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摘要： 针对现阶段《钢结构与木结构设计规范》与其它公路规范不配套的现状，对于钢桥设计时应采用的荷载、荷载组合及钢材容许应力的取值进行了讨论，并提出了解决方法。
关键词：钢桥; 容许应力法 ; 荷载组合; 容许应力
Abstract: In view of the present stage" steel structure and wood structure design code", with other highway code is not supporting the status quo, discussed the steel bridge design should be used when the load, load combination and steel allowable stress value are discussed, and put forward solutions.
Key words: steel bridge; allowable stress method; load combination; allowable stress
引言
在国民经济建设中，伴随着钢产量的大幅提高，我国对钢材的使用逐步放宽。过去，在公路及城市桥梁建设中鲜有使用的钢桥，也以其适合工厂化制造，便于运输，便于无支架或少支架施工，安装迅速等优点渐入人们的视野。钢桥在公路及城市桥梁总里程中所占的比重逐步加大。
设计施工周期长，技术难度大，工程投资高的大桥、特大桥在设计施工乃至运营过程中都会引起人们的足够重视，进而对此类桥梁进行全过程管理。工程的建设者对此类桥梁精心设计，精心施工，并对某些问题专门立项，在专家的指导下进行科学研究。因此，大桥、特大桥出现问题的概率反而比中小跨径的钢板梁桥、钢桁梁桥出现问题的概率低。究其原因，不外乎工程的建设者未能对中小跨径钢桥的设计施工引起足够的重视，少有人过问此类钢桥的技术问题。这就要求设计者要对钢结构桥梁有足够的认识，熟知并领会规范的编制要领，
①《钢木规范》采用的是容许应力法，而现行《通规》使用的是极限状态设计法，二者的设计思想不同，也就是说进行钢桥设计时，不能用现行《通规》中的荷载组合。
②《钢木规范》中提到的钢材牌号已被新的钢材牌号取代，新的钢材牌号容许应力的确定值得商榷。
③《钢木规范》中使用的汽车荷载，温度作用等是原《通规》的，而原《通规》又被新《通规》所取代，汽车荷载，温度作用等怎样确定也是需要解决的。
本文将从以上三个问题入手，阐述一下对钢桥设计的认识，继而，提出解决方法。
2．钢桥设计中关于荷载及荷载组合的问题
目前，国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态法两种方法。
容许应力法是将材料作为弹性体，用材料力学或弹性力学方法，算出构件或结构在标准荷载（使用荷载）作用下的应力，要求任一点的计算应力σ，不超过材料的容许应力[σ]，即：
材料的容许应力，系由材料的极限强度（如混凝土）或者流限（如钢材），除以安全系数K所得。
容许应力法具有以下特点：
A容许应力法采用平截面检测设，构件受力变形后，截面仍保持为平面，即纤维的应变与其到中和轴的距离成正比；另，容许应力法采用虎克定律，应力与应变成正比，这样就使得计算公式简单实用。
B容许应力法公式中的安全系数K值是一个经验值，它在不同的规范，不同的历史时期均不相同，人的主观因素对于K值的确定具有很大影响。
C容许应力法采用单一的安全系数K，对不同材料，不同荷载，以及其它影响结构安全的因素，不能区别对待，因而可能使结构在某些情况下过分安全，而在另一些情况下却不够安全。
D对于具有塑性性质的材料，容许应力法无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守。
极限状态设计法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。所谓半概率就是指对影响结构安全的某些参数，用数理统计进行分析，并与经验相结合，引入某些经验系数。
由于钢桥破坏状态的复杂性，钢桥结构失效不能采用单一极限状态表达，一般应该包括承载能力极限状态，正常使用极限状态，疲劳破坏极限状态三个极限状态。现以基本组合作用下的承载能力极限状态为例，对其公式表达作以简略说明。
式中：
—结构重要性系数，依结构安全等级的不同而取不同的数值；
—永久荷载分项系数；
，—第一个和其它第i个可变荷载分项系数；
—永久荷载的标准值；
—第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应；
—其它第i个可变荷载标准值；
，，—永久荷载、第一个可变荷载和其它第i个可变荷载的荷载效应系数；
—第i个可变荷载组合系数；
—结构构件的抗力函数；
—结构构件抗力分项系数，其值应符合各类材料的结构设计规范的规定；
—材料屈服强度的标准值；
—几何参数的标准值。
由上述极限状态设计表达式可以看出：
A极限状态设计法对不同荷载，不同材料及其它影响结构使用的因素，分别给以分项系数及组合系数，能够对上述各方面对结构的影响区别对待，有利于结构设计可靠度的提高。
B极限状态设计法与非弹性设计法相结合，可以挖掘结构潜力，使设计出来的结构更为经济合理。
综上所述，容许应力法的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。但，容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前公路、铁路工程设计中仍在应用。
通过对容许应力法与半概率极限状态法的比较分析，我们可以看到《钢木规范》中所提到的容许应力法所采用的荷载组合是标准值组合，而现行《通规》所提到的极限状态设计法所阐述的组合是基本组合，作用短期效应组合，作用长期效应组合等。显然，在对桥梁钢结构采用容许应力法进行计算时，是不能直接套用现行《通规》的作用组合的。反而，设计者要在旧《通规》中寻找答案。
旧《通规》将作用在桥梁结构上的荷载划分为21种，为下文叙述方便，笔者将这21种荷载划分为六类，分别以荷载分类代号表示，见表一。
关键词：钢桥; 容许应力法 ; 荷载组合; 容许应力
Abstract: In view of the present stage" steel structure and wood structure design code", with other highway code is not supporting the status quo, discussed the steel bridge design should be used when the load, load combination and steel allowable stress value are discussed, and put forward solutions.
