《铁路工程结构可靠性设计统一标准+GB+50216-2019》详细解读

《铁路工程结构可靠性设计统一标准GB50216-2019》详细解读CATALOGUE目录1总则2术语和符号3基本规定4极限状态设计原则5作用及环境影响6材料和岩土的性能及几何参数7结构分析和试验辅助设计8分项系数设计方法CATALOGUE目录9可靠性管理及评定附录A结构可靠性分析方法附录B作用参数和概率分布的确定附录C质量管理附录D既有铁路工程结构的可靠性评定本标准用词说明引用标准名录011总则统一铁路工程结构可靠性设计标准，保证铁路工程的安全性和经济性。为铁路工程结构的设计、施工、验收和维护提供明确的指导。促进铁路工程技术的进步和创新，提高铁路工程的整体质量。1.1目的和意义适用于新建、改建和扩建的铁路工程结构可靠性设计。适用于铁路桥梁、隧道、路基、轨道等工程结构的设计。适用于不同速度等级、不同运输需求的铁路工程。1.2适用范围01020304安全性原则确保铁路工程结构在各种作用下的安全性和稳定性。经济性原则在满足安全性的前提下，优化设计方案，降低工程造价。先进性原则采用先进的技术、材料和工艺，提高铁路工程的整体性能。可持续性原则注重环保、节能和资源的合理利用，实现铁路工程的可持续发展。1.3设计原则022术语和符号可靠性（Reliability）在规定的时间和条件下，工程结构完成预定功能的概率。这是评估铁路工程结构性能稳定性的重要指标。失效概率（FailureProbability）工程结构不能完成预定功能的概率。失效概率的高低直接反映了结构可靠性的好坏。极限状态（LimitState）当工程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时，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态是判定结构是否失效的重要依据。2.1术语设计使用年限（DesignWorkingLife）设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。这是铁路工程结构设计中必须考虑的重要因素之一。2.1术语表示结构或结构构件的抗力，即其承受作用效应（如荷载、变形等）的能力。R表示作用效应，即施加在结构或结构构件上的各种作用（如荷载、温度变化等）所产生的内力和变形等。S表示结构或结构构件在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率，即结构的可靠性。P表示结构或结构构件不能完成预定功能的概率，即结构的失效概率。Pf2.2符号033基本规定结构可靠性设计应遵循安全、适用、耐久的原则，确保铁路工程在规定的设计使用年限内具有足够的可靠度。结构可靠性设计应考虑不同设计使用年限的结构，采用相应的可靠度指标和耐久性措施。结构可靠性设计应综合考虑工程的环境条件、荷载特性、结构材料和施工工艺等因素的影响。3.1基本要求

3.2安全等级和可靠度铁路工程结构应根据其破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等的严重性，划分为不同的安全等级。结构可靠度应采用概率极限状态设计方法进行分析，并根据结构的安全等级和规定的可靠度指标，确定结构的设计参数和构造措施。对于难以进行概率极限状态设计的结构，可采用经验系数法进行可靠度分析，但应保证所设计的结构具有足够的安全储备。铁路工程结构应根据其使用功能和重要性，规定不同的设计使用年限。设计使用年限的分类应符合相关标准的规定。结构耐久性设计应根据结构所处的环境类别和设计使用年限，采取相应的耐久性措施，如选用耐腐蚀材料、设置防水排水设施、加强结构构造等。结构设计时应考虑维护的方便性和经济性，为运营阶段的维护提供必要的条件。对于需要定期检测和维护的结构，应设置相应的检测和维护设施。3.3设计使用年限、耐久性和维护044极限状态设计原则承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。包括倾覆、滑移、疲劳破坏等。正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。包括影响正常使用或外观的变形、开裂、振动等。4.1极限状态持久设计状况适用于结构使用期间长期存在的情况，如结构自重、楼面活荷载等。短暂设计状况适用于结构出现的临时性情况，如施工荷载、风荷载、雪荷载等。偶然设计状况适用于结构出现的罕见情况，如地震、爆炸、撞击等。4.2设计状况03对于复杂结构或重要结构，应进行更详细的结构分析和设计，包括采用有限元分析、模型试验等方法。01根据结构的重要性、破坏后果的严重程度以及经济指标等因素，确定结构的安全等级和目标可靠指标。02采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，进行结构分析和设计。