4 极限状态设计原则

4.0.1 极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态,并应符合下列规定:

1 结构或结构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)结构整体或结构的一部分作为刚体失去平衡;

2)结构构件或连接件因超过材料强度而破坏,或因过度变形而不适于继续承载;

3)结构转变为机动体系;

4)结构或结构构件丧失稳定;

5)地基丧失承载能力而失效;

6)结构构件的疲劳破坏。

2 结构或结构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)影响正常使用或外观的变形;

2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏;

3)影响正常使用的振动;

4)影响正常使用或影响耐久性能的其他特定状态。

承载能力极限状态可理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载能力的状态,如结构或结构一部分的倾覆、滑移,结构构件的压曲等。结构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。

疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而达到的承载能力极限状态,港口工程中钢结构存在疲劳问题。

正常使用极限状态可以理解为结构或结构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,一般采用一个或几个约束条件,采用的限值要满足使用要求,主要根据经验确定。如某些构件必须控制变形、裂缝、振动才能满足使用要求,因过大的裂缝会影响结构的耐久性。

4.0.2 港口工程结构设计时应对不同的设计状况进行分析。对每一种设计状况应采用相应的结构体系、可靠度水平、基本变量,并分析施工和使用中的环境条件和影响等。港口工程结构宜分为下列设计状况:

1 持久状况:持续时段与设计使用年限相当的设计状况。

2 短暂状况:在结构施工和使用过程中一定出现,而与设计使用年限相比,持续时段较短的设计状况,包括施工、维修和短期特殊使用等。

3 地震状况:结构遭受地震作用时的设计状况。

4 偶然状况:偶发的使结构产生异常状态的设计状况。包括非正常撞击、火灾、爆炸等。

原标准规定结构设计时应考虑持久状况、短暂状况和偶然状况三种设计状况,本次修订根据设计需考虑的持续时段长短和出现概率的高低,将设计状况分为持久状况、短暂状况、地震状况和偶然状况四种,将地震状况从偶然状况中分离出来。这主要是由于地震作用是能够统计并有统计资料的,可以根据地震的重现期确定地震作用,因此,本次修订借鉴了欧洲规范《结构设计基础》EN 1990的规定,增加了地震设计状况。

4.0.3 根据港口工程结构的设计状况,结构设计应符合下列规定:

1 持久状况应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

2 短暂状况应进行承载能力极限状态设计,可根据需要进行正常使用极限状态设计。

3 地震状况应进行承载能力极限状态设计,主体结构在出现设计的地震状况时不应丧失承载力。

4 有特殊要求时,也可对偶然状况进行承载能力极限状态设计或进行防护设计。

持久状况是贯穿结构整个使用期的设计情况,要考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态。如在整个设计使用年限内码头面承受堆货荷载和流动机械的设计状况,防波堤承受波浪力的状况。

短暂状况在结构施工和使用过程中一定出现,一般仅考虑承载能力极限状态,需要时还要考虑正常使用极限状态。如施工期吊运构件需要控制变形或抗裂的设计状况,使用期维修时承受荷载的状况。

地震状况一般按承载能力极限状态进行设计,使主要承重结构不致因出现设计的地震状况而丧失承载力,即能够抵抗设计烈度的地震,有局部损坏,经一般修理仍能继续使用。

偶然状况包括非正常撞击、爆炸、火灾等偶然事件,如果有特殊要求而规定在设计中考虑时,只进行承载能力极限状态设计或采取防护措施,使主体结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失稳定。

4.0.4 港口工程结构设计时,所选择的极限状态应采用相应的结构可能同时出现作用的最不利组合,并应符合下列规定:

1 承载能力极限状态设计应采用作用的持久组合、短暂组合和地震组合,有特殊要求时可采用作用的偶然组合。

2 正常使用极限状态设计应根据不同设计目的,分别选用下列作用组合:

1)标准组合:用于当超越极限状态时将产生永久性不可逆损坏的情况;

2)频遇组合:用于当短期效应是决定性因素时的情况;

3)准永久组合:用于当长期效应是决定性因素时的情况。

本次修订明确了正常使用极限状态的作用组合为标准组合、频遇组合和准永久组合三种,设计时根据工程的具体情况,选定符合实际的作用组合。

标准组合,用于不可逆正常使用极限状态,当超越极限状态时将产生永久性不可逆损坏。例如:有抗裂要求的构件,一旦产生裂缝会造成不可逆的损坏。

频遇组合,主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或振动等情况,一般用于可逆的正常使用极限状态。

准永久组合,主要用于当长期效应是决定性因素时的情况,如码头的沉降、钢筋混凝土构件的裂缝开展宽度计算。