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中华人民共和国国家标准

港口工程结构可靠性设计统一标准

Unified standard for reliability design of port engineering structures
GB 50158-2010

主编部门：中华人民共和国交通运输部
批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期：2010年12月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第582号

关于发布国家标准《港口工程结构可靠性设计统一标准》的公告

    现批准《港口工程结构可靠性设计统一标准》为国家标准，编号为GB 50158-2010，自2010年12月1日起实施。其中，第3．0．2、3．0．3(1)、7．2．6、7．2．7条（款）为强制性条文，必须严格执行。原《港口工程结构可靠度设计统一标准》CB 50158-92同时废止。
    本标准由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城多建设部
二〇一〇年五月三十一日

前言

    根据原建设部《关于印发<二〇〇四年度工程建设国家标准制订、修订计划>的通知》（建标〔2004〕67号）的要求，中国交通建设股份有限公司会同有关单位共同对国家标准《港口工程结构可靠度设计统一标准》GB 50158-92进行了全面修订。
    本标准在修订过程中，进行了广泛调研，总结了我国多年来港口工程的建设经验，参考了国内外先进的相关技术标准，采纳了港口工程结构可靠性的最新研究成果和专家学者提出的建议，并广泛征求了有关设计、施工、科研、教学，建设等单位及管理部门的意见，经反复讨论、修改、完善，最后经审查定稿。
    本次修订后共包括8章和4个附录，主要修订内容：一是提出了港口工程结构的设计使用年限，将设计使用年限划分为两个档次；二是新增了一种结构设计状况，将地震状况从偶然状况中分离出来，则结构设计状况改为持久、短暂、地震和偶然四种；三是完善了正常使用极限状态设计作用组合，根据结构损坏的可逆与不可逆，改为标准组合、频遇组合和准永久组合三种；四是增加了作用按有无界值的分类；五是提出了在结构设计时要考虑环境对结构和耐久性的不利影响；六是给出了极限状态设计的抗力表达式。
    本标准以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
    本标准由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，交通运输部负责日常管理，中国交通建设股份有限公司负责其体技术内容的解释。在执行过程中，请各单位注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议寄送中国交通建设股份有限公司国家标准《港口工程结构可靠性设计统一标准》管理组（地址：北京市德胜门外大街85号；邮政编码：100088）。
    本标准主编单位、参编单位、参加单位、主要起草人和主要审查人：
    主编单位：中国交通建设股份有限公司
    参编单位：中交水运规划设计院有限公司 中交第一航务工程勘察设计院有限公司 中交第二航务工程勘察设计院有限公司 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 中交第四航务工程勘察设计院有限公司 大连理工大学
    参加单位：中交四航工程研究院有限公司
    主要起草人：郭大慧 胡家顺 钱丽 贡金鑫 杨丽民 王晋 方爱东 刘进生 张黎明 夏琪琍 王胜年 冯海波 万宏 杜庭瑞 杨松泉
    主要审查人：蒋千 仉伯强（以下按姓氏笔画排序）卢永昌 史志华 刘永绣 刘志明 许廷兴 李悟洲 麦远俭 孙万禾 关澎 张建仁 曹称宇 潘德强

1 总则

1．0．1 为统一各类港口工程结构可靠性设计的基本原则和方法，使港口工程符合可持续发展的要求，并做到安全可靠、耐久适用，技术先进、经济合理、确保质量，制定本标准。

1．0．2 本标准适用于港口工程结构、修造船水工结构可靠性设计，并适用于现有结构的修复等可靠性设计。

1．0．3 港口工程结构设计标准及相关标准的编制应遵守本标准规定的基本准则。

1．0．4 本标准规定了港口工程结构可靠性设计的基本要求。当本标准与国家法律、行政法规的规定相抵触时，应按国家法律、行政法规的规定执行。

1．0．5 港口工程结构设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2 术语

2．0．1 可靠性 reliability
    结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

2．0．2 可靠度 degree of reliability(reliability)
    结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

2．0．3 失效概率 probability of failure
    结构不能完成预定功能的概率。

2．0．4 可靠指标 reliability index
    度量结构可靠度的数值指标。

2．0．5 基本变量 basic variable
    代表物理量的一组规定的变量，用于表示作用和环境影响、材料和岩土的性能以及几何量的特征。

2．0．6 设计基准期 design reference period
    为确定可变作用等的取值而选用的时间参数。

2．0．7 设计使用年限 design working life
    设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。

2．0．8 极限状态 limit states
    整个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，此特定状态为该功能的极限状态。

2．0．9 承载能力极限状态 ultimate limit states
    对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形的状态。

2．0．10 正常使用极限状态 serviceability limit states
    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的状态。

2．0．11 可逆正常使用极限状态 reversible serviceability limit states
    当产生超越正常使用要求的作用撤除后，该作用产生的后果可以恢复的正常使用极限状态。

2．0．12 不可逆正常使用极限状态 irreversible serviceability limit states
    当产生超越正常使用要求的作用撤除后，该作用产生的后果不可恢复的正常使用极限状态。

2．0．13 设计状况 design situations
    代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。

2．0．14 作用 action
    施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。

2．0．15 永久作用 permanent action
    在设计使用年限内始终存在且其量值变化与平均值相比可以忽略不计的作用，或其变化是单调的并趋于某个限值的作用。

2．0．16 可变作用 variable action
    在设计使用年限内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的作用。

2．0．17 偶然作用 accidental action
    在设计使用年限内不一定出现，而一旦出现其量值很大，且持续期很短的事故作用。

2．0．18 地震作用 seismic action
    地震对结构所产生的作用。

2．0．19 固定作用 fixed action
    在结构上具有固定空间分布的作用。当固定作用在结构某一点上的大小和方向确定后，该作用在整个结构上的作用即得以确定。