4.3极限状态设计根据结构的目标可靠指标和荷载、材料性能等不确定性因素，确定结构的可靠度水平。采用分项系数的设计表达式进行设计，以保证结构在各种设计状况下具有规定的可靠度。对于难以确定分项系数的情况，可采用基于可靠度分析的设计方法进行设计。4.4基于可靠指标的设计055作用及环境影响作用分类明确铁路工程结构所承受的各种作用，包括永久作用、可变作用、偶然作用等。设计状况根据铁路工程结构的特点和使用要求，确定不同设计状况下的结构可靠性要求。荷载组合根据可能同时出现的各种作用，进行合理的荷载组合，以考虑最不利情况。5.1一般规定包括结构自重、土压力、水压力等永久作用的取值原则和设计方法。永久作用设计参数包括列车荷载、人群荷载、风荷载、雪荷载等可变作用的取值原则和设计方法。可变作用设计参数包括地震、撞击等偶然作用的取值原则和设计方法。偶然作用设计参数5.2作用的设计参数123根据列车类型和轴重，确定列车竖向静活载的取值和设计方法。列车竖向静活载考虑列车运行时产生的竖向动力作用，包括冲击和振动等。列车竖向动力作用考虑列车制动和启动时产生的附加力对结构的影响。列车制动和启动时的附加力5.3列车竖向作用5.4环境影响考虑温度变化对铁路工程结构的影响，包括整体升降温和温度梯度等。考虑湿度变化对铁路工程结构的影响，包括干湿循环和冻融循环等。考虑环境中腐蚀性介质对铁路工程结构的腐蚀作用及防护措施。考虑风、雨、雪、冰雹等自然环境因素对铁路工程结构的影响。温度作用湿度作用腐蚀作用其他环境作用066材料和岩土的性能及几何参数材料的性能01包括材料的强度、变形、稳定性等基本性能，这些性能是铁路工程结构设计和施工的基础。例如，钢材的屈服强度、抗拉强度等，混凝土的抗压强度、抗折强度等。岩土的性能02主要指土体的物理性质、力学性质和变形特性等，如土的密度、含水量、抗剪强度、压缩模量等。这些性能对于铁路工程的地基处理、路基填筑等具有重要意义。材料和岩土性能的变异性03由于材料和岩土本身的不均匀性、各向异性以及外界环境的影响，其性能会存在一定的变异性。在设计和施工中需要充分考虑这种变异性，以保证结构的安全性和可靠性。6.1材料和岩土的性能结构几何尺寸包括结构的长度、宽度、高度等基本尺寸，这些尺寸是结构设计的基础，对于结构的受力性能和稳定性具有重要影响。截面形状和尺寸铁路工程中各种构件的截面形状和尺寸也是重要的几何参数，如梁、柱、板等构件的截面形状和尺寸。这些参数对于构件的承载能力和变形性能具有重要影响。几何参数的容许偏差在设计和施工过程中，几何参数会存在一定的偏差。为了保证结构的安全性和可靠性，需要规定几何参数的容许偏差范围，并进行严格的施工控制。6.2几何参数077结构分析和试验辅助设计结构分析所采用的计算模型、简图和计算方法应符合结构的实际工作状况，并应具有足够的精确度。对重要或复杂的结构，应采用两种或两种以上的分析方法进行校核，以确保分析结果的可靠性。结构分析应基于概率极限状态设计方法进行，考虑结构在使用过程中可能遇到的各种作用和环境影响。7.1一般规定结构及构件的分析模型应根据其受力特点、材料性能和制造工艺等因素确定。分析模型中应考虑结构及构件的几何非线性、材料非线性和边界条件非线性等因素。对于复杂结构，应采用有限元法、有限差分法或离散元法等数值分析方法进行模拟和分析。7.2结构及构件分析模型试验辅助设计是为了验证结构设计的合理性、安全性和可靠性，以及检验新材料、新工艺和新技术的应用效果。试验辅助设计应根据试验目的、试验条件和试验经费等因素制定详细的试验方案，并应确保试验结果的准确性和可靠性。试验过程中应详细记录试验数据，并对试验数据进行统计分析和处理，以得出科学的结论。同时，应对试验中发现的问题及时进行分析和解决，以保证试验的顺利进行。7.3试验辅助设计088分项系数设计方法123适用于铁路工程结构各类构件和连接的设计。分项系数设计方法的适用范围在满足结构安全性、适用性和耐久性的前提下，进行经济合理的设计。设计原则采用以概率理论为基础的极限状态设计表达式进行设计。设计表达式8.1一般规定永久作用的设计值可变作用的设计值材料性能的设计值几何参数的设计值8.2基本变量的设计值根据结构的设计使用年限和永久作用的标准值，按规定的方法确定。根据材料强度的标准值和设计状况下的材料性能分项系数确定。根据可变作用的代表值、频遇值或准永久值，以及相应的组合值、频遇值或准永久值系数确定。根据结构几何尺寸的标准值和设计状况下的几何参数分项系数确定。03计算方法采用基本变量的设计值和相应的分项系数，按规定的极限状态设计表达式进行计算。01承载能力极限状态的定义结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态。02设计要求结构或构件应具有足够的强度、刚度和稳定性，以满足承载能力极限状态的要求。8.3承载能力极限状态设计要求结构或构件在正常使用条件下应具有良好的工作性能，满足正常使用要求。计算方法根据正常使用极限状态的要求，采用相应的标准值、组合值、频遇值或准永久值进行计算。