結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計的計算原則

1、 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計計算的原則design and calculation principle of structure under limit state method本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容l 設(shè)計計算方法的歷史與基本思想設(shè)計計算方法的歷史與基本思想l 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求l 極限狀態(tài)的概念、概率極限狀態(tài)設(shè)計方法極限狀態(tài)的概念、概率極限狀態(tài)設(shè)計方法l 現(xiàn)有現(xiàn)有公規(guī)范公規(guī)范采用的設(shè)計方法、原則、表達(dá)方式、各采用的設(shè)計方法、原則、表達(dá)方式、各系數(shù)的含義系數(shù)的含義l 材料強(qiáng)度取值、作用分類、各種作用組合材料強(qiáng)度取值、作用分類、各種作用組合l 建筑結(jié)構(gòu)的基本計算原則建筑結(jié)構(gòu)的基本計算

2、原則 2.0 概概 述述一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的 設(shè)計滿足功能要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足功能要求的結(jié)構(gòu),也就是把外界作用對結(jié)也就是把外界作用對結(jié)構(gòu)的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的抵抗力來加以比較，以達(dá)到結(jié)構(gòu)構(gòu)的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的抵抗力來加以比較，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。 具體說具體說也就是確定結(jié)構(gòu)的截面尺寸、配筋和滿足也就是確定結(jié)構(gòu)的截面尺寸、配筋和滿足構(gòu)造要求。構(gòu)造要求。 二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展 從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)歷了各種演變，可從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)歷了各種演變，可從以下兩個方面進(jìn)行歸納：從以下兩個方面進(jìn)行歸納：1、從結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、理論上、從結(jié)構(gòu)設(shè)計理論上彈性理論彈性理論 極限狀態(tài)理論極限狀態(tài)理論2、從設(shè)計方法上、從設(shè)計方法上定值設(shè)計法定值設(shè)計法 概率設(shè)計法概率設(shè)計法三、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的理論和方法有：三、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的理論和方法有：l 容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法l 破損階段設(shè)計法破損階段設(shè)計法l 多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法l 基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法 安全系數(shù)安全系數(shù)材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度cccckfsssskf鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋混凝土構(gòu)件：混凝土應(yīng)力混凝土應(yīng)力鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力式中：式中： 分別為安全系數(shù)分別為安全系數(shù)sckk 、一、基本概念一、基本概念u容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法

4、容許應(yīng)力法構(gòu)件在外界作用下，某截面的最大應(yīng)力構(gòu)件在外界作用下，某截面的最大應(yīng)力 達(dá)到或超過材料的容許應(yīng)力時，構(gòu)件即失效（破壞），達(dá)到或超過材料的容許應(yīng)力時，構(gòu)件即失效（破壞），即要滿足：即要滿足：c以鋼筋混凝土構(gòu)件為例：以鋼筋混凝土構(gòu)件為例：l 彈性假定：彈性假定：鋼筋和混凝土均為彈性材料鋼筋和混凝土均為彈性材料l 平截面假定平截面假定：變形：變形(彎曲彎曲)前后保持為平面前后保持為平面l 假定混凝土為不抗拉材料假定混凝土為不抗拉材料l 鋼筋與同位置混凝土的應(yīng)變相等鋼筋與同位置混凝土的應(yīng)變相等bxhsssaccbx2sa鋼筋混凝土構(gòu)件容許應(yīng)力計算簡圖鋼筋混凝土構(gòu)件容許應(yīng)力計算簡圖cis二、特點

5、二、特點1、安全系數(shù)、安全系數(shù)k是個大于是個大于1的數(shù)字的數(shù)字 k越大，結(jié)構(gòu)的安全度就越高，同時材料的用量就越多越大，結(jié)構(gòu)的安全度就越高，同時材料的用量就越多2、沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求、沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求 對于結(jié)構(gòu)一方面要考慮承載能力，另一方面也許考慮其對于結(jié)構(gòu)一方面要考慮承載能力，另一方面也許考慮其 正常使用時裂縫、變形。正常使用時裂縫、變形。3、安全系數(shù)的確定主要憑借經(jīng)，缺乏嚴(yán)格科學(xué)依據(jù)、安全系數(shù)的確定主要憑借經(jīng)，缺乏嚴(yán)格科學(xué)依據(jù)。三、適用情況三、適用情況 當(dāng)結(jié)構(gòu)是非桿件結(jié)構(gòu)（如大體積壩體、空間薄殼結(jié)構(gòu)等）當(dāng)結(jié)構(gòu)是非桿件結(jié)構(gòu)（如大體積壩體、空間薄殼結(jié)構(gòu)等）時，因規(guī)范沒有給出

6、明確的計算公式，則彈性力學(xué)方法仍時，因規(guī)范沒有給出明確的計算公式，則彈性力學(xué)方法仍是較實用的分析方法。是較實用的分析方法。u破損階段設(shè)計法20世紀(jì)30年代一、基本概念一、基本概念 umkkmmum破損階段設(shè)計法破損階段設(shè)計法：構(gòu)件在外界作用下，某截面的內(nèi)力達(dá)到某：構(gòu)件在外界作用下，某截面的內(nèi)力達(dá)到某極限內(nèi)力時，構(gòu)件即失效（破壞），以受彎構(gòu)件為例，其計極限內(nèi)力時，構(gòu)件即失效（破壞），以受彎構(gòu)件為例，其計算表達(dá)式為：算表達(dá)式為：式中：式中： 為截面中內(nèi)力，為截面中內(nèi)力， 為截面所能承受的極限彎矩為截面所能承受的極限彎矩 為安全系數(shù)為安全系數(shù)bxhsa0hssaf ccfbx2 鋼筋混凝土構(gòu)件破損階

