原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理_第二章__結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)計(jì)算的原則(白底)

1、第二章第二章 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)的原則的原則概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算原則作用的代表值和作用效應(yīng)組合材料強(qiáng)度的取值設(shè)計(jì)的含義：設(shè)計(jì)的含義： 指在預(yù)定的作用和材料性能的條件下，指在預(yù)定的作用和材料性能的條件下，確定確定構(gòu)件按構(gòu)件按功能要求功能要求所需要的所需要的截面尺寸、配筋和構(gòu)造截面尺寸、配筋和構(gòu)造。設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)要考慮的內(nèi)容很多。設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)要考慮的內(nèi)容很多。 假設(shè)有一棟房屋需要你設(shè)計(jì)，你需要思考哪些問(wèn)假設(shè)有一棟房屋需要你設(shè)計(jì)，你需要思考哪些問(wèn)題呢？題呢？ 2.0 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展kf設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法允許應(yīng)允許應(yīng)力設(shè)計(jì)力設(shè)計(jì)法法破壞階破壞階段

2、設(shè)計(jì)段設(shè)計(jì)法法極限狀極限狀態(tài)設(shè)計(jì)態(tài)設(shè)計(jì)法法半經(jīng)驗(yàn)半概率法半經(jīng)驗(yàn)半概率法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全過(guò)程設(shè)生命全過(guò)程設(shè)計(jì)法計(jì)法材料力學(xué)的方法材料力學(xué)的方法按經(jīng)驗(yàn)法確定安全系數(shù))()(0，hbAkfkfMqkMssskcckuikqiKMMu2.1 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念2.1.1 結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)作用：作用： 指施加在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力，以及引起結(jié)構(gòu)外指施加在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。加變形或約束變形的原因。1. 1. 結(jié)構(gòu)上的作用與作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的作用與作用效應(yīng)作用效應(yīng)作用效應(yīng)S： 是指由結(jié)構(gòu)上的作用引起的結(jié)構(gòu)或

3、構(gòu)件的內(nèi)力是指由結(jié)構(gòu)上的作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力(如軸力、剪力、彎矩、扭矩等如軸力、剪力、彎矩、扭矩等)和變形和變形(如撓度、側(cè)如撓度、側(cè)移、裂縫等移、裂縫等)。當(dāng)作用為集中力或分布力時(shí)，其效。當(dāng)作用為集中力或分布力時(shí)，其效應(yīng)可稱為荷載效應(yīng)。應(yīng)可稱為荷載效應(yīng)。2. 2. 作用類型作用類型永久作用永久作用： 是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間變化，或其是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用，如結(jié)構(gòu)自重、變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用，如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力等土壓力、預(yù)加應(yīng)力等可變作用：可變作用： 是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變化，且其變是指在設(shè)計(jì)

4、基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用，如人群荷載、車輛化與平均值相比不可忽略的作用，如人群荷載、車輛活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、和溫度變化等?；詈奢d、風(fēng)荷載、雪荷載、和溫度變化等。 作作 用用偶然作用：偶然作用： 是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量很大且持續(xù)時(shí)間很短，如地震、爆炸、船只撞其量很大且持續(xù)時(shí)間很短，如地震、爆炸、船只撞擊等。擊等。2.1.1 結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)作用、作用代表值和作用效應(yīng)組合作用、作用代表值和作用效應(yīng)組合可變作用組合注意事項(xiàng)可變作用組合注意事項(xiàng) 安全性安全性 適用性適用性

5、耐久性耐久性設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)， 考慮持久設(shè)計(jì)狀況下考慮持久設(shè)計(jì)狀況下各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。 三項(xiàng)統(tǒng)稱為三項(xiàng)統(tǒng)稱為 可靠性可靠性 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)為“可靠可靠”或或“有有效效”。反之，則結(jié)構(gòu)為。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠不可靠”或或“失效失效”。區(qū)分結(jié)構(gòu)。區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠可靠”與與“失失效效”的臨界工作狀態(tài)稱為的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)極限狀態(tài)”，即整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)，即整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定

