《力學(xué)和結(jié)構(gòu)概念》PPT課件.pptVIP

第三章 土木工程中的力學(xué)和結(jié)構(gòu)概念,一、荷載的分類,結(jié)構(gòu)上的荷載，按其隨時間的變異性不同，可分為下列,三類：,1.恒荷載（永久荷載）,2.活荷載（可變荷載）,3.偶然荷載,（一）風(fēng)荷載,1.風(fēng)的形成與危害,（1）風(fēng)是由于大氣層的溫度差、氣壓差等大氣現(xiàn)象導(dǎo)致,的空氣流動現(xiàn)象，建筑物會對風(fēng)形成阻擋，因此風(fēng)會對于建,筑物形成反作用。,（2）風(fēng)是極其復(fù)雜的氣流現(xiàn)象，是隨機(jī)性的動荷載，巨,大的風(fēng)力作用會致使建筑物水平側(cè)移、振動甚至垮塌。,（3）在風(fēng)的作用下，建筑物可能發(fā)生以下破壞：,1）主體結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致內(nèi)墻裂縫；,2）長時間的風(fēng)振效應(yīng)使結(jié)構(gòu)受到往復(fù)應(yīng)力作用而發(fā)生,局部疲勞破壞；,3）外裝飾，受風(fēng)力作用而脫落；,4）輕屋面，受風(fēng)的作用會向上浮起甚至破壞。,2.風(fēng)荷載的基本理論,氣體的流動速度與壓力成反比，迎風(fēng)面受到壓力作用，,其他面由于風(fēng)的流動而受到吸力，圖 6-3 所示，風(fēng)荷載對建,筑物的作用：,（1）迎風(fēng)面風(fēng)力為壓力，側(cè)風(fēng)面隨著與風(fēng)載夾角的變化，,風(fēng)力逐漸有壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槲Γ?（2）矩形、圓形、三角形等不同平面形狀的建筑物，各,個側(cè)面所受的風(fēng)力作用差異很大；,（3）建筑物表面粗糙會加大風(fēng)力的作用。,(a) 氣流對單層房屋的作用,(b) 氣流對高層房屋的作用,圖 6-3 風(fēng)荷載對建筑物的作用,（二）地震作用,地震強(qiáng)度通常用震級和烈度來反應(yīng)。,震級是表示一次地震本身強(qiáng)弱程度和大小的尺度，以一次,地震釋放能量的多少來確定，一次地震只有一個震級。,地震烈度是地震時某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到,一次地震影響的強(qiáng)弱程度，一次同樣大小的地震，若震源深,度、距震中的距離和土質(zhì)條件等因素的不同，則對地面和建,筑物的破壞也不相同，一般說來，距震中愈近，地震影響愈,大，地震烈度愈高；離震中愈遠(yuǎn)，地震烈度就愈低。,圖 6-4 震源、震中、震中距、地震波關(guān)系示意圖,1976 年 7 月 28 日，在河北唐山發(fā)生了 7.8 級強(qiáng)烈地震，,震中區(qū)烈度 11 度，唐山市區(qū)地震烈度為 10 度，天津市區(qū)為 8,9 度；2008 年 5 月 12 日，在四川汶川發(fā)生了 8.0 級的強(qiáng)烈地,震，震中區(qū)烈度為 11 度，毗鄰的青川縣為 10 度，陜西寧強(qiáng),縣為 9 度。唐山大地震死亡人數(shù)達(dá) 24 萬，造成直接經(jīng)濟(jì)損失,達(dá) 100 億，全市幾乎全部毀滅；汶川大地震死亡人數(shù)近 7 萬，,造成直接經(jīng)濟(jì)損失 8451 億。,地震引起的地面運(yùn)動會使建筑物在水平方向、豎直方向,產(chǎn)生加速度，這種加速度的反應(yīng)值與房屋本身質(zhì)量的乘積，,就形成地震對房屋的作用力，即地震作用。地震對房屋的破,壞作用主要由水平方向的最大加速度反應(yīng)引起，故地震作用,多以水平方向作用在建筑物上為主。,（三）由溫差和地基不均勻沉降引起的內(nèi)力,房屋因晝夜溫差和季節(jié)性溫差，每時每刻都在改變著形,狀和尺寸，當(dāng)這種改變受到約束時，就會使房屋結(jié)構(gòu)受到內(nèi),力效應(yīng)，這也是一種“內(nèi)在的”作用。,如圖-5，圖-6，圖-7 所示。,圖-5 鋼梁因溫差引起的內(nèi)力效應(yīng),圖-6 鋼框架因溫,差引起的內(nèi)力效應(yīng),圖-7 鋼框架因地基不均勻沉降引起的內(nèi)力效應(yīng),地基不均勻沉降引起建筑物的裂縫是多種多樣的，有些,裂縫尚隨時間長期變化，裂縫寬度有幾厘米至數(shù)十厘米。一,般情況下，地基受到上部結(jié)構(gòu)的作用，引起地基的沉降變形,呈凹形，這種沉降使建筑物形成中部沉降大，端部沉降小的,彎曲，結(jié)構(gòu)中下部出現(xiàn)正八字形裂縫；地基的局部不均勻沉,降也會引起這樣的裂縫。