7、段計算簡圖鋼筋混凝土構(gòu)件破損階段計算簡圖以鋼筋混凝土構(gòu)件為例以鋼筋混凝土構(gòu)件為例l以構(gòu)件破壞階段為計算依據(jù)以構(gòu)件破壞階段為計算依據(jù)l不考慮混凝土的拉力不考慮混凝土的拉力l受壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布為曲邊形，計算時等效為矩形應(yīng)力圖受壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布為曲邊形，計算時等效為矩形應(yīng)力圖二、特點二、特點1、考慮了材料塑性和強(qiáng)度的充分發(fā)揮，極限荷載可以直接、考慮了材料塑性和強(qiáng)度的充分發(fā)揮，極限荷載可以直接 由試驗驗證，構(gòu)件的總安全度較為明確由試驗驗證，構(gòu)件的總安全度較為明確2、安全系數(shù)的確定依賴經(jīng)驗，且是一個定值、安全系數(shù)的確定依賴經(jīng)驗，且是一個定值3、沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求、沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要

8、求 由于采用了極限平衡的理論，對荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力由于采用了極限平衡的理論，對荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及位移變化，無法做出適當(dāng)?shù)念A(yù)計。分布及位移變化，無法做出適當(dāng)?shù)念A(yù)計。u多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法一、基本概念一、基本概念1、構(gòu)件的極限狀態(tài)，不僅包括承載力的極限狀態(tài)，而且包括、構(gòu)件的極限狀態(tài)，不僅包括承載力的極限狀態(tài)，而且包括撓度（變形）及裂縫寬度的極限狀態(tài)，這已經(jīng)包含了撓度（變形）及裂縫寬度的極限狀態(tài)，這已經(jīng)包含了安全安全性性和和適用性適用性的一些概念的一些概念2、對于承載能力極限狀態(tài)對于承載能力極限狀態(tài)，針對荷載、材料的不同變異性，針對荷載、材料的不同變異性，不再采用單一系

9、數(shù)，即不再采用單一系數(shù)，即多系數(shù)法多系數(shù)法。 承載能力極限多系數(shù)狀態(tài)承載能力極限多系數(shù)狀態(tài)表達(dá)式：表達(dá)式：),a ,fk ,fk(mm)qn(mccssuikiikqcsk ,kin式中：式中： 為標(biāo)準(zhǔn)荷載或效應(yīng)，為標(biāo)準(zhǔn)荷載或效應(yīng)， 為相應(yīng)的超載系數(shù)，為相應(yīng)的超載系數(shù)， 為為鋼筋及混凝土的強(qiáng)度，鋼筋及混凝土的強(qiáng)度， 為相應(yīng)的均質(zhì)系數(shù)，為相應(yīng)的均質(zhì)系數(shù)， 為工作條為工作條件系數(shù)，件系數(shù)， 為截面幾何特性為截面幾何特性amcsf ,fl 材料強(qiáng)度，材料強(qiáng)度，根據(jù)統(tǒng)計后按照一定的保證率，取其下限分位值根據(jù)統(tǒng)計后按照一定的保證率，取其下限分位值l 荷載值荷載值也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計資料，按照一定的

10、保證也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計資料，按照一定的保證率，取其下限分位值率，取其下限分位值l 材料強(qiáng)度系數(shù)、荷載系數(shù)材料強(qiáng)度系數(shù)、荷載系數(shù)仍按經(jīng)驗確定，對不同的荷載變異仍按經(jīng)驗確定，對不同的荷載變異大小，取用不同的系數(shù)大小，取用不同的系數(shù) ，備注：二、特點二、特點1、安全系數(shù)的選取已經(jīng)從純經(jīng)驗性到了部分采用概率統(tǒng)計值、安全系數(shù)的選取已經(jīng)從純經(jīng)驗性到了部分采用概率統(tǒng)計值2、設(shè)計方法的本質(zhì)依然是一種半經(jīng)驗半概率的方法、設(shè)計方法的本質(zhì)依然是一種半經(jīng)驗半概率的方法公路橋涵設(shè)計規(guī)范公路橋涵設(shè)計規(guī)范（jtj 021-85）采用了多系數(shù)、）采用了多系數(shù)、單系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計法單系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計法u基于

11、可靠性理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計法一、發(fā)展歷史一、發(fā)展歷史 20世紀(jì)世紀(jì) 40年代美國學(xué)者年代美國學(xué)者a.m.freadentbal提出了結(jié)構(gòu)可提出了結(jié)構(gòu)可靠性理論，到了靠性理論，到了6070年代結(jié)構(gòu)可靠性理論有了很大的發(fā)展，年代結(jié)構(gòu)可靠性理論有了很大的發(fā)展，70年代以來，國際上的結(jié)構(gòu)可靠度理論在土木工程領(lǐng)域逐年代以來，國際上的結(jié)構(gòu)可靠度理論在土木工程領(lǐng)域逐步進(jìn)入了實用階段。步進(jìn)入了實用階段。 我國我國從從20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期才開始研究，但至年代中期才開始研究，但至80年代后期年代后期就在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域率先進(jìn)入了實用階段，先后出版了下列就在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域率先進(jìn)入了實用階段，先后出版了下列國家標(biāo)準(zhǔn)：