6、狀態(tài)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)即為該功某一特定狀態(tài)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)即為該功能的極限狀態(tài)。舉例如下表。能的極限狀態(tài)。舉例如下表。2. 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求3. 3. 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的概念結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的概念2.1.1 2.1.1 結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限實(shí)際壽命或耐久年限實(shí)際壽命或耐久年限福島第一核電站福島第一核電站核反應(yīng)堆的最大使用年核反應(yīng)堆的最大使用年限在限在3030到到4040年之間年之間20112011年年

7、3 3月，日本福島月，日本福島第一核電站度過(guò)了第一核電站度過(guò)了4040歲歲的生日的生日 日本福島第一核電站還會(huì)繼續(xù)服務(wù)日本福島第一核電站還會(huì)繼續(xù)服務(wù)1010年年 1號(hào)反應(yīng)堆能正常運(yùn)行60年之久 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期n設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。n設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：確定可變作

8、用及與時(shí)間有關(guān)的：確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期實(shí)際壽命或耐久年限實(shí)際壽命或耐久年限 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 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)承載的變形狀態(tài)稱為承載能力極限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)形狀態(tài)稱為承載能力極限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求，主要包括：定的安全性功能要求，主要包括： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力( (包括疲勞包括疲勞) )。 結(jié)構(gòu)整

9、體或其中一部分作為剛體失去平衡結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡( (如傾覆、滑移如傾覆、滑移) )。 結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用。 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系( (超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多的塑性鉸超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多的塑性鉸) )。 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定( (如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)) )。 4. 4. 極限狀態(tài)的分類極限狀態(tài)的分類2.1.1 2.1.1 結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)湘西鳳凰拱橋垮塌前照片湘西鳳凰拱橋垮塌前照片湘西鳳凰拱橋湘西鳳凰拱橋垮塌照片垮塌照片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)

10、設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則2001年年9月月11日紐約世貿(mào)中日紐約世貿(mào)中心北樓遭客機(jī)撞擊后，另心北樓遭客機(jī)撞擊后，另一架聯(lián)航一架聯(lián)航175航班撞向南樓航班撞向南樓前的瞬間前的瞬間熊熊燃燒的紐約世貿(mào)大廈熊熊燃燒的紐約世貿(mào)大廈南樓倒塌瞬間南樓倒塌瞬間110層的雙子塔從層的雙子塔從被撞到倒塌僅被撞到倒塌僅1小時(shí)小時(shí)43分分 4. 4. 極限狀態(tài)的分類極限狀態(tài)的分類 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值規(guī)定，稱為正常結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值規(guī)定，稱為正常使用極限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定

11、的適用性和使用極限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。主要包括：耐久性的功能要求。主要包括： 過(guò)大的變形、側(cè)移，這往往會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力破壞、會(huì)過(guò)大的變形、側(cè)移，這往往會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力破壞、會(huì)給人不安全感或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)不能正常使用給人不安全感或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)不能正常使用( (如吊車梁如吊車梁) )等。等。 過(guò)大的裂縫，這往往會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕、給人不安全感或?qū)е逻^(guò)大的裂縫，這往往會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕、給人不安全感或?qū)е路课萋┧?。房屋漏水等?過(guò)大的振動(dòng)，這往往會(huì)給人不舒適感。過(guò)大的振動(dòng)，這往往會(huì)給人不舒適感。 其他正常使用要求。其他正常使用要求。 “破壞破壞安全安全”極限狀

12、態(tài)極限狀態(tài)2.1.1 2.1.1 結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能要求和極限狀態(tài) 條件極限狀態(tài)：偶然作用下允許結(jié)構(gòu)局部損壞，但仍能部分承載條件極限狀態(tài)：偶然作用下允許結(jié)構(gòu)局部損壞，但仍能部分承載。如橋如橋梁抗震或防撞要求。梁抗震或防撞要求。問(wèn)：結(jié)構(gòu)達(dá)到哪種極限狀態(tài)損失大？哪種極限狀態(tài)被問(wèn)：結(jié)構(gòu)達(dá)到哪種極限狀態(tài)損失大？哪種極限狀態(tài)被超越的概率應(yīng)該很低？超越的概率應(yīng)該很低？ 超過(guò)結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)將導(dǎo)致人身傷亡和經(jīng)超過(guò)結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)將導(dǎo)致人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制出現(xiàn)濟(jì)損失，為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制出現(xiàn)承載能力極限狀承載能力極限狀態(tài)的概率，使其處于很低的水平態(tài)的概率，使其處于很低的

