计状况，适用于公路工程结构使用时的正常情况；2 短暂设计状况，适用于公路工程结构出现的临时情况；3 偶然设计状况，适用于公路工程结构出现的异常情况；4 地震设计状况，适用于公路工程结构遭受地震时的情况，在抗震设防地区必须考虑地震设计状况。16 4.2.2 公路工程结构设计时，应按各自情况确定设计状况，并据此选定极限状态和相应的结构体系、计算模式、可靠度水平、基本变量和作用组合等。4.3 极限状态设计 4.3.1 对本标准第4.2.1条规定的四种设计状况应分别进行下列极限状态设计：1 规定的四种设计状况均应进行承载能力极限状态设计；2 对持久设计状况，尚应进行正常使用极限状态设计；3 对短暂设计状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计；4 对偶然设计状况和地震设计状况，可不进行正常使用极限状态设计。4.3.2 进行承载能力极限状态设计时，应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 进行正常使用极限状态设计时，可采用下列作用组合：1 标准组合，用于不可逆正常使用极限状态设计；2 频遇组合，用于可逆正常使用极限状态设计；3 准永久组合，用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计。4.3.4 对每一种作用组合，公路工程结构的设计均应采用其最不利的效应设计值进行。4.3.5 公路工程结构的极限状态可采用下列极限状态方程来描述：12Z(,)0ng XXX (4.3.5-1)式中：Z或()g 结构的功能函数；(1,2,)iX in影响结构的基本变量，包括作用、环境影响、材料和岩土性能、结构几何参量、计算模式不定性系数等随机变量。极限状态方程中的若干变量也可组合为作用效应和结构抗力两个综合变量，此时极限状态方程可表达为：Z()0g RSRS，(4.3.5-2)17 式中：R结构或构件的抗力；S作用的效应。4.3.6 公路工程结构按极限状态设计时，应以规定的可靠度满足下列要求：(4.3.6-1)或 Z0RS （4.3.6-2）4.3.7 结构或构件宜根据规定的可靠指标，采用由作用的代表值、材料性能的标准值、几何参量的标准值和各相应的分项系数构成的极限状态设计表达式进行设计。18 5 结构上的作用和环境影响 5.1 一般规定 5.1.1 公路工程结构设计时，应考虑结构上可能出现的各种作用。5.1.2 公路工程结构的作用可分为直接作用和间接作用。5.1.3 公路工程结构的各种作用，若在时间上或空间上可认为相互随机独立，则每一种作用都可按对结构单独的作用分别考虑。若某些作用是随机相关的，且经常以它们的最大值同时出现，则可将它们按一种作用考虑。5.1.4 公路工程结构的作用按随时间变化可分为永久作用、可变作用、偶然作用，按空间位置变化可分为固定作用和自由作用，按对结构的反应可分为静态作用和动态作用。5.1.5 公路工程结构的作用随时间变化的规律，宜采用随机过程的概率模型来描述，但对不同的情况可采用不同的方法进行简化。1 对于永久作用，在结构设计中可采用随机变量概率模型。2 对于可变作用，在结构设计中可采用随机过程概率模型。在确定可变作用的代表值时，可采用将设计基准期内最大值作为随机变量的概率模型。5.1.6 公路工程结构应根据不同极限状态的设计要求，在相应的作用组合中对可能同时出现的各种作用，选用不同的作用代表值。5.2 桥涵结构的作用 5.2.1 桥涵结构作用的统计参数和概率分布类型应以实际观测或试验数据为基础，运用参数估计和概率分布假设检验方法确定，检验的显著水平可采用0.05。当受条件限制而统计资料不足时，也可结合工程经验分析判断确定。5.2.2 永久作用的代表值应采用标准值；可变作用的代表值应采用标准值、组合值、频遇值和准永久值。当设计上有特殊要求时，也可规定作用的其他代表值。5.2.3 作用的代表值应按下列规定确定：1 当有充分观测数据时，桥涵结构上的作用的标准值应按设计基准期内的最不利作用概率分布的某个统计特征值按附录A的方法确定；当有条件时，可对各种作用统一规定该统计特征值的概率定义。2 对于观测数据不充分或受政策因素影响较大的作用（如汽车荷载），其 19 标准值也可根据统计分析、工程经验和相关法规政策通过综合分析判断确定。3 可变作用的组合值、频遇值和准永久值可通过对可变作用的标准值分别乘以不大于1的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数等折减系数确定。组合值系数、频遇值系数和准永久值系数可按附录A的方法确定。5.2.4 偶然作用的代表值可根据历史记载、现场观测和试验，并结合工程经验经综合分析判断确定，也可根据有关标准的专门规定确定。5.2.5 地震作用的代表值宜采用地震作用的标准值，根据公路工程抗震规范（JTG B02）的规定确定。5.2.6 当桥涵结构上的作用比较复杂且不能直接描述时，可根据作用形成的机理，建立适当的数学模型来表征作用的大小、位置、方向和持续期等性质。5.2.7 对自由作用应考虑各种可能的荷载布置，并与固定作用等一起作为验证结构某特定极限状态的荷载工况。