2．0．20 自由作用 free action
    在结构上给定的范围内具有任意空间分布的作用。

2．0．21 静态作用 static action
    使结构产生的加速度可以忽略不计的作用。

2．0．22 动态作用 dynamic action
    使结构产生的加速度不可忽略不计的作用。

2．0．23 有界作用 bounded action
    具有不能被超越的且可确切或近似掌握界限值的作用。

2．0．24 无界作用 unbounded action
    没有明确界限值的作用。

2．0．25 主导可变作用 dominating variable action
    在同一作用组合中，效应设计值最不利情况下起控制作用的可变作用。

2．0．26 作用的代表值 representative value of an action
    极限状态设计所采用的作用值，它可以是作用的标准值、组合值、频遇值和准永久值。

2．0．27 作用的标准值 characteristic value of an action
    作用的主要代表值，可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。

2．0．28 作用的设计值 design value of an action
    作用的代表值与作用分项系数的乘积。

2．0．29 可变作用的组合值 combination value of a variable action
    使组合后的作用效应的超越概率与该作用单独出现时其标准值作用效应的超越概率趋于一致的作用值，或组合后使结构具有规定可靠指标的作用值。

2．0．30 可变作用的频遇值 frequent value of a variable action
    在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较小的作用值，或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。

2．0．31 可变作用的准永久值 quasi-permanent value of a variable action
    在设计基准期内被超越的总时间占设计基准期的比率较大的作用值。
2．0．32 作用效应 effect of action
    由作用引起的结构或结构构件的反应。

2．0．33 环境影响 environmental influence
    环境对结构产生的各种机械的、物理的、化学的或生物的不利影响。

2．0．34 材料、岩土性能 material and geometrical properties
    结构所使用材料或岩土的物理力学性能，包括强度、弹性模量、变形性能、压缩系数、泊松比、内摩擦角、粘聚力、两介质间的摩擦系数等。

2．0．35 材料、岩土性能标准值 characteristic value of material and geometrical property
    符合规定质量的材料、岩土性能概率分布的某一分位值或名义值。

2．0．36 材料、岩土性能设计值 design value of material and geometrical property
    材料、岩土性能标准值除以材料、岩土性能分项系数所得的值。

2．0．37 几何量标准值 characteristic value of geometrical parameter
    设计规定的几何量公称值或几何量概率分布的某一分位值。

2．0．38 几何量设计值 design value of geometrical parameter
    几何量标准值增加或减少一个几何量附加量所得的值。

2．0．39 抗力 resistance
    结构或结构构件承受作用效应的能力。

2．0．40 结构重要性系数 importance factor for structures
    结构极限状态设计表达式中用于反映不同结构安全等级的数值。

2．0．41 结构体系 structural system
    结构中所有承重构件及其共同工作的方式。

3 基本规定

3．0．1 港口工程结构形式应根据使用要求、环境条件、施工条件和使用年限等进行技术经济比较，综合分析选定。

3．0．2 港口工程结构设计时，应根据结构失效可能产生的危及人的生命安全、造成经济损失以及影响社会和环境等后果的严重程度采用不同的安全等级。港口工程结构安全等级的划分应符合表3．0．2的规定。

表3．0．2 港口工程结构的安全等级

安生等级	失效后果	适用范围
一级	很严重	有特殊安全要求的结构
二级	严重	一般港口工程结构
三级	不严重	临时性港口工程结构

3．0．3 结构的设计使用年限应按下列规定采用：
    1 永久性港口建筑物：50年；
    2 临时性港口建筑物：5年～10年。

3．0．4 港口工程结构设计应遵守下列原则：
    1 合理选择结构体系，正确进行分析和设计。
    2 执行质量控制标准。
    3 做好耐久性和维护设计。
    4 采取有效的防护措施。

3．0．5 港口工程结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：
    1 在正常施工和正常使用时，能安全承受可能出现的各种作用。
    2 在正常使用时具有良好的工作性能。
    3 在正常维护下具有足够的耐久性能。
    4 有特殊要求时，在发生设定的偶然事件下，主体结构仍能保持整体稳定。

3．0．6 港口工程结构设计宜采用以概率理论为基础，以分项系数表达的极限状态设计方法，有条件时可按本标准附录A直接采用可靠指标的方法。

3．0．7 港口工程结构与其组成部分宜取相同的安全等级，必要时可对其中某些结构构件的重要性系数进行调整。

3．0．8 港口工程结构应按其破坏前有无明显变形或其他预兆分为有预兆破坏和无预兆破坏两种类型。设计中应避免采用无预兆破坏的结构；当不可避免时，无顶兆破坏的结构应具有更高的可靠度。

3．0．9 港口工程结构设计时，应分析下列因素对结构耐久性的影响：
    1 预期的使用要求；
    2 预估的环境条件；
    3 材料和制品的性能；
    4 结构体系的选择；
    5 构件形状和结构细部构造，
    6 施工质量和控制水平；
    7 特殊的保护措施；
    8 设计使用年限内要进行的维护。

3．0．10 设计阶段应对勘察、观测、设计、试验、施工、使用与维护等提出相应质量的控制要求。

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。

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。

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。

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。

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5 基本变量

5．1 作用

5．1．1 结构上的作用应分为直接作用和间接作用。

5．1．2 结构上的各种作用，当在时间上和空间上相互独立时，每一种作用可分别作为结构的单个作用；当某些作用密切相关，且可能同时以最大值出现时，可将这些作用一起作为单个作用。