12、國家標(biāo)準(zhǔn)：l 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gbj68-84)l 工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gb50153-92)l 港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gb 50158-92)l 鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gb 50216-94)l 公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(gb/t 50283-1999) 按發(fā)展進(jìn)程，按發(fā)展進(jìn)程，概率設(shè)計法概率設(shè)計法劃分為三個水準(zhǔn)：劃分為三個水準(zhǔn)： 水準(zhǔn)水準(zhǔn)半概率設(shè)計法，只對影響結(jié)構(gòu)可靠度的某些參數(shù)，半概率設(shè)計法，只對影響結(jié)

13、構(gòu)可靠度的某些參數(shù)，用數(shù)理統(tǒng)計進(jìn)行分析，并與經(jīng)驗相結(jié)合，然后引入某些經(jīng)驗系用數(shù)理統(tǒng)計進(jìn)行分析，并與經(jīng)驗相結(jié)合，然后引入某些經(jīng)驗系數(shù)，該法對結(jié)構(gòu)的可靠度還不能作出定量的估計。數(shù)，該法對結(jié)構(gòu)的可靠度還不能作出定量的估計。 水準(zhǔn)水準(zhǔn)近似概率設(shè)計法，運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計，對工近似概率設(shè)計法，運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計，對工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計的可靠概率作出較為近似的相對估程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計的可靠概率作出較為近似的相對估計；分析中忽略或簡化了變量隨時間的關(guān)系，非線性極限狀計；分析中忽略或簡化了變量隨時間的關(guān)系，非線性極限狀態(tài)方程線性化。態(tài)方程線性化。二、結(jié)構(gòu)概率設(shè)計方法二、結(jié)構(gòu)概率設(shè)計方法水準(zhǔn)水準(zhǔn)全概率

14、設(shè)計法，在對整個體系進(jìn)行精確概率分析全概率設(shè)計法，在對整個體系進(jìn)行精確概率分析的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)失效概率作為結(jié)構(gòu)的直接度量。的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)失效概率作為結(jié)構(gòu)的直接度量。 我國目前的我國目前的公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范涵設(shè)計規(guī)范和和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用的是采用的是近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法 2.1 2.1 概率極限狀態(tài)設(shè)計法的基本概念概率極限狀態(tài)設(shè)計法的基本概念結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理1234一、結(jié)構(gòu)的功能要求一、結(jié)構(gòu)的功

15、能要求1、四項基本功能要求：、四項基本功能要求：l 結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各 種荷載、外加變形、約束變形等的作用種荷載、外加變形、約束變形等的作用 承載能力承載能力l 結(jié)構(gòu)在正常使用條件下具有良好的工作性能結(jié)構(gòu)在正常使用條件下具有良好的工作性能適用性適用性l 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，具有足夠的耐久性具有足夠的耐久性耐久性耐久性l 在偶然荷載作用下或偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍在偶然荷載作用下或偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定性，不發(fā)生倒塌

16、能保持整體穩(wěn)定性，不發(fā)生倒塌穩(wěn)定性穩(wěn)定性承載能力承載能力 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 適適 用用 性性 耐耐 久久 性性 安全性安全性 用安全度度量用安全度度量用可靠度度量用可靠度度量 可靠性可靠性結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間規(guī)定的時間（設(shè)計基準(zhǔn)期）內(nèi)，在（設(shè)計基準(zhǔn)期）內(nèi)，在規(guī)規(guī)定的條件定的條件（結(jié)構(gòu)設(shè)計時所確定的（結(jié)構(gòu)設(shè)計時所確定的正常設(shè)計正常設(shè)計、正常施工正常施工和和正正常使用條件常使用條件）下，完成）下，完成預(yù)定功能預(yù)定功能的能力。的能力。 可靠度可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的成預(yù)定功能的概率概率?？煽啃钥煽啃?2、結(jié)構(gòu)的可靠性、結(jié)構(gòu)的可靠

17、性 規(guī)定時間（設(shè)計基準(zhǔn)期）規(guī)定時間（設(shè)計基準(zhǔn)期）設(shè)計基準(zhǔn)期設(shè)計基準(zhǔn)期 進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時，考慮持久設(shè)計狀進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時，考慮持久設(shè)計狀況下各項變量與時間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時間參數(shù)。況下各項變量與時間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時間參數(shù)。 可靠性概念的釋義可靠性概念的釋義 一般橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為一般橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年年 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年年規(guī)定條件：規(guī)定條件：正常施工、設(shè)計、使用，不考慮人為過失正常施工、設(shè)計、使用，不考慮人為過失結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期設(shè)計基準(zhǔn)期與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)使用壽命使用壽命有什么異同？有什么異同？ 結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期與使用壽命結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)

18、期與使用壽命設(shè)計基準(zhǔn)期設(shè)計基準(zhǔn)期考慮持久設(shè)計狀況下各項基本變量與考慮持久設(shè)計狀況下各項基本變量與時間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時間參數(shù)。時間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時間參數(shù)。使用壽命使用壽命為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常維護(hù)條件下，不需為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常維護(hù)條件下，不需要大修即可按其設(shè)計規(guī)定的目的正常使用的時間。要大修即可按其設(shè)計規(guī)定的目的正常使用的時間。結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計基準(zhǔn)期時，表明它的失效概結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計基準(zhǔn)期時，表明它的失效概率可能會增大，不能保證其目標(biāo)可靠指標(biāo)，但不等于率可能會增大，不能保證其目標(biāo)可靠指標(biāo)，但不等于結(jié)構(gòu)喪失所有要求功能甚至報廢，通常使用壽命大于結(jié)構(gòu)喪失所有要求功能甚至報廢，通常使用壽命