13、水平。 當(dāng)結(jié)構(gòu)超過(guò)正常使用極限狀態(tài)時(shí)，雖然它已不能滿當(dāng)結(jié)構(gòu)超過(guò)正常使用極限狀態(tài)時(shí)，雖然它已不能滿足適用性和耐久性功能要求，但結(jié)構(gòu)并沒(méi)有破壞，不足適用性和耐久性功能要求，但結(jié)構(gòu)并沒(méi)有破壞，不會(huì)導(dǎo)致人身傷亡。因此，會(huì)導(dǎo)致人身傷亡。因此，出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的概出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的概率允許大于承載能力極限狀態(tài)出現(xiàn)率的概率率允許大于承載能力極限狀態(tài)出現(xiàn)率的概率。2.1.2 2.1.2 可靠度、失效概率與可靠指標(biāo)可靠度、失效概率與可靠指標(biāo)1. 1. 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程 S = S(Q)R = R(fc, fy, A, h0, As, )Z 0 結(jié)構(gòu)可靠結(jié)構(gòu)可靠 Z R

14、) =P(Z 0) 設(shè)設(shè)R R、S S符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布，R R的均值為的均值為R，標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)差為R R；S S的均值為的均值為s s ，標(biāo)準(zhǔn)差為，標(biāo)準(zhǔn)差為s，則則Z Z的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)( (兩正態(tài)分布隨機(jī)變量差兩正態(tài)分布隨機(jī)變量差) )為為: :圖圖10-3 S ，R的概率密度分布曲線的概率密度分布曲線sRz22SRz0221exp21dzZPzzzfzzdttPf2exp212Z 正態(tài)分布f (z)rzfPf (t)fPzz)(fP標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)22SRSRzz 結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，指結(jié)

15、構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。定的條件下完成預(yù)定功能的概率。 3. 3. 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度)()(11frPP標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布f (t)fPzz()與失效概率與失效概率 Pf 之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系.22SRSRzz1.01.52.02.52.73.01.5910-16.6810-22.2810-26.2110-33.5010-31.3510-33.23.53.74.04.26.4010-42.3310-41.1010-43.1710-51.3010-6fPfP表1 失效概率與可靠指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系2.1.2 2.1.2 可靠度、失效概率與可靠指標(biāo)可靠度、失效

16、概率與可靠指標(biāo) 公路工程結(jié)構(gòu)可靠度公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB/T GB/T 50283502831999 1999 根據(jù)公路結(jié)根據(jù)公路結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，按持久狀構(gòu)的安全等級(jí)，按持久狀況進(jìn)行承載能力設(shè)計(jì)時(shí)，況進(jìn)行承載能力設(shè)計(jì)時(shí)，目標(biāo)可靠指標(biāo)見(jiàn)表目標(biāo)可靠指標(biāo)見(jiàn)表3 3。根據(jù)。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50068GB 5006820012001，建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可，建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)要求見(jiàn)表靠指標(biāo)要求見(jiàn)表4 4。 4. 4. 目標(biāo)可靠目標(biāo)可靠指標(biāo)指標(biāo)k 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)破壞類型安 全 等 級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2破壞類

17、型安 全 等 級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞4.74.23.7脆性破壞5.24.74.2安全等級(jí)破壞后果的影響程度建筑物的類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的建筑物二級(jí)嚴(yán)重一般的建筑物三級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物表2 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)表3 公路橋梁結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠指標(biāo)表4 建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠指標(biāo)2.1.2 2.1.2 可靠度、失效概率與可靠指標(biāo)可靠度、失效概率與可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則2 目標(biāo)可靠指標(biāo)（設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)）目標(biāo)可靠指標(biāo)（設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)） 指指設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)。目