正常使用极限状态的定义结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。8.4正常使用极限状态疲劳极限状态的定义01结构或构件在重复荷载作用下产生不可恢复的损伤，直至破坏的极限状态。设计要求02结构或构件应具有足够的疲劳强度，以满足疲劳极限状态的要求。计算方法03根据疲劳荷载的标准值和疲劳强度设计值，按规定的疲劳验算方法进行计算。同时，应考虑结构或构件的应力集中、尺寸效应和表面状态等因素的影响。8.5疲劳极限状态099可靠性管理及评定可靠性管理目标可靠性管理组织可靠性管理流程可靠性管理培训9.1可靠性管理01020304确保铁路工程结构在设计、施工、运营等全过程中达到预定的可靠性水平。建立专门的可靠性管理机构，负责铁路工程结构的可靠性管理工作。制定详细的可靠性管理流程，包括可靠性分析、设计、试验、评估等环节。加强可靠性管理培训，提高相关人员的可靠性意识和技能水平。可靠性评定方法采用概率法、模糊数学法等方法进行铁路工程结构的可靠性评定。可靠性评定指标根据铁路工程结构的特点和使用要求，确定合适的可靠性评定指标。可靠性评定流程制定详细的可靠性评定流程，包括数据收集、模型建立、计算分析、结果评估等环节。可靠性评定报告编制详细的可靠性评定报告，对铁路工程结构的可靠性水平进行全面、客观的评价。9.2可靠性评定10附录A结构可靠性分析方法可靠性定义在规定时间和条件下，结构完成预定功能的概率。失效概率结构不能完成预定功能的概率，与可靠性互补。极限状态结构达到或超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求。可靠性分析基本概念一次二阶矩法基于随机变量的均值和标准差，通过一次近似计算结构可靠度指标。蒙特卡罗模拟法通过大量随机抽样，模拟结构实际工作状态，统计失效次数并计算失效概率。响应面法通过构造结构功能函数的响应面，将复杂极限状态方程转换为简单形式进行可靠性分析。可靠性分析方法分类明确结构所承受的荷载效应和抗力，建立功能函数表达式。确定结构功能函数根据结构特点和问题性质，选择合适的可靠性分析方法。选择适当的分析方法根据所选方法，进行结构可靠度指标或失效概率的计算。进行可靠性计算对计算结果进行分析和评价，判断结构是否满足可靠性要求。结果分析与评价可靠性分析步骤11附录B作用参数和概率分布的确定包括结构自重、土压力、水压力等，这些参数一般通过设计规范和实际工程经验进行确定。永久作用参数包括列车荷载、风荷载、雪荷载等，这些参数需要考虑其随时间和空间的变化特性，以及相应的统计规律。可变作用参数包括地震、爆炸等极端事件，这些参数需要通过概率分析和风险评估进行确定。偶然作用参数作用参数的确定对于某些连续型随机变量，如结构材料的强度、荷载的大小等，可以采用正态分布进行描述。正态分布对于某些偏态分布的随机变量，如结构疲劳寿命等，可以采用对数正态分布进行描述。对数正态分布对于某些极端事件的概率分布，如地震烈度、最大风速等，可以采用极值分布进行描述。极值分布对于某些缺乏足够统计数据的随机变量，可以根据工程经验和专家判断来确定其概率分布。经验分布概率分布的确定12附录C质量管理确定质量管理体系的范围和目标，明确质量方针和质量目标。制定质量管理计划，包括质量控制、质量保证和质量改进等方面的内容。建立质量管理组织，分配职责和权限，确保质量管理体系的有效运行。实施质量管理体系，进行质量监控和测量，确保各项质量指标符合要求。质量管理体系建立与实施010204质量控制与检验制定质量控制标准和检验规程，明确检验方法和检验频次。对原材料、构配件和设备进行质量检验，确保其符合相关标准和规定。对施工过程进行质量控制，包括施工工艺、施工环境和施工人员等方面的控制。对成品进行质量检验和验收，确保其符合设计要求和使用功能。03建立质量事故报告和处理制度，及时报告和处理质量事故。对质量事故进行调查和分析，找出事故原因和责任人，并采取相应的纠正措施。总结质量事故经验教训，制定预防措施，防止类似事故的再次发生。对质量事故进行记录和归档，为质量管理和质量改进提供依据。01020304质量事故处理与预防建立质量改进机制，鼓励员工提出质量改进意见和建议。对质量改进成果进行评价和奖励，激发员工参与质量改进的积极性。对质量改进项目进行立项和审批，确保改进项目的有效实施。定期进行质量总结和评估，分析质量管理体系的优缺点，提出改进建议并持续提高质量管理水平。质量改进与持续提高13附录D既有铁路工程结构的可靠性评定123确保既有铁路工程结构的安全性和稳定性。为既有铁路工程结构的维修、加固和改造提供依据。提高既有铁路工程结构的可靠性，延长使用寿命。评定目的和意义收集既有铁路工程结构的设计、施工和运营资料。根据相关标准和规范，对既有铁路工程结构进行可靠性分析和评估。评定方法和步骤进行现场调查和检测，了解既有铁路工程结构的实际状况。提出相应的维修、加固和改造建议。02030401评定内容和指标结构构件的承载能力评定。结构变形、裂缝等损伤的评定。结构耐久性评定，包括材料老化