當(dāng)?shù)鼗胁坑谢靥钌?、石，或中?的地基堅(jiān)硬而端部軟弱時，或由于上部結(jié)構(gòu)荷載相差懸殊時，,建筑物端部沉降大于中部時，會形成斜裂縫。,按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)，荷載可分為靜力荷載和動力荷載：,1.靜力荷載,靜力荷載是指逐漸增加的，不致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的沖擊,或振動，因而可忽略慣性力影響的荷載。靜力荷載的大方向,和作用點(diǎn)都不隨時間而變化，如結(jié)構(gòu)自重、一般的樓、屋面,活荷載等。,2.動力荷載,動力荷載是一種隨時間迅速變化的荷載，它將使結(jié)構(gòu)受,到顯著的沖擊和振動，因而不能忽視加速度的影響，如地震,作用、大型設(shè)備的振動、沖擊波的壓力均為動力荷載。,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算時，要把建筑物上的荷載進(jìn)行簡,化，簡化后的荷載一般分為：,1.集中荷載,如圖 6-1 所示。,(a),(b),圖 6-1 集中荷載示意圖,2.分布荷載,圖 6-2a,b 為均勻分布的荷載，圖 6-2c 為非均勻分布的荷,載。,(a) 均布線荷載,(b) 均布面荷載,(c) 非均布荷載,圖 6-2 分布荷載示意圖,一、內(nèi)力,物體因受外力而變形，其內(nèi)部各部分之間相對位置發(fā)生,改變而引起的相互作用就是內(nèi)力。當(dāng)物體不受外力作用時，,內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間存在著相互作用力，此也為內(nèi)力，但在工程,力學(xué)中所指的內(nèi)力是指與外力和變形有關(guān)的內(nèi)力，即隨著外,力的作用而產(chǎn)生，隨著外力的增加而增大，當(dāng)外力撤去后，,其內(nèi)力也將隨之消失。,第二節(jié) 反力和內(nèi)力,所以，結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）中的內(nèi)力是與其變形同時產(chǎn)生的，,內(nèi)力作用的趨勢則是力圖使受力構(gòu)件恢復(fù)原狀，內(nèi)力對變形,起抵抗和阻止作用。在計(jì)算構(gòu)件任一截面上的內(nèi)力時，因內(nèi),力為作用力和反作用力，圖 6-15 所示，對整體而言不出現(xiàn)，,為此必須采用截面法，將內(nèi)力暴露才能計(jì)算。,典型的受彎構(gòu)件梁為例，分析其截面上的內(nèi)力。,1.軸向拉伸（或壓縮）桿件的內(nèi)力,軸向拉（壓）桿件是指在一對方向相反、作用線與桿件,重合的外力作用下，將發(fā)生長度的改變（伸長或縮短）的桿,件。設(shè)一等直桿在兩端軸向拉力 F 的作用下處于平衡，求桿,件截面 m-m 上的內(nèi)力，圖 6-17a 所示。,為此假想一平面沿橫截面 m-m 將桿件截分為、兩部,分，任取一部分（如部分），棄去另一部分（如部分）,并將棄去部分對留下部分的作用以截開面上的內(nèi)力來代替。,對于留下部分來說，截開面 m-m 上的內(nèi)力 F N 就成為外力。,由于整個桿件處于平衡狀態(tài)，桿件的任一部分均應(yīng)保持平衡，,故其留下部分也應(yīng)保持平衡。于是，桿件截面 m-m 上的內(nèi),力必定是與其左端外力 F 共線的軸向力 F N ，圖 6-17b 所示,由平衡方程,得, Fx,= 0,， FN F = 0 FN = F,式中 F N 為桿件任一橫截面 m-m 上的內(nèi)力，其作用線也與,桿的軸線重合，即垂直于橫截面并通過形心，這種內(nèi)力稱為,軸力，用 F N 表示。,若取部分為留下部分，則由作用與反作用原理可知，,部分在截開面上的軸力與前述部分上的軸力數(shù)值相等而,指向相反，圖 6-17c 所示。,由以上分析可知，軸向拉伸（或壓縮）桿件的內(nèi)力僅有,一個，即軸力 F N 。,2.梁截面上的內(nèi)力,等截面直桿在其包含桿軸線的縱向平面內(nèi)，承受垂直于,桿軸線的橫向外力作用，桿的軸線在變形后成為曲線，這種,變形稱為彎曲，凡是以彎曲為主要變形的桿件，通稱為梁。,如圖 6-19a 為所示受集中力 F 作用的簡支梁，求其任一截面,m-m 上的內(nèi)力。,圖 6-19 集中荷載作用的簡支梁,二、反力,當(dāng)物體沿著約束所能阻止的運(yùn)動方向上有運(yùn)動或有運(yùn)動,趨勢時，對它形成約束的物體必有能阻止其運(yùn)動的力作用于,它，這種力稱為該物體所受到的約束反力，即反力，約束反,力的方向恒與約束所能阻止的運(yùn)動方向相反，工程中常見的,有柔體約束、光滑接觸面約束、光滑圓柱形鉸鏈約束、鉸鏈,支座約束等。