4  极限状态设计原则4.1  极限状态4.1.1~4.1.4  承载能力极限状态理解为结构或构件发挥允许的最大承载功能的状态。结构或构件由于塑性变形而使其几何形状发生显著改变,虽未达到最大承载能力,但已彻底不能使用,也属于达到这种极限状态。    正常使用极限状态理解为结构或构件达到使用功能上允许的某个限值的状态。正常使用极限状态的控制,往往需要采用一定的约束条件,例如,某些构件需控制变形、裂缝才能满足使用要求。因过大的变形会造成列车运行的平稳性下降,舒适度降低等后果,过大的裂缝会影响结构的耐久性;过大的变形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感,这些约束条件一般以规定值的形式列入规范。    疲劳是在循环拉应力或拉压应力作用下,在应力集中或缺陷处引发疲劳裂纹,发展到最后会导致结构或构件破坏,该状态为疲劳极限状态。疲劳对直接承受列车荷载的轨道结构以及承受重复荷载动力作用的桥梁结构等影响较大,特别是目前桥梁钢结构的连接多采用焊接,焊接会引入焊接缺陷,容易诱发疲劳裂纹;部分结构由于环境影响加快了疲劳裂纹的扩展而导致严重后果,如1967年12月15日服役近40年美国的银桥(Silver Bridge)突然整桥倒塌,造成46人丧生,事故调查原因是眼杆销孔处两条腐蚀疲劳裂纹导致C13号结合处发生脆断引起整座桥的倒塌。    基于疲劳极限状态与承载能力极限状态在作用形式(以拉为主的重复荷载作用),抗力(与构造细节高度相关,材料强度不是控制因素),计算模型(实验科学,无明确的力学模型)等方面的不同,同时考虑部分铁路工程结构中列车重复荷载作用是主导作用,因此,疲劳极限状态单独列举出来有其必要性。    美国AASHTO规范和日本铁路混凝土等规范都将疲劳极限状态单独划分为一种极限状态,欧洲规范Eurocode虽将疲劳极限状态归为承载能力极限状态中,但很多条款是单独针对疲劳极限状态规定的。    因此,本次修订细化了极限状态的分类,将疲劳极限状态与承载能力极限状态和正常使用极限状态并行,构成铁路工程结构的三种极限状态。4.1.5  设计限值是结构或构件按极限状态设计时,采用的作为极限状态标志的应力或变形等的界限值。    极限状态的标志及限值是根据对结构各种功能失效的机理研究后制定的。当失效机理研究不充分时,为满足工程设计需要,可以根据理论研究成果结合工程经验判断或按现行规范确定。如破坏的强度准则,就是结构到达承载能力极限状态的标志之一;裂缝宽度、振动响应等造成用户心理上的不安全感时,就是结构到达正常使用极限状态的标志之一。4.1.6  铁路工程结构或构件设计要满足承载能力极限状态、正常使用极限状态和疲劳极限状态要求,对这些极限状态进行计算或验算,确定起控制作用的极限状态。    在三种极限状态都满足的情况下,为保证结构或构件的耐久性,合理设计和布置结构细部构造非常必要。经过多年实践证明,结构细部构造的设计不合理是导致病害发生的主要原因。因此,要从设计源头上保证结构构造合理。4.1.7  铁路工程结构极限状态是通过各种基本变量组成的极限状态方程来实现,基本变量是指极限状态方程中所包含的影响结构可靠度的各种物理量,包括引起结构作用效应上的各种作用S,如恒荷载、活荷载、地震、温度变化等,结构抗力R的各种因素如材料性能、几何参数等。分析时,可将作用效应或结构抗力作为综合基本变量考虑。无特殊说明时,基本变量一般可视为相互独立的随机变量。

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