Key words: steel bridge; allowable stress method; load combination; allowable stress
引言
在国民经济建设中，伴随着钢产量的大幅提高，我国对钢材的使用逐步放宽。过去，在公路及城市桥梁建设中鲜有使用的钢桥，也以其适合工厂化制造，便于运输，便于无支架或少支架施工，安装迅速等优点渐入人们的视野。钢桥在公路及城市桥梁总里程中所占的比重逐步加大。
设计施工周期长，技术难度大，工程投资高的大桥、特大桥在设计施工乃至运营过程中都会引起人们的足够重视，进而对此类桥梁进行全过程管理。工程的建设者对此类桥梁精心设计，精心施工，并对某些问题专门立项，在专家的指导下进行科学研究。因此，大桥、特大桥出现问题的概率反而比中小跨径的钢板梁桥、钢桁梁桥出现问题的概率低。究其原因，不外乎工程的建设者未能对中小跨径钢桥的设计施工引起足够的重视，少有人过问此类钢桥的技术问题。这就要求设计者要对钢结构桥梁有足够的认识，熟知并领会规范的编制要领，
摘自：本科生毕业论文www.udooo.com
在设计过程中活学活用，减少出错的可能，降低事故发生的概率。1 问题的提出
截止2010年底，公路桥涵的设计规范已有多本经过修订，如《公路桥涵设计通用规范》（以下简称《通规》）、《公路桥涵地基与基础设计规范》、《公路圬工桥涵设计规范》、《公路钢筋及预应力混凝土桥涵设计规范》等均已经过修订出版并实施。但，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）（以下简称《钢木规范》）尚在修订之中。在钢桥的设计工作中，由于设计规范不配套，给设计者带来的困惑，主要有以下三点。①《钢木规范》采用的是容许应力法，而现行《通规》使用的是极限状态设计法，二者的设计思想不同，也就是说进行钢桥设计时，不能用现行《通规》中的荷载组合。
②《钢木规范》中提到的钢材牌号已被新的钢材牌号取代，新的钢材牌号容许应力的确定值得商榷。
③《钢木规范》中使用的汽车荷载，温度作用等是原《通规》的，而原《通规》又被新《通规》所取代，汽车荷载，温度作用等怎样确定也是需要解决的。
本文将从以上三个问题入手，阐述一下对钢桥设计的认识，继而，提出解决方法。
2．钢桥设计中关于荷载及荷载组合的问题
目前，国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态法两种方法。
容许应力法是将材料作为弹性体，用材料力学或弹性力学方法，算出构件或结构在标准荷载（使用荷载）作用下的应力，要求任一点的计算应力σ，不超过材料的容许应力[σ]，即：
材料的容许应力，系由材料的极限强度（如混凝土）或者流限（如钢材），除以安全系数K所得。
容许应力法具有以下特点：
A容许应力法采用平截面检测设，构件受力变形后，截面仍保持为平面，即纤维的应变与其到中和轴的距离成正比；另，容许应力法采用虎克定律，应力与应变成正比，这样就使得计算公式简单实用。
B容许应力法公式中的安全系数K值是一个经验值，它在不同的规范，不同的历史时期均不相同，人的主观因素对于K值的确定具有很大影响。
C容许应力法采用单一的安全系数K，对不同材料，不同荷载，以及其它影响结构安全的因素，不能区别对待，因而可能使结构在某些情况下过分安全，而在另一些情况下却不够安全。
D对于具有塑性性质的材料，容许应力法无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守。
极限状态设计法的设计准则是：对于规定的极限状态，荷载引起的荷载效应（结构内力）大于抗力（结构承载力）的概率（失效概率）不应超过规定的限值。所谓半概率就是指对影响结构安全的某些参数，用数理统计进行分析，并与经验相结合，引入某些经验系数。
由于钢桥破坏状态的复杂性，钢桥结构失效不能采用单一极限状态表达，一般应该包括承载能力极限状态，正常使用极限状态，疲劳破坏极限状态三个极限状态。现以基本组合作用下的承载能力极限状态为例，对其公式表达作以简略说明。
式中：
—结构重要性系数，依结构安全等级的不同而取不同的数值；
—永久荷载分项系数；
，—第一个和其它第i个可变荷载分项系数；
—永久荷载的标准值；
—第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应；
—其它第i个可变荷载标准值；
，，—永久荷载、第一个可变荷载和其它第i个可变荷载的荷载效应系数；
—第i个可变荷载组合系数；
—结构构件的抗力函数；
—结构构件抗力分项系数，其值应符合各类材料的结构设计规范的规定；
—材料屈服强度的标准值；
—几何参数的标准值。
由上述极限状态设计表达式可以看出：
A极限状态设计法对不同荷载，不同材料及其它影响结构使用的因素，分别给以分项系数及组合系数，能够对上述各方面对结构的影响区别对待，有利于结构设计可靠度的提高。
B极限状态设计法与非弹性设计法相结合，可以挖掘结构潜力，使设计出来的结构更为经济合理。
综上所述，容许应力法的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计方法比较保守。但，容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前公路、铁路工程设计中仍在应用。
通过对容许应力法与半概率极限状态法的比较分析，我们可以看到《钢木规范》中所提到的容许应力法所采用的荷载组合是标准值组合，而现行《通规》所提到的极限状态设计法所阐述的组合是基本组合，作用短期效应组合，作用长期效应组合等。显然，在对桥梁钢结构采用容许应力法进行计算时，是不能直接套用现行《通规》的作用组合的。反而，设计者要在旧《通规》中寻找答案。
旧《通规》将作用在桥梁结构上的荷载划分为21种，为下文叙述方便，笔者将这21种荷载划分为六类，分别以荷载分类代号表示，见表一。