19、大于設(shè)計基準(zhǔn)期。設(shè)計基準(zhǔn)期。二、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)二、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 1定義：定義： 當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。的極限狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。界狀態(tài)。正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài)極限狀態(tài)極限狀態(tài) 2 2、極限狀態(tài)的分類、極限狀態(tài)的分類歐洲混凝土協(xié)會歐洲混凝土協(xié)會國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會國際預(yù)應(yīng)力混凝土

20、協(xié)會國際標(biāo)準(zhǔn)化組國際標(biāo)準(zhǔn)化組織織我國的可靠度標(biāo)準(zhǔn)、各種規(guī)我國的可靠度標(biāo)準(zhǔn)、各種規(guī)范范 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載的變形。承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度超過材料強(qiáng)度而破壞而破壞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成成機(jī)動體系機(jī)動體系整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體分作為剛體失去平衡失去平衡 （滑動、倒塌）（滑動、倒塌）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪喪失穩(wěn)定失穩(wěn)定（柱的壓曲（柱的壓曲失穩(wěn)）失穩(wěn)）4321 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 對

21、應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。定限值。影響正常使用或外觀的影響正常使用或外觀的變形變形影響正常使用或耐久性能的影響正常使用或耐久性能的局部損壞局部損壞影響正常使用的影響正常使用的振動振動影響正常使用的其它影響正常使用的其它特定狀態(tài)特定狀態(tài)三、結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理三、結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理 1 1、功能函數(shù)、功能函數(shù) 可靠度分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般用功能函數(shù)描繪?？煽慷确治鲋校Y(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般用功能函數(shù)描繪。當(dāng)有當(dāng)有n個隨機(jī)變量個隨機(jī)變量(x1,x2,.xn)影響結(jié)構(gòu)的可靠度時，結(jié)構(gòu)影響結(jié)構(gòu)的可靠度時，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表示為的

22、功能函數(shù)可表示為0 結(jié)構(gòu)可靠結(jié)構(gòu)可靠 =0 極限狀態(tài)極限狀態(tài) r2( (失效失效) )s1r1（可靠）（可靠）2 2、結(jié)構(gòu)抗力和作用、結(jié)構(gòu)抗力和作用l結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。它是結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。它是結(jié)構(gòu)材料性能和幾何參數(shù)等的函數(shù)。結(jié)構(gòu)材料性能和幾何參數(shù)等的函數(shù)。l作作 用用施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，或引施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，它分為直接作用和起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，它分為直接作用和間接作用。間接作用。 兩類作用兩類作用間接作用間接作用直接作用直接作用施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，如施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、汽

23、車荷載等。結(jié)構(gòu)自重、汽車荷載等。引起結(jié)構(gòu)引起結(jié)構(gòu)外加變形外加變形和和約束變形約束變形的原因的原因作作 用用約束變形約束變形結(jié)構(gòu)材料發(fā)生結(jié)構(gòu)材料發(fā)生收縮收縮或或膨脹膨脹等等變化，結(jié)構(gòu)在變化，結(jié)構(gòu)在支座或節(jié)點的支座或節(jié)點的約束下間接產(chǎn)約束下間接產(chǎn)生的變形。生的變形。強(qiáng)迫結(jié)構(gòu)產(chǎn)強(qiáng)迫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生變形變形?；??；A(chǔ)的不均勻礎(chǔ)的不均勻沉降，地震沉降，地震等。等。外加變形外加變形何為作用效應(yīng)？何為作用效應(yīng)？ 作用效應(yīng)作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)：結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的內(nèi)力、變形等結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)：結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的內(nèi)力、變形等。pl/4p 彎矩圖彎矩圖 剪力圖剪力圖p/2pp/2p3、失效與失效概率：、失效與失效概

24、率： 失效失效指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分不能滿足設(shè)計所規(guī)定某一指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分不能滿足設(shè)計所規(guī)定某一功能要求，即達(dá)到或超過了承載能力極限狀態(tài)或正常使用功能要求，即達(dá)到或超過了承載能力極限狀態(tài)或正常使用極限狀態(tài)中的某一限值。極限狀態(tài)中的某一限值。 失效概率失效概率作用效應(yīng)作用效應(yīng)s和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力r都是隨機(jī)變量或隨都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程，因此要絕對地保證機(jī)過程，因此要絕對地保證r總是大于總是大于s是不可能的。可是不可能的?？赡艹霈F(xiàn)能出現(xiàn)r小于小于s的情況，這種可能性的大小用概率來表示的情況，這種可能性的大小用概率來表示就是就是失效概率。失效概率。 (0)fpp zr s (0)rpp zrsl

25、 失效概率失效概率pf 如下圖所示出現(xiàn)如下圖所示出現(xiàn)rs的概率，的概率， 圖中非陰影部分面積。圖中非陰影部分面積。1frpp兩者互補(bǔ)兩者互補(bǔ))(zfzzmzfpz 0z 0z 0 現(xiàn)將現(xiàn)將z的正態(tài)分布的正態(tài)分布n( ， )轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 n(0,1)，引入標(biāo)準(zhǔn)化變量引入標(biāo)準(zhǔn)化變量t( =0, =1)，有，有)(bfp為什么常用為什么常用可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)來描述結(jié)構(gòu)可靠度？來描述結(jié)構(gòu)可靠度？21exp122zzmzzfzzmmtpdt b b)(tft) 1 , 0(nzzmzt 0zzm / fpzmztmt引入符號引入符號，令，令zzmb得得無量綱系數(shù)無量綱系數(shù)稱為稱為可