,1.柔體約束,柔體約束只能限制物體沿柔體伸長的方向運(yùn)動，而不能,限制其他方向的運(yùn)動，如圖 6-9 所示。,F T,C,F A F B,F T2,FT2,A,B,A,B,O1,O2,O1,O2,G,G,F T1,FT1,(a),(b),(c),(d),圖 6-9 柔體約束,2.光滑接觸面約束,當(dāng)兩物體接觸面之間的摩擦很小，可以忽略不計(jì)時，則,構(gòu)成光滑接觸面約束。如圖 6-10 所示。,公,法 線,切面,公法線,A,C,公法線,公法線,B,F N,F NA,A F NB,B,C F NC,3.光滑圓柱形鉸鏈約束,在兩個物體上分別穿直徑相同的圓孔，再將一直徑略小于,孔徑的圓柱體（稱為銷釘）插入該兩物體的孔中就形成圓柱,形鉸鏈。光滑圓柱形鉸鏈約束的約束反力一般可將其分解為,互相垂直的兩個分力 Fx 、 Fy ，圖 6-11 所示。,1,2,F y,銷釘,F x,(a),(b),(c),(d),4.鉸鏈支座約束,任何建筑結(jié)構(gòu)（構(gòu)件），都必須安置在一定的支承物上，,才能承受荷載的作用，達(dá)到穩(wěn)固使用的目的。在工程上常常,通過支座將構(gòu)件支承在基礎(chǔ)或另一靜止的構(gòu)件上，這樣支座,對構(gòu)件就構(gòu)成約束，工程中常見的支座約束有固定鉸支座、,可動鉸支座、固定支座三種。,（1）固定鉸支座,建筑結(jié)構(gòu)中通常把不能產(chǎn)生移動，只可能產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動的,支座視為固定鉸支座。其約束反力可以用相互垂直的兩個分,力表示，圖 6-12 所示。,桿,(a),銷釘 支座,A,(b),F x,F y,(c),（2）可動鉸支座,若在固定鉸支座的下面與支承物之間放入可沿支承面滾,動的滾軸就構(gòu)成了可動鉸支座，其約束反力見圖 6-13 所示。,(b) F N,(c),(e),(a),(d),（3）固定支座,固定支座不允許結(jié)構(gòu)發(fā)生任何方向的移動和轉(zhuǎn)動，在實(shí)際,結(jié)構(gòu)中，凡嵌入墻身的桿件，若嵌入部分有足夠的長度，以,致使桿端不能有任何移動和轉(zhuǎn)動時，該端就可視為固定支座，,固定支座的約束反力可以用水平和豎向的反力Fx 和Fy 及反力,偶M來表示，如圖 6-14 所示。,M F x F y,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)的定義和對結(jié)構(gòu)的要求,一、結(jié)構(gòu)的定義,為了使建筑物、構(gòu)筑物在各種自然的與人為的作用下，,保持其自身正常的工作狀態(tài)，必須有相應(yīng)的受力、傳力體系，,這個體系就是結(jié)構(gòu)，圖 6-20 所示。,建筑結(jié)構(gòu)是構(gòu)成建筑物并為使用功能提供空間環(huán)境的支,承體，承擔(dān)著各種荷載；同時又是影響建筑構(gòu)造、建筑經(jīng)濟(jì),和建筑整體造型的基本因素。具體講，在土木工程中，承受,荷載的建筑物和構(gòu)筑物或其中的某些承重構(gòu)件，都可稱為結(jié),構(gòu)。如常見建筑物的梁、柱、板；橋梁的橋墩、橋跨；水壩、,堤岸等就是結(jié)構(gòu)，而人們在日?；顒又锌床坏降幕A(chǔ)、地基,也屬于結(jié)構(gòu)。有了結(jié)構(gòu)，建筑物與構(gòu)筑物就可以抵抗自然界,與人為的各種作用，因此結(jié)構(gòu)必須是安全的。,(a) 工業(yè)廠房,(b) 橋梁,圖 6-20,結(jié)構(gòu)示意圖,結(jié)構(gòu)在其使用期限內(nèi)，要承受各種永久荷載和可變荷載，,有些結(jié)構(gòu)可能還要承受偶然荷載。除此之外，結(jié)構(gòu)在其使用,期限內(nèi)，還將受到溫度、收縮、徐變、地基不均勻沉降等影,響。在地震區(qū)，結(jié)構(gòu)還可能承受地震作用。結(jié)構(gòu)在上述各種,因素的作用下，應(yīng)具有足夠的承載能力，不發(fā)生整體或局部,的破壞或失穩(wěn)。結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有足夠的剛度，不產(chǎn)生過大的撓,度或側(cè)移。,二、結(jié)構(gòu)的組成,1.形成跨度的構(gòu)件與結(jié)構(gòu),建筑物內(nèi)部要形成必要的使用空間，跨度是必不可少的尺,度要求。常見的跨度構(gòu)件是梁。