5.2.8 结构疲劳作用的变幅重复荷载历程可通过实测或模拟等方法确定。5.3 隧道结构的作用 5.3.1 隧道结构的作用应根据所处建设条件综合确定。对于地形地质条件复杂的特殊隧道结构的作用，必要时应通过专题研究确定。5.3.2 松散土压力、围岩变形压力、水压力等应按永久作用考虑；变化频繁的水压力、温度作用应按可变作用考虑；岩爆冲击、落石冲击等应按偶然作用考虑。5.3.3 隧道结构的作用统计参数和概率分布类型应以实际观测或试验数据为基础，运用参数估计和概率分布假设检验方法确定，其检验的显著性水平可取0.05，并应符合下列规定：1 围岩松动压力及水压力标准值可按其概率分布的0.05分位值确定；2 围岩变形压力标准值可按其概率分布的0.15分位值确定；3 围岩弹性抗力作用标准值可按其概率分布的0.5分位值。5.3.4 作用于隧道结构的外水压力，高于静水压力设计值的部分可按可变作用考虑。5.3.5 爆炸作用、岩爆冲击及落石冲击等偶然作用应采用其设计值，其值可根据分析计算或工程经验综合确定，也可根据有关标准的专门规定确定。20 5.3.6 对于地震作用，应按公路工程抗震设计规范（JTG B02）的规定采用其标准值。5.4 路面结构的作用 5.4.1 汽车荷载的空间位置变化可用轮迹横向分布来描述。时间变化可用车辆的月调节系数等表征。5.4.2 路面结构按疲劳设计时，其作用应按下列规定取用：1 汽车荷载可用设计轴载和重复作用次数二个参数表征。2 温度、湿度等间接作用的代表值，宜考虑与设计轴载的耦合效应，按累计疲劳损伤效应，采用温度、湿度的标准值乘以疲劳等效系数确定，或采用其随时间变化概率分布的某个特征值确定。5.4.3 路面结构按强度设计时，汽车荷载的轴载代表值宜按轴载谱的某个统计特征值确定；温度、湿度的代表值，应按设计基准期内的不利条件确定。5.5 环境作用 5.5.1 对不同的环境作用应进行区分，且结构设计中应采用不同的防护措施和方法。5.5.2 对结构的环境作用应进行定量描述；当没有条件进行定量描述时，也可通过环境对结构的作用程度的分级等方法进行定性描述，并在设计中采取相应的技术措施。21 6 材料和岩土的性能及结构的几何参量 6.1 材料和岩土的性能 6.1.1 公路工程中材料与岩土的性能，宜包括其强度、弹性模量、变形模量、压缩模量、粘聚力、内摩擦角等物理力学性能。6.1.2 公路工程结构材料性能和具备条件的岩土性能宜采用随机变量的概率模型描述。材料和岩土性能的概率分布类型和统计参数应以试验数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定，检验的显著性水平可取0.05。6.1.3 当标准试件与实际结构、标准试验条件与实际工作条件存在差异时，按标准试验方法确定的材料性能，应根据相应的对比试验结果或者工程经验判断，通过换算系数或函数将其转换为实际结构的材料性能。结构中材料性能的不定性，可由标准试验方法确定的材料性能不定性和换算系数或函数的不定性推算确定。6.1.4 公路工程材料强度的概率分布宜采用正态分布或对数正态分布。材料性能的标准值可按下列规定确定：1 公路桥涵、隧道等工程结构材料强度的标准值应按其概率分布的0.05分位值确定；2 路面各结构层材料强度的标准值可按其概率分布的0.15分位值确定；3 材料的弹性模量、泊松比等物理性能的标准值可按其概率分布的0.5分位值确定；4 当试验数据不充分时，材料性能的标准值可采用有关规定值，也可根据工程经验，经分析判断确定。6.1.5 公路工程中岩土各性能指标以及地基和桩的承载力等，应通过原位测试、室内试验等直接或间接的方法确定，并应考虑钻探取样的扰动、室内外试验条件与实际工程结构条件的差别以及所采用公式的误差等因素的影响。6.1.6 岩土性能的标准值宜根据原位测试和从现场取样的室内试验结果，按其概率分布的某个分位值确定。当试验数据不足时，可采用有关规定值或工程经验确定。22 6.2 结构的几何参量 6.2.1 结构或构件的几何参量宜按下列规定确定：1 几何参量宜采用随机变量概率模型描述。几何参量的概率分布类型和统计参数，应以正常生产情况下结构或构件几何尺寸的测试数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。2 当测试数据不充分时，几何参量的统计参数可根据有关规定的公差，经分析判断确定。3 当几何参量的变异性对结构抗力及其他性能的影响很小时，几何参量可作为确定性变量。6.2.2 几何参量的标准值可采用设计公称值，或根据几何参量概率分布的某个分位值确定。23 7 结构分析与试验辅助设计 7.1 一般规定 7.1.1 结构分析应包括确定结构及其连接的作用效应、抗力和其他性能。结构分析可采用计算、模型试验或原型试验等方法来完成。7.1.2 结构分析的精度，应能满足结构设计要求，必要时宜进行试验验证。7.1.3 在结构分析中，宜考虑环境对材料、构件和结构性能的影响。7.2 结构分析模型 7.2.1 结构分析采用的基本假定和计算模型，应考虑结构形式、支撑条件、环境条件、温度条件和材料性能、作用情况、施工方法等特点，并应能合理描述所考虑的极限状态下的结构反应。7.2.2 结构分析所采用的各种简化或近似假定，应具有