26、靠指標(biāo)可靠指標(biāo) 可靠指標(biāo)用來描述結(jié)構(gòu)可靠度的原因可靠指標(biāo)用來描述結(jié)構(gòu)可靠度的原因1.01.642.003.003.714.004.5084.1300%94.9500%97.7300%99.8650%99.9896%99.9968%99.9997%15.8700%5.0500%2.2700%0.1350%0.0104%0.0032%0.0003%fpb可靠指標(biāo)與可靠度及失效概率關(guān)系可靠指標(biāo)與可靠度及失效概率關(guān)系 如右圖所示，標(biāo)準(zhǔn)差如右圖所示，標(biāo)準(zhǔn)差 為常量時，為常量時，增加，概率密度曲線由于增加，概率密度曲線由于 的增加而向右移動，的增加而向右移動，即，即， 將將變小，變?yōu)樽冃?，變?yōu)?，結(jié)構(gòu)可靠

27、度增大。，結(jié)構(gòu)可靠度增大。 fpzzmfpfpfpzzmb(zmb增大后的值）)(zfzrp 可靠指標(biāo)是可靠度的度量，與其有一一對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系；可靠指標(biāo)是可靠度的度量，與其有一一對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系； 設(shè)某構(gòu)件中某點抗力為設(shè)某構(gòu)件中某點抗力為r，荷載效益應(yīng)力為，荷載效益應(yīng)力為s，已知，已知r和和s都服從正態(tài)分布，其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別如下圖都服從正態(tài)分布，其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別如下圖 所示，所示，試求其可靠度。試求其可靠度。22226859037294.0964314130rszzrsmmmbl 算例算例0.01%fpb 199.99%rfppb 0246810 x 10401234567x 10-5r

28、, s / mpasrfz(z)(68540, 6431)(37289, 4130)失效概率：失效概率：可靠度：可靠度：可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)5、目標(biāo)可靠指標(biāo)、目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)用作公路橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)用作公路橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)的可靠指標(biāo)。它主要是采用的可靠指標(biāo)。它主要是采用“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”并結(jié)合工程經(jīng)驗和并結(jié)合工程經(jīng)驗和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化原則加以確定的。經(jīng)濟(jì)優(yōu)化原則加以確定的。校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法就是通過對原有規(guī)范可靠度的反演計算和綜合就是通過對原有規(guī)范可靠度的反演計算和綜合分析，確定以后設(shè)計時所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。分析，確定以后設(shè)計時所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。2.2 我

29、國公路橋涵設(shè)計規(guī)范(jtg d62-2004)的計算原則一、我國一、我國公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三種狀況：三種狀況：1、持久狀況：、持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時間很長的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。時間很長的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。進(jìn)行進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計。承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計。2、短暫狀況：、短暫狀況：橋涵施工過程中承受臨時性（或荷載）的狀橋涵施工過程中承受臨時性（或荷載）的狀況，該狀況對應(yīng)的

30、是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能況，該狀況對應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計力極限狀態(tài)設(shè)計3、偶然狀況：、偶然狀況：在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震等作用的狀況。遇到地震等作用的狀況。只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計計延性破壞延性破壞三三 級級二二 級級一一 級級脆性破壞脆性破壞安全等級安全等級破壞類型破壞類型4.74.23.75.24.74.2延性破壞延性破壞三三 級級二二 級級一一 級級脆性破壞脆性破壞安全等級安全等級破壞類型破壞類型3.73.22.74.23.73.2公路橋梁目標(biāo)可靠指標(biāo)建筑結(jié)構(gòu)目

31、標(biāo)可靠指標(biāo)公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（gb/t50283-1999）建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（gb50068-2001）二、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級二、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級 根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，可分為：一級、二級、三級?？煞譃椋阂患墶⒍?、三級。公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級安全等級破壞后果破壞后果橋涵類型橋涵類型結(jié)構(gòu)重要性系結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)數(shù)0一級一級很嚴(yán)重很嚴(yán)重特大橋、重要大橋特大橋、重要大橋1.1二級二級嚴(yán)重嚴(yán)重大橋、中橋、重要大橋、中橋、重要小橋小橋1.0三級三級不嚴(yán)

32、重不嚴(yán)重小橋、涵洞小橋、涵洞0.91、設(shè)計原則、設(shè)計原則：作用效應(yīng)最不利組合作用效應(yīng)最不利組合(基本組合基本組合)設(shè)計值必須小設(shè)計值必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。即設(shè)計文件規(guī)定值。即設(shè)計文件規(guī)定值。標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值何參數(shù)何參數(shù)可靠數(shù)據(jù)時，可采用幾可靠數(shù)據(jù)時，可采用幾幾何參數(shù)設(shè)計值，當(dāng)無幾何參數(shù)設(shè)計值，當(dāng)無材料強(qiáng)度設(shè)計值；材料強(qiáng)度設(shè)計值；級、三級分別取級、三級分別取設(shè)計安全等級一級、二設(shè)計安全等級一級、二，對應(yīng)于，對應(yīng)于結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級采用結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級采用結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，按結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，按式中：式中：,),(9 . 0 , 0 . 1 , 1 . 10kdddd

33、aafafrr。三、承載能力極限狀態(tài)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式三、承載能力極限狀態(tài)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式（以塑性理論為基礎(chǔ)）：（以塑性理論為基礎(chǔ)）：rsd02、基本表達(dá)式、基本表達(dá)式:四、持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算表達(dá)式四、持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算表達(dá)式1cs2、極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式、極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式:。可參考規(guī)范相應(yīng)取值可參考規(guī)范相應(yīng)取值抗裂的應(yīng)力限值抗裂的應(yīng)力限值變形、裂縫寬度、截面變形、裂縫寬度、截面: :例如例如要求所規(guī)定的限值要求所規(guī)定的限值結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用用效應(yīng)組合設(shè)計值用效應(yīng)組合設(shè)計值; ;正常使用極限狀態(tài)的作正常使用極限狀態(tài)的作式中：式中：）（1cs1 1、設(shè)計原則、