5．1．3 结构上的作用可按下列原则分类：
    1 随时间的变化分类：
      1) 永久作用；
      2) 可变作用；
      3) 偶然作用。
    2 随空间的变化分类：
      1) 固定作用；
      2) 自由作用。
    3 按结构的反应特点分类：
      1) 静态作用：
      2) 动态作用。
    4 按有无界值分类：
      1) 有界作用；
      2) 无界作用。

5．1．4 结构设计时，应根据不同极限状态和使用要求，在设计表达式中采用不同的作用代表值。永久作用应采用标准值作为唯一代表值；可变作用应采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值。作用代表值可按本规范附录B确定。

5．1．5 可变作用的标准值应根据结构的不利状态，按在设计基准期内最不利作用概率分布的某个统计特征值确定；当观测数据不充分时，作用的标准值也可根据工程经验通过分析判断确定。对有明确界限值的有界作用，作用的标准值应取其界值。

5．1．6 地震作用标准值应根据地震作用的重现期确定。地震作用的重现期宜采用475年，也可根据具体工程情况采用其他重现期。

5．2 材料、岩土性能

5．2．1 材料的性能应以标准试件按相应的标准试验方法得到的结果为基础确定。当利用标准试件的试验结果确定工程结构中实际的材料性能时，应分析实际工程结构与标准试件，实际工作条件与标准试验条件差异产生的影响。

5．2．2 岩土性能、两介质间的摩擦系数等应通过室内试验、原位试验或现场测试等方法确定，并应分析钻探取样扰动以及室内，室外试验条件与实际工程条件差异产生的影响。

5．2．3 材料性能的标准值应根据符合规定质量的材料性能的概率分布的某一分位值确定。强度宜取概率为0.05的分位值，弹性模量、泊松比等物理性能的标准值宜取概率为0.5的分位值。当试验数据不充分或特殊情况时，材料性能的标准值可根据工程经验经分析判断确定。

5．2．4 岩土性能的标准值宜根据原位测试和室内试验的结果，结合工程经验，经分析判断按概率分布的某一分位值确定。砂石重度、砂石内摩擦角和两介质摩擦系数等较为稳定的性能可经过统计分析定出统一数值。

5．3 几何量

5．3．1 当几何量的变异性与各种作用、材料性能相比较小或是可忽略时，几何量可采用确定值，并在设计中规定。

5．3．2 当几何量偏差对结构的影响不可忽略时，几何量应采用设计值。

5．4 环境影响

5．4．1 当环境对材料或岩土、构件和结构性能的影响不能忽略时，应在结构安全性和耐久性等设计中根据其产生的影响采取相应措施。

5．4．2 环境影响的效应可根据材料特性进行判定。当条件具备时，环境影响可采用数值描述，并建立对特定材料的模型。当两种或两种以上的环境影响产生组合效应时，应将环境影响作为一个总体进行分析。

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6 结构分析

6．1 一般规定

6．1．1 结构分析应包括作用分析、作用效应分析、抗力分析。

6．1．2 结构分析应以结构理论和工程实践经验为基础，可采用计算、模型试验或原型试验等方法。

6．1．3 结构分析应将地基作为结构的一部分，并应按地基与上部结构共同作用进行结构分析。

6．2 计算

6．2．1 结构分析采用的基本假定和计算模型应能合理描述所选择的极限状态下的结构反应。

6．2．2 当结构按承载能力极限状态设计时，根据结构和材料对作用的反应，可采用线性理论或非线性理论计算；当结构按正常使用极限状态设计时，可采用线性理论计算；必要时，可采用非线性理论计算。

6．2．3 当结构承受自由作用时，最不利的作用布置应根据每一自由作用可能出现的空间位置确定。

6．2．4 当位移或变形使得作用的影响显著增大时，应对位移或变形的影响进行分析。

6．2．5 动态作用宜按结构的动态反应确定结构的作用效应。当将动态作用假设为准静态作用时，可将动态作用效应分析结果加入静态作用中，也可对静态作用乘以等效动力放大系数间接计算动态作用效应。

6．3 试验

6．3．1 当缺乏适合的结构计算模型或现有计算方法精确度达不到要求时，结构的作用、作用效应、破坏形态或结构抗力应通过试验确定。基于试验模型的设计应符合本规范附录C的规定。

6．3．2 模型或原型试验条件应模拟实际情况，试验和分析方法应按实际结构的性能要求选择。

6．3．3 对试验结果应采用统计方法进行评估，并应分析试验结果的数量对相关参数统计不定性的影响，以及根据工程经验，分析模型与实际工程结构差异产生的影响。

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7 极限状态设计表达式

7．1 一般规定

7．1．1 结构极限状态设计表达式应根据各种极限状态的设计要求，采用有关的作用代表值、材料和岩土性能标准值、几何量及各种分项系数等表达。

7．1．2 结构极限状态设计表达式中各基本变量应采用设计值，并应符合下列规定：
    1 作用的设计值可按下式确定：

F_d＝γ_FF_r       （7．1．2-1）

式中：F_d——作用的设计值；
      γ_F——作用的分项系数，含作用值向不利方向偏离代表值的可能性；当需对各种作用先行组合时，则表示综合分项系数；
      F_r——作用的代表值。

    2 材料、岩土性能或两介质间摩擦系数的设计值可按下式确定：

式中：ƒ_d——材料，岩土性能或两介质间摩擦系数的设计值；
     ƒ_k——材料、岩土性能或两介质间摩擦系数的标准值；
      γ_M——材料、岩土性能或两介质间摩擦系数的分项系数。含材料、岩土性能向不利方向偏离其标准值的可能性。

