第九章概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

1、基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求直接概率設(shè)計(jì)法基于分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法一一 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與要求1 1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)時(shí)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)時(shí)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)一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)(1)承載力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于承載力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼繼 續(xù)承載的變形，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)承載的變形，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的

2、標(biāo)準(zhǔn)(2)正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能能 的某項(xiàng)規(guī)定限值，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標(biāo)準(zhǔn)的某項(xiàng)規(guī)定限值，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標(biāo)準(zhǔn)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、（如傾覆、 滑移）滑移）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞）（包括疲勞）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用

3、塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)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)）地基喪失承載能力而破壞地基喪失承載能力而破壞影響正常使用的或外影響正常使用的或外 觀的過(guò)大的變形觀的過(guò)大的變形影響正常使用或耐久影響正常使用或耐久 性的局部損壞性的局部損壞影響正常使用的振動(dòng)影響正常使用的振動(dòng)影響正常使用的其他影響正常使用的其他 特定狀態(tài)特定狀態(tài)2 2 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性，采用不同的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)等級(jí)重要建筑重要建筑一般工業(yè)與民用

4、建筑一般工業(yè)與民用建筑次要建筑物次要建筑物很嚴(yán)重很嚴(yán)重嚴(yán)重嚴(yán)重不嚴(yán)重不嚴(yán)重一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(jí)建筑物類型建筑物類型破壞后果破壞后果安全等級(jí)安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同(1) (1) 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)(2) (2) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)的設(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)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的日期設(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)定目的使用的日期類別類別1244設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限52550100示例示例臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)易于替

5、換的易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件普通房屋和構(gòu)筑普通房屋和構(gòu)筑物物紀(jì)念性建筑和特紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)別重要的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度、滿足預(yù)定功能要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度、滿足預(yù)定功能要求(1) 持久狀況：持久狀況：(2) 短暫狀況：短暫狀況：(3) 偶然狀況：偶然狀況：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、(需要時(shí)需要時(shí))正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)于不同的設(shè)計(jì)狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、可靠

6、度水準(zhǔn)和基本變量對(duì)于不同的設(shè)計(jì)狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、可靠度水準(zhǔn)和基本變量的設(shè)計(jì)值進(jìn)行可靠度驗(yàn)算的設(shè)計(jì)值進(jìn)行可靠度驗(yàn)算(3) (3) 設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況3 3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)3.23.74.2脆性破壞脆性破壞2.73.23.7延性破壞延性破壞三級(jí)三級(jí)二級(jí)二級(jí)一級(jí)一級(jí)安全等級(jí)安全等級(jí)破壞類型破壞類型承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)01.5可逆可逆不可逆不可逆結(jié)構(gòu)效應(yīng)可逆程度結(jié)構(gòu)效應(yīng)可逆程度正常使用極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)正常使用極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)二二 直接概率設(shè)計(jì)法直接概率設(shè)計(jì)法在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)失效概率不應(yīng)超過(guò)規(guī)

7、定限值在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)失效概率不應(yīng)超過(guò)規(guī)定限值pfp0用可靠指標(biāo)表示的設(shè)計(jì)表達(dá)式用可靠指標(biāo)表示的設(shè)計(jì)表達(dá)式0若結(jié)構(gòu)功能僅與作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量有關(guān)，且均服從正若結(jié)構(gòu)功能僅與作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量有關(guān)，且均服從正態(tài)分布態(tài)分布022srsrzz求出要求的抗力平均值求出要求的抗力平均值r，則要求的結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值，則要求的結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值rk=r/xr三三 基于分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的概率設(shè)計(jì)法基于分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的概率設(shè)計(jì)法1 1 設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)表達(dá)式按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)r0sr結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按建結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按建筑安全等級(jí)一、二、三筑安全等級(jí)一、

8、二、三分別取分別取1.1,1.0,0.9按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)sdcpafkrrrx),()(2110kkrniqikciqikqqgkgafrsrsrsrnikkrqikciqigkgafrsrsr10),()(由可變荷載由可變荷載效應(yīng)效應(yīng)控制的組合控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合2 2 分項(xiàng)系數(shù)分項(xiàng)系數(shù)將影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素分為作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量，將影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素分為作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量，假設(shè)均服從正態(tài)分布假設(shè)均服從正態(tài)分布022srsrzzzszrsr2020zrrzss2020(1) (1) 荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分

9、項(xiàng)系數(shù)設(shè)只有永久荷載和一種可變荷載，荷載效應(yīng)與荷載成線性關(guān)系設(shè)只有永久荷載和一種可變荷載，荷載效應(yīng)與荷載成線性關(guān)系kqkgqcgcs222)()(qqggsqqggscccczqqqqzggggzsscccc22022020引入引入gggqqq)1 ()1 (0020zqqqqqzgggggzsscccc式中式中cg、cq荷載效應(yīng)系數(shù)荷載效應(yīng)系數(shù))1 (gggkg)1 (qqqkq)1 (1)1 (10020zqqqqqkqzgggggkgzsscqccgc寫成分項(xiàng)系數(shù)形式寫成分項(xiàng)系數(shù)形式qkqgkgkqqkggzqqqqqkqzgggggkgzssssqcgccqccgc)1 (1)1 (1