18、標(biāo)可靠指標(biāo)的大小對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響很大。如果定得靠指標(biāo)。目標(biāo)可靠指標(biāo)的大小對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響很大。如果定得高，則結(jié)構(gòu)會(huì)設(shè)計(jì)的很強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)造價(jià)加大；而如果定得低，高，則結(jié)構(gòu)會(huì)設(shè)計(jì)的很強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)造價(jià)加大；而如果定得低，則會(huì)使人產(chǎn)生不安全感。因此確定時(shí)應(yīng)以達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)則會(huì)使人產(chǎn)生不安全感。因此確定時(shí)應(yīng)以達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡為原則，一般規(guī)范確定時(shí)要考慮以下四個(gè)因素：上的最佳平衡為原則，一般規(guī)范確定時(shí)要考慮以下四個(gè)因素：結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、結(jié)構(gòu)破壞類型、公眾心理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、結(jié)構(gòu)破壞類型、公眾心理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)

19、可靠指標(biāo) 破壞類型破壞類型 一級(jí)一級(jí) 二級(jí)二級(jí) 三級(jí)三級(jí) 延性破壞延性破壞 3.7 3.7 3.2 3.2 2.7 2.7 脆性破壞脆性破壞 4.2 4.2 3.7 3.7 3.2 3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則 一些事故的年死亡率事故年死亡率事故年死亡率爬山、賽車5103汽車旅行2.5105飛機(jī)旅行1104游泳3105采礦7104結(jié)構(gòu)施工3105房屋失火2105電擊6106雷擊5107暴風(fēng)4106公眾心理的影響公眾心理的影響 可以認(rèn)為年失效概率小于 是較安全的，年失效概率小于 是安全的，而年失效概率小于 則是很安全的。 41

20、1051 1061 10結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則 一般結(jié)構(gòu)的使用年限為一般結(jié)構(gòu)的使用年限為5050年，因此當(dāng)在結(jié)構(gòu)的使用年年，因此當(dāng)在結(jié)構(gòu)的使用年限內(nèi)失效概率分別小于限內(nèi)失效概率分別小于5 51010-3-3、510-4、510-5時(shí)，可以時(shí)，可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)較為安全、安全和很安全，相應(yīng)的可靠指標(biāo)約在認(rèn)為結(jié)構(gòu)較為安全、安全和很安全，相應(yīng)的可靠指標(biāo)約在2.52.5到到4.04.0之間，公路橋涵結(jié)構(gòu)的可靠度更大一些。之間，公路橋涵結(jié)構(gòu)的可靠度更大一些。此外，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)承受能力對(duì)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠此外，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)承受能力對(duì)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)

21、計(jì)目標(biāo)可靠度也有影響，一般來(lái)說(shuō)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，公眾對(duì)工程結(jié)構(gòu)度也有影響，一般來(lái)說(shuō)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，公眾對(duì)工程結(jié)構(gòu)可靠性的要求將越高，因而設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠度也會(huì)定得越高。可靠性的要求將越高，因而設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠度也會(huì)定得越高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則當(dāng)時(shí)，失效概率為，按當(dāng)時(shí)，失效概率為，按5050年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期計(jì)算年失年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期計(jì)算年失效概率為通過(guò)與其他事故年死亡率的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，房屋效概率為通過(guò)與其他事故年死亡率的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效概率小于乘賽車、汽車失事的概率，也小于因游結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效概率小于乘賽車、汽車失事的概率，也小于因游泳、

22、失火、造成的死亡的概率，但其危險(xiǎn)性比電擊、雷擊和風(fēng)泳、失火、造成的死亡的概率，但其危險(xiǎn)性比電擊、雷擊和風(fēng)災(zāi)引起的為大，這似乎是符合常理的。但應(yīng)注意到，房屋結(jié)構(gòu)災(zāi)引起的為大，這似乎是符合常理的。但應(yīng)注意到，房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效不等于整個(gè)房屋的倒塌，倒塌不一定造成人員傷亡。構(gòu)件的失效不等于整個(gè)房屋的倒塌，倒塌不一定造成人員傷亡。因此其實(shí)際年死亡率還要小得多。因此其實(shí)際年死亡率還要小得多。3.741.0 10fP62 10fyP2.1 2.1 公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算原則公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算原則 設(shè)計(jì)狀況指代表時(shí)段的一組物理?xiàng)l件，設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)在該時(shí)設(shè)計(jì)狀況指代表時(shí)段的一組物理?xiàng)l件，設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)在該