34、設(shè)計原則: :是以結(jié)構(gòu)彈性理論或彈塑性理論為基礎(chǔ)是以結(jié)構(gòu)彈性理論或彈塑性理論為基礎(chǔ), ,采用作采用作用的短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合并考慮長期用的短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合的影響，對構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗算，效應(yīng)組合的影響，對構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗算，并使各項計算值不超過并使各項計算值不超過公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范設(shè)計規(guī)范規(guī)定的各項限值。規(guī)定的各項限值。五、持久、短暫狀況應(yīng)力設(shè)計表達(dá)式：五、持久、短暫狀況應(yīng)力設(shè)計表達(dá)式：1、設(shè)計原則、設(shè)計原則: (1) 對鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受力

35、構(gòu)件按短暫狀況設(shè)計對鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受力構(gòu)件按短暫狀況設(shè)計時計算其在制作、運輸及安裝等施工階段由自重、施工荷時計算其在制作、運輸及安裝等施工階段由自重、施工荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，并不超過限值。載產(chǎn)生的應(yīng)力，并不超過限值。（2）按持久狀況設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，應(yīng)計算其使）按持久狀況設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，應(yīng)計算其使用階段的應(yīng)力，并不超過限值。用階段的應(yīng)力，并不超過限值。2、極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式、極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式2cs 式中：式中：s：作用：作用(或荷載或荷載)標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值(其中汽車荷載應(yīng)考慮沖擊系數(shù)其中汽車荷載應(yīng)考慮沖擊系數(shù))產(chǎn)生的效應(yīng)產(chǎn)生的效應(yīng)(應(yīng)力應(yīng)力);當(dāng)有組合時不考慮荷載組合系數(shù)

36、。當(dāng)有組合時不考慮荷載組合系數(shù)。c2：結(jié)構(gòu)的功能限值（應(yīng)力）：結(jié)構(gòu)的功能限值（應(yīng)力）舉例舉例 鋼筋混凝土簡支梁橋主梁在結(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)計時的作用效應(yīng)組合計算。行設(shè)計時的作用效應(yīng)組合計算。解：解：1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應(yīng)的基本組合承載能力極限狀態(tài)

37、設(shè)計時作用效應(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)計時作用效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應(yīng)組合（1）作用短期效應(yīng)組合）作用短期效應(yīng)組合 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值為作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值為 mknmmmmmmkqkqgkminjqjkjgiksd.79.8626 .400 . 198.3857 . 0552)212111111mkn.)/(.mqik9838517459（2）作用長期效應(yīng)組合）作用長期效應(yīng)組合mknmmmmmmk

38、qkqgkminjqjkjgikld.63.7226 .404 . 098.3854 . 0552222121112mkn.)/(.mqik9838517459 作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值為作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值為:1. 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值:材料強(qiáng)度的一種特征值。是由標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度的一種特征值。是由標(biāo)準(zhǔn)試件按標(biāo)準(zhǔn)試驗方法經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計以概率分布的試件按標(biāo)準(zhǔn)試驗方法經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計以概率分布的0.05分位分位值確定的強(qiáng)度值。值確定的強(qiáng)度值。2. 取值原則：取值原則：是在符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度實測值的總體是在符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度實測值的總體中，材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于中，材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有

39、不小于95的保證率。的保證率。一、材料強(qiáng)度的取值原則一、材料強(qiáng)度的取值原則2.3 材料強(qiáng)度的取值3. 材料強(qiáng)度的設(shè)計值材料強(qiáng)度的設(shè)計值: 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù) 002. 0)47. 12 . 145. 1pssppdsssdsscefef（應(yīng)?。簯?yīng)取：或或抗壓強(qiáng)度設(shè)計值：抗壓強(qiáng)度設(shè)計值：（抗拉）（抗拉）鋼絲、鋼鉸線：鋼絲、鋼鉸線：: :度度鋼筋：普通鋼筋抗拉強(qiáng)鋼筋：普通鋼筋抗拉強(qiáng)混凝土：混凝土：mkff公式參數(shù)取值方法：公式參數(shù)取值方法：二、混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值二、混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值1、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值).

40、(fffk ,cu15015064511150f150f式中：式中： 、 分別為邊長分別為邊長150mm立方體試件抗壓強(qiáng)度立方體試件抗壓強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差。的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差。k ,cuf2、混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值k ,cuffffckf.).(.).(fcc8806451188064511150150 式中：式中： 對對c50及以下取及以下取0.76；對；對c55c80取取0.780.82；另外，考慮到另外，考慮到c40混凝土具有脆性，混凝土具有脆性， c40c80取折減系數(shù)為取折減系數(shù)為1.00.87ckf3、混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

41、值設(shè)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的變異系數(shù)設(shè)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的變異系數(shù) 與立方體抗壓強(qiáng)與立方體抗壓強(qiáng)度度 的變異系數(shù)相同，可得：的變異系數(shù)相同，可得：kf,cuf450150550645113950880.f.k ,cutk).(f.f4、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值和軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值和軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范取混凝土取混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度的材料分項系數(shù)為軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度的材料分項系數(shù)為1.45，用標(biāo)用標(biāo)準(zhǔn)值除以分項系數(shù)即可得到相應(yīng)設(shè)計值。準(zhǔn)值除以分項系數(shù)即可得到相應(yīng)設(shè)計值。（接近按

