Спецификации AASHTO LRFD по проектированию мостов: Основа современного проектирования автомобильных мостов в США

В сфере гражданской инфраструктуры обеспечение безопасности, долговечности и пригодности мостов имеет первостепенное значение.мосты на автомагистраляхПо всей территории Соединенных Штатов, окончательным руководством по их проектированию и строительству являетсяСпецификации конструкции моста AASHTO LRFDРазработанный и поддерживаемый Американской ассоциацией государственных дорожных и транспортных чиновников (AASHTO), этот всеобъемлющий документ представляет собой кульминацию десятилетий исследований, испытаний,и практический инженерный опыт, став национальным стандартом по проектированию мостов на автомагистралях.

Каковы спецификации конструкции моста AASHTO LRFD?

По сути, спецификации AASHTO LRFD представляют собой кодифицированный набор правил, процедур и методологий, используемых конструкторами для проектирования новых автомобильных мостов и оценки существующих.Сокращение "LRFD" означаетКонструкция фактора нагрузки и сопротивления, что означает фундаментальный сдвиг с более старых философий дизайна, таких как разрешенный стресс-дизайн (ASD) или дизайн фактора нагрузки (LFD).

LRFD - этовероятностноОн явно признает неопределенности, присущие обеим нагрузкам, которые должен нести мост на протяжении всего его жизненного цикла (транспорт, ветер, землетрясения, изменения температуры и т.д.).(бетон) и прочность материалов (бетон)Вместо применения единого, глобального фактора безопасности для снижения прочности материала (как в ASD), LRFD использует различныеФакторы нагрузки(γ) иФакторы сопротивления(φ).

• Факторы нагрузки (γ):Это множители (более 1,0) применяемые к различным типам нагрузок, с которыми может столкнуться мост.Они учитывают возможность того, что фактические нагрузки могут быть выше прогнозируемых номинальных значенийболее переменные и менее предсказуемые нагрузки, или те, которые имеют более высокие последствия занижения,получают более высокие коэффициенты нагрузки.
• Факторы сопротивления (φ):Это множители (менее или равные 1,0) применяемые к номинальной прочности конструктивного компонента (например, балки, колонны, свай).изготовление, размеры и точность предсказательных уравнений, используемых для расчета прочности.Факторы калибровываются на основе теории надежности и исторических данных о производительности для различных материалов и режимов отказов.

Основное требование к конструкции в LRFD выражено следующим образом:Факторизованное сопротивление ≥ Факторизованные эффекты нагрузкиПо сути, прочность мостового компонента, уменьшенная его коэффициентом сопротивления, должна быть больше или равна совокупному эффекту всех нанесенных нагрузок,каждая усилена соответствующим коэффициентом нагрузкиЭтот подход позволяет достичь более рационального и последовательного уровня безопасности для различных типов мостов, материалов и комбинаций нагрузок по сравнению со старыми методами.

Основная область применения: мосты на шоссе

Спецификации AASHTO LRFD специально разработаны для проектирования, оценки и реабилитациимосты на автомагистраляхЭто включает в себя широкий спектр конструкций, перевозящих транспортное движение через препятствия, такие как реки, дороги, железные дороги или долины.

1. Новый дизайн моста:Спецификации обеспечивают основу для проектирования всех структурных элементов моста на шоссе, включая:

Надстройка:Палубы, балки (сталь, бетон, бетон с предварительным напряжением, композит), решетки, подшипники, расширительные соединения.

Подстройка:Пирсы, опоры, колонны, крылья.

Основы:Расширенные основания, подвижные свай (сталь, бетон, дерево), пробуренные шахты, опоры, неотъемлемые части моста.

Домашние принадлежности:Решетки, барьеры, системы водоотведения (поскольку они связаны со структурными нагрузками).

2. Оценка и рейтинг моста:Инженеры используют принципы LRFD и коэффициенты нагрузки для оценки грузоподъемности существующих мостов, определяя, могут ли они безопасно нести текущие законные нагрузки или требуют размещения,ремонт, или замены.
3. Реабилитация и укрепление мостов:При модификации или модернизации существующих мостов спецификации направляют инженеров в разработке мероприятий, которые приведут конструкцию в соответствие с действующими стандартами.
4. Сейсмическая конструкция:Хотя иногда подробно в сопутствующих руководствах (например, AASHTOСпецификации руководства по проектированию сейсмических мостов LRFD), основные спецификации LRFD интегрируют сейсмические нагрузки и обеспечивают фундаментальные требования для проектирования мостов, устойчивых к силам землетрясений, особенно в обозначенных сейсмических зонах.
5. Конструкция для других грузов:Спецификации всесторонне рассматривают многие другие типы нагрузок и эффекты, имеющие решающее значение для работы моста, включая нагрузки ветра, силы столкновения транспортных средств (на пирсах или рельсах),грузы воды и льда, температурные эффекты, проползание, сокращение и оседание.

Спецификации предназначены для общественных мостов на дорогах, классифицированных как "Функциональные классификации автомагистралей" Артериальная, Коллекторная и Местная.Специализированные конструкции, такие как подвижные мосты или мосты, несущие чрезвычайно тяжелые грузы, могут требовать дополнительных или измененных критериев..