    3 几何量设计值可按下式确定：

a_d＝a_k      （7．1．2-3）

式中：a_d——几何量的设计值；
      a_k——几何量的标准值。

    当几何量的偏差对结构可靠性具有显著影响时，几何量设计值应按下式计算：

a_d＝a_k±△a        （7．1．2-4)

式中：a_d——几何量的设计值；
      a_k——几何量的标准值；
      △a——几何量的附加值。

    4 结构抗力的设计值可按下列情况确定：
      1) 当结构抗力设计值按材料性能确定时，结构抗力的设计值应符合下式：

R_d＝R(ƒ_d，a_d，F_d，C，γ_d)        (7．1．2-5)

      2) 当结构抗力设计值按岩土性能或静力平衡确定时，结构抗力的设计值应符合下式：

R_d＝R(ƒ_k，a_k，F_r，C，γ_d)/γ_R        (7．1．2-6)

式中：R_d——结构抗力设计值；
      R（·)——与材料、岩土性能或两介质间摩擦系数、几何量、作用代表值、结构规定限值和结构调整系数等有关的抗力函数；有些情况可以用R_k代替R(ƒ_k，a_k，F_r，C，γ_d)，R_k为抗力标准值；
      γ_R——抗力分项系数。

      3) 正常使用极限状态结构抗力设计值可采用结构规定限值。

7．2 设计表达式

7．2．1 承载能力极限状态设计表达式应符合下式：

γ₀S_d≤R_d        (7．2．₀1)

式中：γ₀——不同结构安全等级的重要性系数，可按本标准表7．2．1取值；
      S_d——作用组合的效应设计值；
      R_d——抗力设计值。

表7．2．1 不同结构安全等级的重要性系数

结构安全等级	一级	二级	三级
重要性系数	1.1	1.0	0.9

注：1 安全等级为一级的港口工程结构，当对安全有特殊要求时，γ₀可适当提高；

2 自然条件复杂、维护有困难时，γ₀可适当提高。

7．2．2 承载能力极限状态应按本标准第4．0．4条的要求采用作用的持久组合、短暂组合、地震组合和偶然组合进行设计，并应符合下列规定：
    1 采用持久组合设计应符合下列规定：
      1) 作用与作用效应为线性关系或假设为线性关系时，持久组合的效应设计值可按下式确定：


      2) 当作用与作用效应为非线性关系时，持久组合的效应设计值可按下式确定：

式中：S_d——作用组合的效应设计值；
      γ_Gi——第i个永久作用的分项系数，可按本标准表7．2．2取值；
      S_Gik——第i个永久作用标准值的效应；
      γ_P——预应力的分项系数；
      S_P——预应力作用有关代表值的效应；
      γ_Q1、γ_Qj——分别为主导可变作用和第j个可变作用的分项系数，可按本标准表7．2．2取值；
      S_G1k、S_Gjk——分别为主导可变作用和第j个可变作用标准值的效应；
       ——可变作用的组合系数，可取0.7；对经常以界值出现的有界作用可取1.0；
      γ_F——作用综合分项系数；
      G_ik——第i个永久作用的标准值；
      Q_jk——第j个可变作用的标准值；
      S（·）——作用组合的效应函数；
      “＋”——组合。

表7．2．2 永久作用和可变作用分项系数

荷载名称	分项系数	荷载名称	分项系数
永久作用（不包括土压力、静水压力）	1.2	铁路荷载	1.4
五金钢铁荷载	1.5	汽车荷载	1.4
散货荷载	1.5	缆车荷载	1.4
起重机械荷载	1.5	船舶系缆力	1.4
船舶撞击力	1.5	船舶挤靠力	1.4
水流力	1.5	运输机械荷载	1.4
冰荷载	1.5	风荷载	1.4
波浪力（构件计算）	1.5	人群荷载	1.4
一般件杂货、集装箱荷载	1.4	土压力	1.35
液体管道（含推力）荷载	1.4	剩余水压力	1.05

注：1 当永久作用效应对结构承载能力起有利作用时，永久作用分项系数γG

取值不应大于1.0；

2 同一来源的作用，当总的作用效应对结构承载能力不利时，分作用均应乘以不利作用的分项系数；

3 永久作用为主时，其分项系数不应小于1.3；

4 当两个可变作用完全相关，其中一个为主导可变作用时，与其相关的可变作用的分项系数应取主导可变作用的分项系数；

5 海港结构在极端高水位和极端低水位情况下，承载能力极限状态持久组合的可变作用分项系数应减小0.1；

6 除构件计算外的波浪力分项系数应按国家现行有关标准选取。

    2 采用短暂组合设计应符合下列规定：
      1) 当作用与作用效应为线性关系或假设为线性关系时，短暂组合的效应设计值可按下式确定：


      2) 当作用与作用效应为非线性关系时，短暂组合的效应设计值可按下式确定：

式中：S_d——作用组合的效应设计值；
      γ_Gi——第i个永久作用的分项系数，可按本标准表7．2．2取值；
      S_Gik——第i个永久作用标准值的效应；
      γ_P——预应力的分项系数；
      S_P——预应力作用有关代表值的效应；
      γ_Qj——第j个可变作用的分项系数，可按本标准表7．2．2中所列数值减小0.1采用；
      S_Qjk——第j个可变作用标准值的效应；
      γ_F——作用综合分项系数；
      G_ik——第i个永久作用的标准值；
      Q_jk——第j个可变作用的标准值；
      S（·）——作用组合的效应函数；
      “＋”——组合。