42、二級安全（接近按二級安全等級結(jié)構(gòu)分析的脆性破壞構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求）等級結(jié)構(gòu)分析的脆性破壞構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求）三、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度設(shè)計值三、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度設(shè)計值1、標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)值 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為鋼筋出廠檢驗的廢的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為鋼筋出廠檢驗的廢品限值，其保證率不小于品限值，其保證率不小于95%；l 對有明顯流幅的熱軋鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用國家對有明顯流幅的熱軋鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值l 對于無明顯流幅的鋼筋，如鋼絲，鋼絞線等，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對于無明顯流幅的鋼筋，如鋼絲，鋼

43、絞線等，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度值確定，其保證率不小于中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度值確定，其保證率不小于95%取取（為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度）作為設(shè)計取用的條件（為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度）作為設(shè)計取用的條件屈服強(qiáng)度（指相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)榍?qiáng)度（指相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時的鋼筋應(yīng)力）。時的鋼筋應(yīng)力）。2、分項系數(shù)、分項系數(shù) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范對對熱軋鋼筋和精軋螺紋鋼筋的材料性能分項系數(shù)取熱軋鋼筋和精軋螺紋鋼筋的材料性能分項系數(shù)取1.20，對鋼絞線、鋼絲等的材料性能分項系數(shù)取對鋼絞線、鋼絲等的材料性能分項系數(shù)取1.47。3

44、、設(shè)計值、設(shè)計值 抗拉設(shè)計強(qiáng)度抗拉設(shè)計強(qiáng)度 將鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的材料性能分項系數(shù)將鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的材料性能分項系數(shù)1.20或或1.47，則得到鋼筋抗拉強(qiáng)度的設(shè)計值。，則得到鋼筋抗拉強(qiáng)度的設(shè)計值。 抗壓設(shè)計強(qiáng)度抗壓設(shè)計強(qiáng)度 鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計值按鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計值按 或或 確定。確定。 和和 分別為熱軋鋼筋和鋼絞線等的彈性模量；分別為熱軋鋼筋和鋼絞線等的彈性模量； 和和 為相應(yīng)鋼為相應(yīng)鋼筋種類的受壓應(yīng)變，取筋種類的受壓應(yīng)變，取 （ ）等于）等于0.002。 （或（或 ）不得）不得大于相應(yīng)的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。大于相應(yīng)的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。 sdssfepdppfesepespsp

45、sdfpdf2.4 作用、作用的代表值和作用效應(yīng)組合 一、作用的分類：一、作用的分類： 1. 永久作用：永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時間變化，在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用；或其變化與平均值相比可忽略不計的作用； 2. 可變作用：可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時間變化，且在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用；其變化值與平均值相比較不可忽略的作用； 3. 偶然作用：偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間很短的作用。其值很大且持續(xù)時間很短的作用。二

46、、作用的代表值二、作用的代表值1. 作用的標(biāo)準(zhǔn)值作用的標(biāo)準(zhǔn)值: 各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。大值概率分布的某一分位值確定。 取值規(guī)定：取值規(guī)定：l 永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與容重確定寸與容重確定l 可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范 2. 可變作用頻遇值可變作用頻遇值： 是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。 頻遇值頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值頻遇系數(shù)頻遇系數(shù)1 3. 可變作用準(zhǔn)

47、永久值可變作用準(zhǔn)永久值 是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值：是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值： 準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù)準(zhǔn)永久值系數(shù) 2注：注： 2 1 準(zhǔn)永久值頻遇值準(zhǔn)永久值頻遇值 4、公路橋涵設(shè)計時，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值、公路橋涵設(shè)計時，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值（1） 永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。 采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計時）采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計時）采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計時）采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計時）正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：采用標(biāo)

48、準(zhǔn)值作為代表值采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值（按彈性階段計算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（按彈性階段計算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)（2） 可變作用：可變作用：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，按照公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級分別為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，按照公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級分別為1.1、1.0、0.9。 第第i個永久作用分項系數(shù)；個永久作用分項系數(shù)； 第第i個永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值；個永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值； 汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數(shù)，汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數(shù)， 1.41.4。當(dāng)某個可變作用在效應(yīng)組。當(dāng)某個可變作用在效應(yīng)組合中超過汽車荷載效應(yīng)時，則該作用取代汽車荷載，其分項系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項合中超過汽車荷載效應(yīng)時，

49、則該作用取代汽車荷載，其分項系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項系數(shù)；對于專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計時該作用的分項系數(shù)取與汽車荷系數(shù)；對于專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計時該作用的分項系數(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個可變作用效個可變作用效應(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

50、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)。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，人群荷載合系數(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，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，其組合系數(shù)取力）外尚有兩種可變作用參與組合時，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，參與組合時， 0.600.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，；

51、尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時， 0.500.50。1qkqs1qjkscgiks0giniqjkqjckqqgikgi)sss(s2110三、作用效應(yīng)組合三、作用效應(yīng)組合1 1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應(yīng)組合計時作用效應(yīng)組合：1qcccc2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用組合、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用組合:（1）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可）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)式為變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為:minjqjkjgiksdsss111（2）作用長期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)）作用長期

52、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作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值；作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值；第第j j個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計沖擊力）個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計沖擊力）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個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值；作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值；第第j j個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車