板是梁水平側(cè)向尺度的變異,性構(gòu)件，其原理、作用與梁基本相同，圖 6-21 中的梁、板即,為形成跨度的構(gòu)件。,圖 6-21 結(jié)構(gòu)的組成,2.垂直傳力的構(gòu)件與結(jié)構(gòu),跨度構(gòu)件的兩端形成對于其他構(gòu)件向下的壓力作用，需,要有其他構(gòu)件承擔(dān)并傳遞至地面，這就是垂直傳力構(gòu)件或結(jié),構(gòu)。常見的垂直傳力構(gòu)件或結(jié)構(gòu)是柱，如圖 6-21 中的柱子即,為垂直傳力構(gòu)件。墻是柱水平側(cè)向尺度的變異性構(gòu)件，其原,理、作用與柱基本相同，但是具有較大側(cè)向剛度。對于一些,特殊結(jié)構(gòu)，不能夠簡單的將其分解成為跨度構(gòu)件與垂直構(gòu)件，,可能是由整體結(jié)構(gòu)形成的，如拱。,3.抵抗側(cè)向力的構(gòu)件與結(jié)構(gòu),建筑物內(nèi)部要有相應(yīng)的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，來抵抗側(cè)向力或者,作用。常見的抵抗側(cè)向力的構(gòu)件是墻。樓板的側(cè)向剛度也較,大，但只能夠?qū)⒔ㄖ镌诎逅诘钠矫鎯?nèi)形成剛性聯(lián)接體。,除了墻以外，柱與柱之間可以利用支撐來形成抵抗側(cè)向變形,的結(jié)構(gòu)。,4.承擔(dān)和傳遞上部荷載的構(gòu)件與結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)是建筑物的組成部分，承受著建筑物的上部荷載，,并將這些荷載傳給地基，圖 6-21 中的基礎(chǔ)?；A(chǔ)要承擔(dān)垂直,力、水平側(cè)向力、彎矩等復(fù)雜的作用?；A(chǔ)必須向地面以下,埋置一定的深度，以確保建筑物的整體穩(wěn)定性。,地基是基礎(chǔ)以下的持力土層或巖層。地基必須有足夠的,強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性。,三、結(jié)構(gòu)的基本要求,房屋結(jié)構(gòu)要根據(jù)房屋的用途、建筑材料、施工技術(shù)條件、,地質(zhì)、地形、自然氣候條件、造型要求及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等選,定合理的結(jié)構(gòu)方案。既要滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、,耐久性和經(jīng)濟(jì)性的要求，又要考慮建筑藝術(shù)的要求，盡量使,結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美，與建筑融為一體。對結(jié)構(gòu)的基本要求包括平,衡、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性等方面。,1.平衡,平衡的基本要求就是保證建筑物及其任一組成構(gòu)件不致,發(fā)生運(yùn)動。這里指的運(yùn)動不包括支座產(chǎn)生的微小位移，也就,是說，有些運(yùn)動是不可避免的和必要的，但又是可以被建筑,物所允許的，這種允許的微小運(yùn)動仍使建筑結(jié)構(gòu)處于平衡的,狀態(tài)。,2.強(qiáng)度,強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下，抵抗破壞的能力。,強(qiáng)度的基本要求就是保證結(jié)構(gòu)及其任一組成構(gòu)件在荷載作用,下保持完好狀態(tài)，也就是說結(jié)構(gòu)體系能夠把房屋在施工和使,用期間所承受的各種荷載，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳遞到地基,上，并保證建筑物在正常工作情況下的安全性。結(jié)構(gòu)構(gòu)件因,強(qiáng)度不足造成破壞的實(shí)例如圖 6-22 所示。,(a) 柱子強(qiáng)度不足造成的破壞,(b) 梁強(qiáng)度不足造成的破壞,圖 6-22 結(jié)構(gòu)因強(qiáng)度不足產(chǎn)生的破壞,3.剛度,剛度是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力。剛度,的要求就是使結(jié)構(gòu)及其任一組成構(gòu)件在荷載作用下不致產(chǎn)生,過大的變形而影響使用，其變形值應(yīng)控制在規(guī)范所允許的范,圍內(nèi)，圖 6-23 為結(jié)構(gòu)變形的示意圖。