    3 地震组合可按下列原则确定：
      1) 地震作用的代表值分项系数为1.0；
      2) 具体的设计表选式及各种系数应符合国家现行有关标准的规定。
    4 偶然组合可按下列原则确定：
      1) 偶然作用的代表值分项系数为1.0；
      2) 与偶然作用同时出现的可变作用取标准值。

7．2．3 正常使用极限状态设计表达式应符合下式：

Sd≤C                              (7．2．3)

式中：S_d——作用组合的效应设计值，包括变形、裂缝宽度和沉降量等；
      C——结构规定限值，包括规定的最大容许变形、裂缝宽度和沉降量等。

7．2．4 根据不同的设计要求，持久状况的正常使用极限状态设计应符合下列规定：
    1 当作用与作用效应为线性关系或假设为线性关系时，可分别采用作用的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计。
      1) 标准组合的效应设计值可按下式计算：


      2) 频遇组合的效应设计值可按下式计算：


      3) 准永久组合的效应设计值可按下式计算：


    2 当作用与作用效应为非线性关系时，持久状况的正常使用极限状态作用组合的效应设计值可按下式确定：

式中：S_d——作用组合的效应设计值；
      S_Gik——第i个永久作用标准值的效应；
      S_P——预应力作用有关代表值的效应；
      S_Q1k、S_Qjk——分别为主导可变作用和第j个可变作用标准值的效应；
      G_ik——第i个永久作用的标准值；
      Q_jk——第j个可变作用的标准值；
      S（·）——作用组合的效应函数；
      “＋”——组合。
       ——可变作用的组合系数，频遇值系数和准永久值系数，可分别取0.7、0.7、0.6；对经常以界值出现的有界作用，组合系数和准永久值系数可取1.0。

7．2．5 短暂状况的正常使用极限状态设计应符合下列规定：
    1 当作用与作用效应为线性关系或假设为线性关系时，短暂状况的正常使用极限状态作用组合的效应设计值可按下式计算：


    2 当作用与作用效应为非线性关系时，短暂状况的正常使用极限状态作用组合的效应设计值可按下式确定：

式中：S_d——作用组合的效应设计值；
      S_Gik——第i个永久作用标准值的效应；
      S_P——预应力作用有关代表值的效应；
      S_Qjk——第j个可变作用标准值的效应；
      G_ik——第i个永久作用的标准值；
      Q_jk——第j个可变作用的标准值；
      S（·）——作用组合的效应函数；
      “＋”——组合。

7．2．6 在承载能力极限状态作用组合计算中，海港工程结构设计应符合下列规定：
    1 持久组合：计算水位应分别采用设计高水位、设计低水位、极端高水位、极端低水位和设计高水位与设计低水位之间的某一不利水位，并对各水位分别与地下水位相结合进行计算。
    2 短暂组台：计算水位应分别采用设计高水位、设计低水位和设计高水位与设计低水位之间的某一不利水位，并对各水位分别与地下水位相结合进行计算。

7．2．7 在承载能力极限状态作用组合计算中，河港工程结构设计应符合下列规定：
    1 持久组合：计算水位应分别采用设计高水位、设计低水位和设计高水位与设计低水位之间的某一不利水位，并对各水位分别与地下水位相结合进行计算。
    2 短暂组合：计算水位应分别采用设计高水位和设计低水位，施工期间可按设计高水位与设计低水位之间的某一不利水位进行计算。

7．2．8 承载能力极限状态地震组合，计算水位按国家现行有关标准的规定执行。

7．2．9 正常使用极限状态作用组合可不计算极端高水位和极端低水位的情况。

8 质量控制要求

8．0．1 对港口工程结构应实施保证结构可靠性所必需的质量控制，其质量控制应包括下列内容：
    1 勘察和设计的质量控制。
    2 结构材料和制品的质量控制。
    3 施工的质量控制。
    4 使用与维护的质量控制。

8．0．2 勘察质量应达到下列要求：
    1 各设计阶段的勘察、试验成果应满足相应阶段的设计要求。
    2 地形、地貌、水深、气象和水文等观测的内容、范围、质量应符合设计要求。
    3 地形、地貌、水深、气象和水文的观测方法、试验方法、精度及资料统计分析方法应符合有关标准的规定。
    4 岩土工程地质单元体的划分、岩土样品的数量和质量应符合有关标准的规定，岩土物理力学性能指标应通过标准试验确定。
    5 岩土勘察、试验成果的结论应明确，数据应准确，文件、图纸应清晰齐全。

8．0．3 设计质量控制应包括下列内容：
    1 采用的资料齐全、可靠，分析准确。
    2 数据、条件符合实际，基本假定合理。
    3 计算模型合理，计算结果准确。
    4 试验模型模拟技术路线正确。
    5 符合实际的或可能的资源和施工条件。
    6 图纸和其他设计文件符合有关规定。
    7 符合国家对基本建设管理和质量管理的有关规定。

8．0．4 材料、制品和施工质量的控制应包括下列内容：
    1 初步控制：经检验选用合格的原材料，通过试生产确定合理的原材料组成和工艺参数，提出生产控制所需的材料和构件性能的统计参数。
    2 生产控制：对生产和施工过程的质量控制，保证生产过程正常运行和成品质量稳定。
    3 合格控制：对材料质量、生产或施工成果进行控制，材料或成品的最终质量检验应符合设计规定的质量要求。

8．0．5 质量控制可采用总体控制或统计控制。总体控制应对每一生产单元全部进行检验，其质量验收标准应包括质量特征指标或允许偏差等；统计控制应采用抽样检验的方法进行，其质量验收标准的制定应以概率统计理论为基础，并应明确规定验收批量、抽样方法和数量，验收函数和验收界限等。