10、0020其中其中g(shù)gzggggc110qqzqqqqc110(2) (2) 抗力分項(xiàng)系數(shù)抗力分項(xiàng)系數(shù)rkzrrrrkzrrrr)1 (1020zrrrrr011分項(xiàng)系數(shù)與目標(biāo)可靠指標(biāo)分項(xiàng)系數(shù)與目標(biāo)可靠指標(biāo)0及極限狀態(tài)方程中包含的全部基本變量及極限狀態(tài)方程中包含的全部基本變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有關(guān)1 如果使結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)如果使結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)0一致，則隨可變荷載一致，則隨可變荷載 效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)比值改變，各系數(shù)隨之改變，顯然這不符合效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)比值改變，各系數(shù)隨之改變，顯然這不符合實(shí)實(shí) 用要求；用要求；2 如果使荷載分項(xiàng)系數(shù)取定值，則設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)

11、際可靠指標(biāo)不如果使荷載分項(xiàng)系數(shù)取定值，則設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際可靠指標(biāo)不可可 能與目標(biāo)可靠指標(biāo)能與目標(biāo)可靠指標(biāo)0完全一致完全一致3 3 分項(xiàng)系數(shù)確定原則和方法分項(xiàng)系數(shù)確定原則和方法(1) (1) 荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)確定原則：在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值給定情況下，選定分項(xiàng)系數(shù)使按極限狀態(tài)確定原則：在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值給定情況下，選定分項(xiàng)系數(shù)使按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的目標(biāo)可設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)之間在總體上誤差為最小（即抗力在總體上誤差為最?。┛恐笜?biāo)之間在總體上誤差為最?。纯沽υ诳傮w上誤差為最小）ijkij2*kijkij*rr-ri式

12、中式中r*kij第第i種結(jié)構(gòu)在第種結(jié)構(gòu)在第j種荷載作用下，根據(jù)規(guī)定目標(biāo)可靠指種荷載作用下，根據(jù)規(guī)定目標(biāo)可靠指標(biāo)計(jì)算標(biāo)計(jì)算r，然后按下式確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值，然后按下式確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值rrkijr*rkij第第i種結(jié)構(gòu)在第種結(jié)構(gòu)在第j種荷載作用下，按實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式確種荷載作用下，按實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式確 定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值)(qkjqgkjgrikijssr統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得i隨隨g、q變化規(guī)律見圖變化規(guī)律見圖9-2，可見：，可見：永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)同號(hào)永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)同號(hào) g、=1.2 q =1.4 i最小最小永久荷載效應(yīng)與可變荷載效

13、應(yīng)異號(hào)情況下，取永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號(hào)情況下，取g=0.8 、 q =1.4 時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與同號(hào)情況時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與同號(hào)情況趨近，考慮經(jīng)濟(jì)效果趨近，考慮經(jīng)濟(jì)效果和應(yīng)用方便，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，取和應(yīng)用方便，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，取g、=1 q =1.4(2) (2) 抗力分項(xiàng)系數(shù)抗力分項(xiàng)系數(shù)確定原則：對(duì)一組給定值，使確定原則：對(duì)一組給定值，使hi達(dá)到最小為條件（即某種結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最小為條件（即某種結(jié)構(gòu)構(gòu)件在三種簡(jiǎn)單荷載效應(yīng)組合下，對(duì)給定的可靠指標(biāo)為最優(yōu)）的抗力分在三種簡(jiǎn)單荷載效應(yīng)組合下，對(duì)給定的可靠指標(biāo)為最優(yōu)）的抗

14、力分項(xiàng)系數(shù)項(xiàng)系數(shù)222*)(*jjrikijjqkjqgkjgrikijjkijkijisrssrrrh令可得令可得0riihjjjjkijrissr2*統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并未提出統(tǒng)一值，以便制訂各規(guī)范時(shí)根據(jù)具體情況作適當(dāng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并未提出統(tǒng)一值，以便制訂各規(guī)范時(shí)根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整調(diào)整第一章第一章 緒論緒論 ?第二章第二章 重力、側(cè)壓力重力、側(cè)壓力第三章第三章 風(fēng)荷載風(fēng)荷載第四章第四章 地震作用地震作用第六章第六章 荷載統(tǒng)計(jì)分析荷載統(tǒng)計(jì)分析荷載效應(yīng)組合形式、公式及計(jì)算荷載效應(yīng)組合形式、公式及計(jì)算永久荷載分項(xiàng)系數(shù)、可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取值？永久荷載分項(xiàng)系數(shù)、可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取值？第七章第七章 結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計(jì)影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的主要因素影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的主要因素材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值及其確定方法材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值及其確定方法材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及其確定方法材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及其確定方法第八章第八章 工程結(jié)構(gòu)可