剛度是衡量結(jié)構(gòu)承受溫,度變化、地基不均勻沉陷和動力荷載時柔韌性的一個標(biāo)志。,圖 6-23 結(jié)構(gòu)變形的示意圖,房屋建筑對結(jié)構(gòu)允許變形的規(guī)定是根據(jù)使用要求，按照,規(guī)范規(guī)定確定的。如樓板的撓度限值是根據(jù)裝飾與美觀的要,求確定，吊車梁的撓度限值是根據(jù)吊車行走坡度的要求確定,的，高層建筑抗震縫限值是根據(jù)結(jié)構(gòu)在遭受地震作用時，為,避免結(jié)構(gòu)振動碰撞而規(guī)定的。,4.穩(wěn)定性,結(jié)構(gòu)受到外力作用，在力的傳遞過程中，除要求滿足強(qiáng),度和剛度要求外，結(jié)構(gòu)的整體與局部尚需滿足穩(wěn)定性的要求。,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，分基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)本身兩個方面。在基礎(chǔ)方面，,要防止地基不均勻沉降而引起的傾斜倒塌或在地基在水平力,作用下的滑移。在結(jié)構(gòu)方面有整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的問,題，結(jié)構(gòu)施工中，要防止結(jié)構(gòu)尚未形成整體時的失穩(wěn)，如單,層廠房排架柱施工和升板結(jié)構(gòu)提升階段的群柱失穩(wěn)等。局部,穩(wěn)定是指結(jié)構(gòu)本身的局部或結(jié)構(gòu)中的桿件在受力時產(chǎn)生的屈,曲現(xiàn)象，如壓桿的失穩(wěn)、梁受壓翼緣的失穩(wěn)、薄壁結(jié)構(gòu)腹板,的失穩(wěn)等，特別在鋼結(jié)構(gòu)中要注意失穩(wěn)現(xiàn)象，如圖 6-24 所示。,(a) 鋼柱失穩(wěn),(b) 鋼梁失穩(wěn),5.耐久性,結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的使用期限,內(nèi)要有足夠的耐久性。結(jié)構(gòu)的耐久性問題已引起世界各國的,高度重視，結(jié)構(gòu)的耐久性可從兩個方面即環(huán)境條件的腐蝕和,受力狀態(tài)對結(jié)構(gòu)耐久性的影響考慮。解決環(huán)境條件的影響問,題，目前采取的措施是選用耐環(huán)境腐蝕的材料、加大保護(hù)層、,選用合理的形狀和連接構(gòu)件等。,第四節(jié) 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)失效,一、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而且能夠良好的工作，稱為結(jié)構(gòu)的,可靠或有效，反之則稱結(jié)構(gòu)不可靠或失效。區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與,失效狀態(tài)的標(biāo)志是極限狀態(tài)。,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)時，如達(dá)到極,限能力、失穩(wěn)、變形過大、裂縫過寬等，就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī),定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。根,據(jù)功能要求，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常,使用極限狀態(tài)。,1.承載能力極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力、疲勞,破壞或不適于繼續(xù)承載的變形時的狀態(tài)。對于所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件，,均應(yīng)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)的計(jì)算，在必要時尚應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件的,疲勞強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移驗(yàn)算。,2.正常使用極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久,性的某項(xiàng)規(guī)定限值時的狀態(tài)。