8．0．6 施工的质量控制宜将结构的整个施工过程按施工工序和操作人员的职责范围划分子工序。子工序内应实行质量自检，子工序间应规定交接的质量准则。

8．0．7 当材料、制品或施工的质量被判为不合格时，应根据有关的质量验收规定进行处理。

8．0．8 结构应在设计预定的使用条件下使用，当实际使用条件与设计预定的使用条件不同时，应进行专门验算，必要时应采取措施。

8．0．9 港口工程结构应定期检查工程状况，及时维护。

8．0．10 对既有结构变更使用用途、达到设计使用年限等情况，应对结构可靠性进行评估。既有结构的可靠性评估应符合本标准附录D的规定。

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附录A 可靠指标设计方法

A．1 一般规定

A．1．1 结构采用可靠指标方法设计应符合下列条件：
    1 具有结构极限状态的方程。
    2 基本变量具有可靠的统计数据并服从某一概率分布，
    3 具有一定的工程设计经验。

A．1．2 两个及以上可变作用参与组合时可选用特克斯特拉(Turkstra)组合规则。

A．1．3 在设计使用年限内，港口工程结构持久状况承载能力极限状态情况下，不同安全等级结构的最小目标可靠指标可按表A．1．3采用。

表A．1．3 不同安全等级结构的最小目标可靠指标β_T

结构	安全等级
	一级	二级	三级
港口工程结构	4.0	3.5	3.0

注：表中结构不包括土坡及地基稳定和防波堤结构。

A．1．4 结构可靠指标与结构失效概率的对应关系可按表A．1．4采用。

表A．1．4 结构可靠指标β与结构失效概率p_f的对应关系

β	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0
pf	2.28×10－2	6.21×10－3	1.35×10－3	2.33×10－4	3.17×10－5	3.40×10－6	2.87×10－7

A．2 可靠指标设计

A．2．1 对某一设计状况，所设计结构或结构构件的可靠指标应满足下式要求：

β_i≥β_T         (A．2．1)

式中：β_i——结构第i种情况的可靠指标；
      β_T——最小目标可靠指标。

A．2．2 可靠指标可采用下列方法计算。
    1 结构或结构构件的极限状态方程可按下式表达：

g(X₁，X₂，…，X_n)＝0         (A．2．2-1)

式中：X₁，X₂，…，X_n——基本变量，包括作用、材料和岩土性能、几何量及计算模型的不确定性系数；
      g(X₁，X₂，…，X_n)——基本变量的函数，当g(X₁，X₂，…，X_n)＞0时结构处于可靠状态；当g(X₁，X₂，…，X_n)＝0时结构处于极限状态；当g(X₁，X₂，…，X_n)＜0时结构处于失效状态。

    2 当采用一次二阶矩方法时，可靠指标可按下列公式迭代计算：


式中： ——基本变量的验算点坐标值；
       ——功能函数在验算点P处对第i个变量的一阶偏导数值。
       ——第i个变量的灵敏度系数：
       ——第i个当量正态化变量的平均值和标准差；
     ƒ_Xi(·)、F_Xi(·)——第i个变量的概率密度函数和概率分布函数；

       ——标准正态随机变量的概率密度函数和概率分布函数的反函数；
       ——第i个和第j个当量正态化变量间的相关系数，可取为第i个和第j个变量间的相关系数ρ_XiXj。

    3 采用其他方法确定结构或结构构件的失效概率时，可靠指标可按下式计算：

式中：β——可靠指标；
      p_f——失效概率；
       ——正态分布函数的反函数。

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附录B 作用代表值的确定方法

B．1 永久作用的标准值

B．1．1 永久作用的概率分布可采用正态分布，其平均值和变异系数应根据观测资料，用数理统计方法确定。

B．1．2 永久作用的标准值可按下列原则确定：
    1 结构自重的标准值应根据结构设计图纸规定的尺寸和材料的重度标准值进行计算。对自重变异性很小的结构，可取其平均值。对自重变异性较大的结构，结构自重的标准值应经统计分析，并应按下列规定采用概率分布的某一分位值确定：
      1) 当自重增加对结构不利时，应采用高分位值；
      2) 当自重增加对结构有利时，应采用低分位值；
      3) 当结构受其自重变异性的影响非常敏感时，即使变异性很小也应采用高分位和低分位两个标准值。
    2 预应力作用可采用高分位和低分位两个标准值，两个值均应分析时间因素的影响。承载能力极限状态可采用平均值。
    3 因施工方式、材料收缩或膨胀引起的外加变形量可采用指定值，因收缩或膨胀引起的变形宜分析时间因素的影响。

B．2 可变作用的标准值

B．2．1 永久性港口工程结构的设计基准期宜取为50年。

B．2．2 结构上的可变作用宜采用随机过程概率模型描述。具体分析时，可将可变作用的随机过程模型转化为结构设计基准期内的最大值或最小值随机变量概率模型描述。
    当可变作用采用平稳随机过程模型时，可将结构设计基准期分为若干个相等的时段，应用可变作用的最大值或最小值分布原理，按下列公式确定设计基准期内可变作用最大值或最小值的概率分布函数：

F_QT(χ)＝[F_Q(χ)]^r          (B．2．2-1)
F_Qt(χ)＝1－[1－F_Q(χ)]^r         (B．2．2-2)