23、時(shí)段內(nèi)不超越有關(guān)的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)在施工和使用中段內(nèi)不超越有關(guān)的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列3 3種設(shè)計(jì)狀況：種設(shè)計(jì)狀況：2.2.1 2.2.1 結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況l 短暫狀態(tài)：在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)施工和維修等。計(jì)使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)施工和維修等。l 持久狀況： 在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(zhǎng)的狀在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(zhǎng)的狀態(tài)。持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一

24、數(shù)量級(jí)。態(tài)。持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí)。l 偶然狀況：在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等。狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等。2.2.2 2.2.2 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式強(qiáng)度問(wèn)題強(qiáng)度問(wèn)題采用結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對(duì)目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行修正。采用結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對(duì)目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行修正。l 公路橋規(guī)規(guī)定承載能力極限狀態(tài)計(jì)算以塑性理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)原則公路橋規(guī)規(guī)定承載能力極限狀態(tài)計(jì)算以塑性理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)原則是作用效應(yīng)最不利組合（基本組合）的設(shè)計(jì)組必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗是作用效應(yīng)最不利組合（基本組合）的設(shè)

25、計(jì)組必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值。其基本表達(dá)式為：力的設(shè)計(jì)值。其基本表達(dá)式為：安全等級(jí)破壞后果橋涵類型結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)一級(jí)很嚴(yán)重特大橋、重要大橋1.1二級(jí)嚴(yán)重大橋、中橋、重要小橋1.0三級(jí)不嚴(yán)重小橋、涵洞0.9dSR0),(ddafRR 結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值表5 橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)2.2.2 2.2.2 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式剛度問(wèn)題剛度問(wèn)題l 公路橋規(guī)規(guī)定按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算以彈性或彈塑性理論為基礎(chǔ)，公路橋規(guī)規(guī)定按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算以彈性或彈塑性理論為基礎(chǔ)，采用作用效應(yīng)短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期組合或短期效應(yīng)組合并

26、考慮長(zhǎng)期效采用作用效應(yīng)短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期組合或短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)影響，對(duì)構(gòu)件的抗裂性、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，不超過(guò)規(guī)定限應(yīng)影響，對(duì)構(gòu)件的抗裂性、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，不超過(guò)規(guī)定限值。其基本表達(dá)式為：值。其基本表達(dá)式為：1CS 2CS 作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值正常使用要求限值 2. 2. 短暫狀況的驗(yàn)算要求短暫狀況的驗(yàn)算要求1. 1. 正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算要求正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算要求l 公路橋規(guī)還規(guī)定須針對(duì)施工階段，按短暫狀況對(duì)構(gòu)件的抗裂性、裂公路橋規(guī)還規(guī)定須針對(duì)施工階段，按短暫狀況對(duì)構(gòu)件的抗裂性、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，不超過(guò)規(guī)定限值。其基本表達(dá)式為：縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，不超過(guò)規(guī)定限值

27、。其基本表達(dá)式為：短暫狀況作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值短暫狀況功能要求限值2.3 2.3 作用的代表值和作用效應(yīng)組合作用的代表值和作用效應(yīng)組合永久荷載永久荷載可變荷載可變荷載 作 用偶然荷載偶然荷載 作 用的代表值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載采用永久荷載采用頻遇值頻遇值可變荷載采用可變荷載采用準(zhǔn)永久值準(zhǔn)永久值可變荷載采用可變荷載采用1. 1. 作用和作用的代表值作用和作用的代表值 根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的一個(gè)95%保證率上限荷載分位值，稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。按荷載標(biāo)準(zhǔn)值確定的荷載效應(yīng)，稱為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值S Sk k。有多個(gè)可變荷載同時(shí)作用的情況，考慮到它們同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù)1 1和2。 承載能力極限狀