對于在使用上或外觀上需要控,制變形值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形的驗(yàn)算；對于在使用上要,求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力的驗(yàn)算；對于允,許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算；同時應(yīng)進(jìn)行相,應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)，以保證結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性的要求。,二、結(jié)構(gòu)的失效,因各種荷載使房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的拉力、壓力、彎矩和扭,矩等，及結(jié)構(gòu)構(gòu)件因承受著各種作用力而產(chǎn)生的拉伸、壓縮、,彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)變形等統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，用 S 表示。,結(jié)構(gòu)抗力即結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗其內(nèi)力和變形的能力，是指由材,料、截面及其連接方式所構(gòu)成的抗拉能力、抗壓能力、抗彎,能力和抗扭能力，以及結(jié)構(gòu)所能經(jīng)受的變形、位移或沉陷量，,用 R 表示。,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)可以用作用效應(yīng) S 和結(jié)構(gòu)抗力 R 的,關(guān)系式來描述：,當(dāng) SR，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；,S=R，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；,SR，結(jié)構(gòu)處于實(shí)效狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能的（SR）的概率即為“可靠概,率” ps ，不能完成預(yù)定功能（SR）的概率為“失效概率” p f 。,即,ps + p f = 1.0,（6-4）,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，荷載、材料強(qiáng)度指標(biāo)都是隨機(jī)變量，它,們的概率分布函數(shù)可以用不同的曲線來反映，其中正態(tài)分布,占很重要的地位，由荷載等外部因素所產(chǎn)生的荷載效應(yīng) S 和,材料強(qiáng)度及截面幾何特征相關(guān)的結(jié)構(gòu)抗力 R 也可認(rèn)為是正態(tài),分布的隨機(jī)變量。由于荷載效應(yīng)可表示成各個截面的內(nèi)力，,而結(jié)構(gòu)抗力可表示成結(jié)構(gòu)內(nèi)部所承受的內(nèi)力值，所以兩者的,統(tǒng)計(jì)關(guān)系可列于同一坐標(biāo)內(nèi)，如圖 6-25 所示。,圖 6-25 S 與 R 概率分布曲線,圖 6-26 Z 的概率分布曲線,從圖 6-25 可以看出，結(jié)構(gòu)抗力 R 值在大多數(shù)情況下出,現(xiàn)大于荷載效應(yīng) S 值的情況，但在兩條曲線重疊面積范圍內(nèi)，,仍有可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗力 R 低于荷載效 S 應(yīng)的情況。例如圖 6-25,中 A 點(diǎn)出現(xiàn)的抗力 RA ，就將低于以它右側(cè)的 S 概率分布曲線,所出現(xiàn)的各個 S 值，此時結(jié)構(gòu)是失效的。由此可知，圖中重,疊面積的大小，反映了失效概率的高低，面積愈小，失效概,率愈低。,從以上分析可知，由于結(jié)構(gòu)抗力 R 和荷載效應(yīng) S 是正,態(tài)分布的隨機(jī)變量，所以 Z = R S 亦是一個正態(tài)分布的隨機(jī)變,量。Z 值的概率分布曲線如圖 6-26 所示，從該圖可以看出，,所有 Z = R S p 0 的事件（失效事件），其出現(xiàn)的概率就等于原,0,2,點(diǎn)以左曲線下