式中：F_QT(χ)——可变作用设计基准期内最大值的概率分布函数；
      F_Q(χ)——可变作用任意时段最大值的概率分布函数；
      r——设计基准期内可变作用的时段数；
      F_Qt(χ)——可变作用设计基准期内最小值的概率分布函数。

    当可变作用采用其他类型的随机过程模型时，可变作用在设计基准期内最大值或最小值的概率分布函数应采用相应的公式确定。

B．2．3 可变作用的统计参数和任意时点概率分布应以实际观测或试验数据为基础，采用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。

B．2．4 可变作用的标准值可按设计基准期内其最大值概率分布或最小值概率分布可接受的概率确定，并应符合下列规定：
    1 如果可变作用增大对结构产生不利效应，标准值可根据最大值概率分布按下式确定：

式巾：Q_k——可变作用标准值；
       ——可变作用设计基准期内最大值概率分布函数的反函数；
      p——可接受的概率，应取较大值。

    2 如果可变作用减小对结构产生不利效应，标准值可根据最小值概率分布按下式确定：

式中：Q_k——可变作用标准值；
       ——可变作用设计基准期内最小值概率分布函数的反函数；
      p——可接受的概率，应取较小值。

    3 对自然因素产生的可变作用的标准值可根据重现期按下式确定：

式中：Q_k——可变作用标准值；
       ——可变作用任意时点值概率分布函数的反函数；
      T_R——重现期。

B．2．5 当不能确定可变作用的概率分布时，标准值可根据经验确定。

B．3 可变作用的组合值

B．3．1 可变作用组合值的确定应满足下列条件：
    1 参与组合的作用互相独立。
    2 每个作用的时段相等。
    3 在代表性的时段内作用值的概率分布相同。
    4 每个作用各时段间的量值不相关。
    5 参与组合的作用是平稳各态历经过程。

B．3．2 可变作用的组合值可按下式确定：

式中： ——可变作用的组合系数；
      Q_k——可变作用的标准值；
       ——可变作用设计基准期内最大值概率分布函数的反函数；
       ——标准正态随机变量的概率分布函数；
      β_T——目标可靠指标；
      r——设计基准期内可变作用的时段数。

B．3．3 当不能给出可变作用的随机过程模型或任意时点分布及统计特征时，组合值或组合系数可根据经验确定。

B．4 可变作用的频遇值

B．4．1 可变作用的频遇值可根据可变作用的随机过程模型按下列方法之一确定：
    1 可变作用的频遇值宜根据超越作用值的总持续时间与设计基准期的比值按图B．4．1-1确定，其比值按下式计算：

μ_x＝∑t_i/T        (B．4．1-1)

式中：μ_x——超越作用值的总持续时间与设计基准期的比值，一般小于0.1；
      ∑t_i——超越作用值的总持续时间；
      T——设计基准期。

    对于平稳各态历经过程，当比值为规定的值时，可变作用频遇值可按下式确定：

式中：Q_x——可变作用频遇值；
       ——作用任意时点值概率分布函数的反函数；
      μ_x——超越作用值的总持续时间与设计基准期的比值；
      q——作用的非零概率。


图B．4．1-1 确定可变作用频遇值的图示
    2 可变作用的频遇值也可根据跨阈率按图B．4．1-2确定，跨阈率按下式计算：

υ_x＝n_x/T       (B．4．1-3)

式中：υ_x——跨阈率；
      n_x——设计基准期内超越作用值的总频数；
      T——设计基准期。

    当可变作用任意时点值的平均值及跨阈率已知，并且是高斯平稳各态历经随机过程时，对应于规定跨阈率的频遇值可按下式计算：

式中：Q_x——可变作用频遇值；
      μ_Q——可变作用任意时点值的平均值；
      σ_Q——可变作用任意时点值的标准差；
      υ_m——可变作用跨越任意时点值平均值的跨阈率；
      υ_x——可变作用跨越规定值的跨阈率。

图B．4．1-2 按跨阈率确定可变作用频遇值的图示

B．4．2 可变作用频遇值系数可按下式确定：

式中： ——可变作用频遇值系数；
      Q_x——可变作用频遇值；
      Q_k——可变作用标准值。

B．4．3 当不能确定可变作用的随机过程模型或任意时点值概率分布及统计特征时，频遇值或频遇值系数可根据经验确定。

B．5 可变作用的准永久值

B．5．1 可变作用的准永久值可根据可变作用的随机过程模型按下列方法之一确定：
    1 对在结构上经常出现的可变作用，可将其出现部分的平均值作为准永久值。
    2 对不易判别是否在结构上经常出现的可变作用，准永久值可按作用值超越的总持续时间与设计基准期的比值确定，该比值可取0.5。当可变作用是平稳各态历经随机过程时，准永久值可直接按式(B．4．1-2)确定。

B．5．2 当不能确定可变作用的随机过程模型或任意时点分布及统计特征时，准永久值或准永久值系数可根据经验确定。

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附录C 基于试验模型的设计

C．1 试验范围和类型

C．1．1 作用、作用效应及结构抗力和材料性能设计值可通过模型试验确定。基于模型试验的设计方法可用于下列情况：
    1 不能按现行规范进行设计。
    2 缺乏计算参数或计算参数不能正确反映工程实际情况。
    3 对计算模型有怀疑，可能导致不利设计结果。
    4 使用新型结构或构件、新材料或建立新设计公式。

C．1．2 以试验为基础进行设计时，试验可进行下列分类：
    1 确定作用或作用效应的试验。
    2 在给定的荷载条件下，直接确定结构或结构构件极限承载力或使用性能的试验。
    3 用规定的实验方法获得材料、岩土性能的试验。
    4 结构或模型整体试验。