28、態(tài)計(jì)算時(shí)作用效應(yīng)組合承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)作用效應(yīng)組合)(21100njQjkQjckQQGikGidSSSS作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載除汽車之外的作用效應(yīng)2. 2. 作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合QjQGi,1為各項(xiàng)荷載分項(xiàng)系數(shù) 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)作用效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)作用效應(yīng)組合QjkjGiksdSSS1短期組合設(shè)計(jì)值短期組合設(shè)計(jì)值頻遇值系數(shù)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值QjkjGikldSSS2準(zhǔn)永久值系數(shù)長(zhǎng)期組合設(shè)計(jì)值長(zhǎng)期組合設(shè)計(jì)值2.3 2.3 作用的代表值和作用效應(yīng)組合作用的代表值和作用效應(yīng)組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，按照公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)分別為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性

29、系數(shù)，按照公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)分別為1.1、1.0、0.9。 第第i個(gè)永久作用分項(xiàng)系數(shù)；個(gè)永久作用分項(xiàng)系數(shù)； 第第i個(gè)永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值；個(gè)永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值； 汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的分項(xiàng)系數(shù)，汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的分項(xiàng)系數(shù)， 1.41.4。當(dāng)某個(gè)可變作用在效應(yīng)組。當(dāng)某個(gè)可變作用在效應(yīng)組合中超過(guò)汽車荷載效應(yīng)時(shí)，則該作用取代汽車荷載，其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項(xiàng)合中超過(guò)汽車荷載效應(yīng)時(shí)，則該作用取代汽車荷載，其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)；對(duì)于專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計(jì)時(shí)該作用的分項(xiàng)系數(shù)取與汽車荷系數(shù)；對(duì)于專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計(jì)時(shí)該作

30、用的分項(xiàng)系數(shù)取與汽車荷載同值；載同值； 汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值；汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值； 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第j j個(gè)可變作用效個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值；應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值； 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時(shí)，人群荷載當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載（或其他一種

31、可變作用）組合時(shí)，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數(shù)（或其他一種可變作用）的組合系數(shù) 0.800.80；當(dāng)其除汽車荷載（含汽車沖擊力，離心；當(dāng)其除汽車荷載（含汽車沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取 0.700.70；尚有三種其他可變作用；尚有三種其他可變作用參與組合時(shí)，參與組合時(shí)， 0.600.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)，；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)， 0.500.50。kQS1kQS1cGikS0GiniQjkQjckQQGikGiSSSS2110)(三、作用效應(yīng)組合三、作用效應(yīng)組合 1

32、 1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合：1QccccQjkS2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合:（1）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為: v minjQjkjGiksdSSS111（2）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為永久值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為: minjQjkjGikldMSS112作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；作用長(zhǎng)

33、期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.40.4，人，人群荷載群荷載0.40.4，風(fēng)荷載，風(fēng)荷載0.750.75，溫度梯度作用，溫度梯度作用0.80.8，其他作用，其他作用1.01.0； 第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.70.7，人群，人群荷載荷載1.01.0，風(fēng)荷載，風(fēng)荷載0.750.75，溫度梯度作用，

34、溫度梯度作用0.80.8，其他作用，其他作用1.01.0； 第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。sdSj1QjkjS1ldSj2QjkjS2舉例舉例v鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為值為:結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩WGK552kN.m；汽車荷載彎；汽車荷載彎矩矩MQ1K=459.7kN.m；人群荷載彎矩；人群荷載彎矩MQ2K=40.6kN.m。進(jìn)。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)組合計(jì)算。行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)

35、組合計(jì)算。解：解：1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合 mkNSSSMminjQjkQjckQQGikiGd.45.1351)6 .404 . 180. 07 .4594 . 15522 . 1 (0 . 1)(1211002.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合（1）作用短期效應(yīng)組合）作用短期效應(yīng)組合 v v v作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值為作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值為 mkNMMMMMMkQkQGkminjQjkjGiksd.79.8626 .400 . 198.3857 . 0552)212111111mkN.)/(.MQiK9838