Отличительные характеристики спецификаций AASHTO LRFD

Несколько ключевых характеристик определяют спецификации AASHTO LRFD и способствуют их статусу современного стандарта:

1. Калибровка на основе надежности:Факторы нагрузки и сопротивления не являются произвольными; они статистически калиброваны с использованием теории вероятностей и обширных баз данных испытаний материалов, измерений нагрузки,и структурные показателиЭто направлено на достижение последовательного, количественно определяемого целевого уровня безопасности (индекс надежности βПовышенный индекс надежности предназначен для режимов отказов с более серьезными последствиями.
2. Явное обращение с несколькими предельными состояниями:Проектирование не только о предотвращении коллапса. LRFD требует проверки несколько различныхПограничные государства, каждый из которых представляет собой состояние, при котором мост перестает выполнять свою предназначенную функцию:

Государства ограничения прочности:Предотвращение катастрофических сбоев (например, сдачи, изгиба, дробления, перелома). Это первичное состояние с использованием основного уравнения φR ≥ γQ.

Государства ограничения службы:Обеспечить функциональность и комфорт при регулярных эксплуатационных нагрузках (например, чрезмерное отклонение, вызывающее повреждение тротуара, трещины в бетоне, ухудшающие долговечность или внешний вид,вибрации, вызывающие дискомфорт пользователя).

Ограничительные состояния экстремальных явлений:Обеспечить выживаемость и ограниченную работоспособность во время редких, интенсивных событий, таких как крупные землетрясения, значительные столкновения судов или наводнения на уровне проектирования.Ниже показатели надежности часто принимаются здесь из-за редкости события.

Ограничение усталости и переломов:Предотвратить отказ из-за повторных циклов напряжения в течение всего срока службы моста, что имеет решающее значение для стальных компонентов.

3. Интегрированные грузовые комбинации:Спецификации предусматривают явные комбинации нагрузок (например, мертвая нагрузка + живая нагрузка + ветровая нагрузка; мертвая нагрузка + живая нагрузка + землетрясение) с конкретными коэффициентами нагрузки для каждой комбинации.Это признает, что различные нагрузки, действующие вместе, имеют различные вероятности возникновения и потенциальных взаимодействий.Наиболее важная комбинация диктует дизайн.
4. Специфические положения по материалам:Хотя основная философия LRFD универсальна, спецификации содержат подробные главы, посвященные проектированию конструкций с использованием конкретных материалов (например, бетонные конструкции, стальные конструкции,Алюминиевые конструкцииЭти главы предоставляют материально-специфические уравнения, факторы сопротивления и подробные правила.
5. Сосредоточьтесь на поведении системы:В то время как компоненты разрабатываются индивидуально, спецификации все больше подчеркивают понимание и учет поведения системы, путей нагрузки и избыточности.где отказ одного компонента не приводит к немедленному коллапсу, по своей сути безопаснее.
6. Эволюция и совершенствование:Спецификации LRFD не являются статичными. AASHTO регулярно обновляет их (обычно каждые 4-6 лет) через строгий консенсусный процесс, в котором участвуют государственные ведомства, отраслевые эксперты, исследователи,и FHWAЭто включает в себя последние результаты исследований (например, улучшенное понимание поведения бетона, усовершенствованные подходы к сейсмическому проектированию, новые материалы, такие как сталь HPS или UHPC),обращается к урокам, извлеченным из работы моста (включая неудачи), и реагирует на меняющиеся потребности, такие как размещение более тяжелых грузовиков или улучшение устойчивости к экстремальным явлениям.
7. Всеобъемлющая:Документ охватывает огромный объем, от фундаментальной философии проектирования и определения нагрузки до сложных деталей проектирования компонентов, анализа фундамента, сейсмических положений, геометрических требований,Он стремится стать самостоятельным руководством по проектированию мостов на шоссе.
8. Национальная стандартизация:Предоставляя единый, научно обоснованный подход, спецификации AASHTO LRFD обеспечивают согласованный уровень безопасности, производительности и конструкционной практики для автомобильных мостов во всех 50 штатах.Это облегчает межгосударственную торговлю и упрощает процесс рассмотрения дизайна.

Спецификации AASHTO LRFD для конструкции мостов представляют собой современную технику в области инженерной практики мостов на автомагистралях в Соединенных Штатах.его основная философия LRFD охватывает теорию вероятности и надежности для достижения более рационального, последовательный и количественно определяемый уровень безопасности.охватывает все, от фундаментальных принципов до сложных правил проектирования для всех основных компонентов моста при широком диапазоне нагрузок и предельных состояний, делает его незаменимым справочником при проектировании новых мостов, оценке существующих и планировании реконструкции.Определяющие характеристики спецификаций надежность калибровки, ясные государственные ограничительные проверки, интегрированные комбинации нагрузок и приверженность постоянному развитию с помощью исследований и практического опытасохранение целостности и долговечности критической инфраструктуры мостов в стране на десятилетия впередДля любого инженера-строителя, занимающегося строительством мостов на шоссе в США, знание спецификаций AASHTO LRFD не только полезно, но и фундаментально.