C．2 试验方案与过程

C．2．1 试验前应制定一个符合相关技术标准的试验方案。根据试验的类型，试验方案应包括下列内窖：

    1 试验依据和遵守的技术标准。

    2 项目概况、试验目的、内容和要求。

    3 试验的基本资料、试验方法和实施方案。

    4 试验试件、物理模型的选取和制作。

    5 试验设备和测量仪器。

    6 试验进度计划、预期目标，试验结果和评估的必要说明。

C．2．2 试验应分析与真实条件的符合性。原型试验的试件尺寸、材料、加载方式、受力状态、边界条件应与结构的实际状况相符；对物理模型试验，模型的相似性和边界条件等应能反映结构设计的极限状况。

C．2．3 选择的试验环境和加载顺序应能代表在正常和异常的条件下，对结构所期望的工作状况。试验设备应适合试验的类型及所期望的测量范围。加载设备和支承刚架应具有足够强度和刚度，必要时应计算加载设备与结构反应间的相互作用。试验需规定的加载和环境条件应包括：加载点、加载历史、约束条件、温度、相对湿度和加载方式等。

C．2．4 试验过程中应按试验的内容和规定的环境条件进行相应记录，当试验过程中有不同于预测或不正常的情况出现时，应进行详细的注释。

C．3 试验报告与结果处理

C．3．1 试验完成后应按试验所依据的标准编写试验报告。报告应按试验方案的内容编写，当试验过程中试验方案有调整时，应说明原因。试验报告应给出明确的试验过程、结果和结论，当试验结果与预分析的结果相差过大时，应分析原因，必要时增做补充试验。

C．3．2 当将试验结果用于实际设计时，应分析试件与实际构件质量控制水平、构件尺寸效应等可能存在的各种差别，试验结果应仅用于与试验相同的受力情况和环境条件。

C．3．3 对承载能力极限状态，作用设计值应根据试验确定的作用标准值乘以作用分项系数确定；材料性能或抗力的设计值可根据试验确定的标准值除以材料性能分项系数或抗力分项系数确定，必要时要乘以转换系数，也可根据试验结果直接确定。

C．3．4 转换系数应通过试验并结合理论分析确定，理论分析应包括尺寸效应、时间效应、边界条件、影响材料性能的环境条件、工艺条件等影响因素。

C．3．5 根据试验确定标准值时，应分析试验结果的统计不确定性。对于材料性能或结构抗力，当变量服从正态分布或对数正态分布时，标准值可按下列方法确定：
    1 当变量服从正态分布时，试验数据的平均值、标准差及变量的标准值按下列公式计算：


X_k(n)＝m_X－k_(n)sΧ        （C．3．5-3）式中：m_X——试验数据的平均值；
      n——试验数据的数量（样本容量）；
      χ_i——第i个试验结果；
      s_Χ——试验数据的标准差；
      X_k(n)——变量的标准值；
      k_(n)——与样本容量有关的系数，可按表C．3．5取值。

表C．3．5 分位值为5％，置信度为75％时的k_(n)值

n	3	4	5	6	8	10	20	30	∞
k[sub] (n) [/sub]	3.37	2.63	2.34	2.18	2.00	1.92	1.76	1.73	1.64

    2 当变量服从对数正态分布时，试验数据对数的平均值、标准差及变量的标准值按下式计算：


X_k(n)＝exp(m_lnX－k_(n)slnX）       （C．3．5-6）式中：m_lnX——试验数据对数的平均值；
      χ_i——第i个试验结果；
      n——试验数据的数量（样本容量）；
      s_lnX——试验数据对数的标准差；
      X[sub]k(n)[/sub]——变量的标准值；
      k_(n)——与样本容量有关的系数，可按表C．3．5取值。

附录D 既有结构的可靠性评估

D．0．1 既有结构可靠性评估应明确进行评估的原因、目的和范围。

D．0．2 既有结构可靠性评估的内容应包括安全性、适用性和耐久性。

D．0．3 既有结构可靠性评估应以现场检测和计算为基础。

D．0．4 既有结构可靠性评估宜按初步评估和详细评估两步进行，是否进行详细评估应根据初步评估的结果确定。当初步评估结果显示结构处于危险状态或有向危险状态快速发展的趋势时，应报告委托人立即采取措施。

D．0．5 既有结构可靠性评估宜按结构的特点分为不同的层次，并应根据不同的层次确定检测内容和方法。

D．0．6 作用的代表值应根据既有结构使用期间曾出现过的最大作用，结构的新用途、结构继续使用期等综合确定。

D．0．7 既有结构的材料性能应以实测为基础确定，并按本标准附录C的方法分析统计不确定性的影响，且应包括环境影响及地震作用、偶然作用下结构受到损伤及结构存在质量缺陷时材料性能或抗力的变化。对于环境影响，有条件时宜预测其变化趋势。

D．0．8 既有结构的结构分析应根据实测的构件尺寸、材料性能、边界条件按本标准第6章的有关规定进行。

D．0．9 除分析和试验外，结构可靠性评估还应分析结构构造的影响。

D．0．10 结构性能退化和环境条件比较复杂、详细的结构分析或检测不能单独作出清晰的说明或不能单独证明结构具有规定的可靠性时，评估可采用结构现场试验的方法。

D．0．11 评估报告应有明确的评估结论和对结构采取措施的建议。

本标准用词说明

    1 为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
      1) 表示很严格，非这样做不可的：
         正面词采用“必须”，反而词采用“严禁”；
      2) 表示严格，在正常情况下均应这样做的：
         正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
      3) 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
         正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
      4) 表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

    2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。

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