53、荷載（不計沖擊力）個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計沖擊力）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，溫度梯度作用0.80.8，其他作用，其他作用1.01.0；第第j j個可變作用效應(yīng)的頻遇值。個可變作用效應(yīng)的頻遇值。sdsj1qjkjs1ldsj2qjkjs22.5 建筑結(jié)構(gòu)基本計算原則一一、荷載分類、荷載分類 按隨時間的變異，結(jié)構(gòu)上的荷載可分為以下三類：按隨時間的變異，結(jié)構(gòu)上的荷載可分為以下三類： l永久荷載永久荷載 亦稱恒荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨亦稱恒荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽

54、略不計的荷載，如時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。 l可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨也稱為活荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載等。面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載等。l偶然荷載偶然荷載 在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、量值很大且持續(xù)時間很

55、短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。撞擊力等。 二、荷載代表值二、荷載代表值 荷載是隨機(jī)變量，任何一種荷載的大小都有一定的變荷載是隨機(jī)變量，任何一種荷載的大小都有一定的變異性。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于不同的荷載和不同的設(shè)計異性。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于不同的荷載和不同的設(shè)計情況，應(yīng)賦予荷載不同的量值，該量值即荷載代表值。情況，應(yīng)賦予荷載不同的量值，該量值即荷載代表值。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范gb50009-2001（以下簡稱（以下簡稱荷載荷載規(guī)范規(guī)范）規(guī)定：）規(guī)定：l對永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；對永久荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；l對可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合對可變荷

56、載應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值；值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值；l對偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點確定其代對偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點確定其代表值。表值。 1. 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 作用于結(jié)構(gòu)上荷載的大小具有變異性。荷載標(biāo)準(zhǔn)值就作用于結(jié)構(gòu)上荷載的大小具有變異性。荷載標(biāo)準(zhǔn)值就是結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)具有一定概率的最大荷載值是結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)具有一定概率的最大荷載值,它是荷它是荷載的基本代表值。載的基本代表值。l 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 永久荷載主要是結(jié)構(gòu)自重及粉刷、裝修、固定設(shè)備的永久荷載主要是結(jié)構(gòu)自重及粉刷、裝修、固定設(shè)備的重量。由于結(jié)構(gòu)或非承重構(gòu)件的

57、自重的變異性不大，一般重量。由于結(jié)構(gòu)或非承重構(gòu)件的自重的變異性不大，一般以其平均值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值，即可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸以其平均值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值，即可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸和材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積（或面積）的自重標(biāo)準(zhǔn)值確定。和材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積（或面積）的自重標(biāo)準(zhǔn)值確定。對于自重變異性較大的材料，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)其對結(jié)構(gòu)有對于自重變異性較大的材料，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)其對結(jié)構(gòu)有利或不利的情況，分別取其自重的下限值或上限值。利或不利的情況，分別取其自重的下限值或上限值。 l 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻偶值民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻偶值和永

58、久值系數(shù)應(yīng)按和永久值系數(shù)應(yīng)按電子教案中電子教案中表表2-4采用。采用。 2. 可變荷載準(zhǔn)永久值可變荷載準(zhǔn)永久值 在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常達(dá)到或超過的那部份荷載值（總的持在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常達(dá)到或超過的那部份荷載值（總的持續(xù)時間不低于續(xù)時間不低于25年），稱為可變荷載準(zhǔn)永久值。它對結(jié)構(gòu)年），稱為可變荷載準(zhǔn)永久值。它對結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載。的影響類似于永久荷載。 3. 可變荷載組合值可變荷載組合值 兩種或兩種以上可變荷載同時作用于結(jié)構(gòu)上時，所有可變兩種或兩種以上可變荷載同時作用于結(jié)構(gòu)上時，所有可變荷載同時達(dá)到其單獨出現(xiàn)時可能達(dá)到的最大值的概率極小，荷載同時達(dá)到其單獨出現(xiàn)時可能達(dá)到的最大值的概率極小，因

59、此，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載）仍可以其標(biāo)準(zhǔn)因此，除主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載）仍可以其標(biāo)準(zhǔn)值為代表值外，其他伴隨荷載均應(yīng)以小于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載值值為代表值外，其他伴隨荷載均應(yīng)以小于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載值為代表值，此即可變荷載組合值。為代表值，此即可變荷載組合值。4. 可變荷載頻遇值可變荷載頻遇值 在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時間僅為設(shè)計基準(zhǔn)期一小部在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時間僅為設(shè)計基準(zhǔn)期一小部份的荷載值。份的荷載值。三、極限狀態(tài)三、極限狀態(tài) 1. 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求l 結(jié)構(gòu)的安全等級結(jié)構(gòu)的安全等級 建筑物的重要程度是根據(jù)其用途決定的。不同用途的建建筑物的重要程度是根據(jù)其用途決定的。不同用途

60、的建筑物，發(fā)生破壞后所引起的生命財產(chǎn)損失是不一樣的。根筑物，發(fā)生破壞后所引起的生命財產(chǎn)損失是不一樣的。根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個安全等級三個安全等級： 影劇院、體育館和高層建筑等重要的工業(yè)與民用建筑的安影劇院、體育館和高層建筑等重要的工業(yè)與民用建筑的安全等級為一級；全等級為一級； 大量的一般工業(yè)與民用建筑的安全等級為二級；大量的一般工業(yè)與民用建筑的安全等級為二級； 次要建筑的安全等級為三級；次要建筑的安全等級為三級； 紀(jì)念性建筑及其他有特殊要求的建筑，其安全等即可根據(jù)紀(jì)念性建筑及其他有特殊要求的建筑，其安全等即可根據(jù)具體情況另行確定。具體情況