第3章極限狀態(tài)設計法學習教案

1、會計學1第第3章極限狀態(tài)章極限狀態(tài)(zhungti)設計法設計法第一頁，共53頁。內其值隨時間而變化，其變化與平均值相比不可忽略的荷載。例如，樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等，可變荷載又稱活荷載。 3)偶然荷載 在結構設計使用期內不一定(ydng)出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。例如，爆炸力、撞擊力等。第1頁/共53頁第二頁，共53頁。用年限內最大荷載概率分布的某個分位值確定。第2頁/共53頁第三頁，共53頁。次要建筑物。對人員比較集中(jzhng)使用頻繁的影劇院、體育館等，安全等級宜按一級設計；建筑物中梁、柱等各類構件的安全等級一般應與整個建筑物的安全等級相同。第3頁/

2、共53頁第四頁，共53頁。用年限更長。注意：結構的設計使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超過(chogu)設計使用年限的結構并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。第4頁/共53頁第五頁，共53頁。現(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件（如地震、爆炸等）發(fā)生時和發(fā)生后保持必需的整體(zhngt)穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。第5頁/共53頁第六頁，共53頁。條件下應有足夠的耐久性，完好使用到設計規(guī)定的年限，即設計使用年限。例如，混凝土不發(fā)生嚴重風化、腐蝕、脫落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。第6頁/共53頁第七頁，共53頁。力或者達到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。超過承載能力極限狀態(tài)后，結構或構件

3、就不能滿足安全性的要求。第7頁/共53頁第八頁，共53頁。第8頁/共53頁第九頁，共53頁。響正常使用的過大變形、過寬裂縫、局部損壞和振動。結構或構件按承載能力極限狀態(tài)進行計算后，還應該按正常使用極限狀態(tài)進行驗算。第9頁/共53頁第十頁，共53頁。載效應的總和； R 表示結構構件抗力。 2. 結構狀態(tài)根據S、R的取值不同，Z值可能出現(xiàn)三種情況（圖3-1）：第10頁/共53頁第十一頁，共53頁。圖圖3-1 極限極限(jxin)狀態(tài)方程取值示意圖狀態(tài)方程取值示意圖 Z = R-S 0 時時, 結構處于可靠狀態(tài)；結構處于可靠狀態(tài)； Z = R-S 0 時時, 結構處于極限結構處于極限(jxin)狀態(tài)

4、；狀態(tài)； Z = R-S 0 時時, 結構處于失效狀態(tài)。結構處于失效狀態(tài)。第11頁/共53頁第十二頁，共53頁。（3-2）式中，g()是函數(shù)記號，在這里稱為功能函數(shù)。g()由所研究的結構功能而定，可以是承載能力，也可以 是變形或裂縫寬度等。 x1，x2，xn 為影響該結構 功能的各種荷載效應以及材料強度、構件的幾何尺寸等。第12頁/共53頁第十三頁，共53頁。第13頁/共53頁第十四頁，共53頁。(xioyng)S、抗力R，都是服從正態(tài)分布的隨機變量且二者為線性關系。S、R的平均值分別為S、R，標準差分別為S、R， S和R的概率密度曲線如圖3一2所示。第14頁/共53頁第十五頁，共53頁。圖圖

5、3-2 R、S的概率密度分布的概率密度分布(fnb)曲線曲線第15頁/共53頁第十六頁，共53頁。能出現(xiàn)構件的抗力R小于荷載(hzi)效應S的情況。重疊區(qū)的大小與S、R以及S、R有關。所以，加大平均值之差R-S，減小標準差S和R可以使重疊的范圍減小，失效概率降低。第16頁/共53頁第十七頁，共53頁。圖圖3-3 可靠指標與失效概率可靠指標與失效概率(gil)關系示意圖關系示意圖第17頁/共53頁第十八頁，共53頁。（3-6）則 (3-7)第18頁/共53頁第十九頁，共53頁。第19頁/共53頁第二十頁，共53頁。目標可靠指標可定得稍低些。脆性破壞常常是突發(fā)性破壞，破壞前沒有明顯的預兆，所以目標

6、可靠指標就應該定得高一些。用可靠指標進行結構設計和可靠度校核，可以較全面地考慮可靠度影響因素的客觀變異性，使結構滿足預期的可靠度要求。第20頁/共53頁第二十一頁，共53頁。 第21頁/共53頁第二十二頁，共53頁。（3-8） (1)抗力分項系數(shù) R (2)永久荷載分項系數(shù) G (3)可變荷載分項系數(shù) Q第22頁/共53頁第二十三頁，共53頁。荷載效應 荷載效應 荷載效應 承載能力結構抗力 結構抗力標準值設計值組合值設計值設計值標準值式中 0結構構件的重要性系數(shù)。第23頁/共53頁第二十四頁，共53頁?？勺兒奢d同時出現(xiàn)的可能性較小，引入荷載組合值系數(shù)對其標準值折減。按承載能力極限狀態(tài)設計時，應

7、考慮作用效應的基本組合，必要時尚應考慮作用效應的偶然組合。第24頁/共53頁第二十五頁，共53頁。第25頁/共53頁第二十六頁，共53頁。第26頁/共53頁第二十七頁，共53頁。構構件構構件(gujin)不應小于不應小于0.9；在；在抗震設計中，不考慮結構構件抗震設計中，不考慮結構構件(gujin)的重要性系數(shù)；的重要性系數(shù)； G永久荷載的分項系數(shù)永久荷載的分項系數(shù) ，當永久荷載效應對結構不利時，當永久荷載效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合對由可變荷載效應控制的組合G = 1.2； 由永久荷載效應控制的組由永久荷載效應控制的組合合G = 1.35。當永久荷載效應對。當永久荷載效應對結

8、構有利時，結構有利時， 取取G 1.0；第27頁/共53頁第二十八頁，共53頁。變荷載的荷載效應系數(shù)。以上不等式右側為結構承載力，用承載力函數(shù)R（）表示，表明其為混凝土和鋼筋強度標準值 （fck、fsk）、分項系數(shù)（c、s）、幾何尺寸標準值（ak）以及其他(qt)參數(shù)的函數(shù)。第28頁/共53頁第二十九頁，共53頁。第29頁/共53頁第三十頁，共53頁。第30頁/共53頁第三十一頁，共53頁。第31頁/共53頁第三十二頁，共53頁。0.4力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計(shj)時的截面彎矩設計(shj)值。第32頁/共53頁第三十三頁，共53頁。降低對可靠度的要求。計算時取荷載標準值，不需乘分

9、項系數(shù)，也不考慮結構重要性系數(shù)0。 1. 正常使用極限狀態(tài)設計簡單表達式 S C第33頁/共53頁第三十四頁，共53頁。可靠度設計統(tǒng)一標準采用一個小于1的準永久值系數(shù)和頻遇值系數(shù)來考慮這種折減。 (1)準永久值系數(shù)， 是根據在設計基準期內荷載達到和超過該值的總持續(xù)時間與設計基準期內總持續(xù)時間的比值而確定。 (2)頻遇值系數(shù)，是根據在設計基準期間可變荷載超越(choyu)的總時間或超越(choyu)的次數(shù)來確定的。第34頁/共53頁第三十五頁，共53頁。永久值和頻遇值。其中標準值永久值和頻遇值。其中標準值稱為基本代表值，其他代表值稱為基本代表值，其他代表值可由基本代表值乘以相應的系可由基本代表值

10、乘以相應的系數(shù)得到。各類可變荷載和相應數(shù)得到。各類可變荷載和相應的組合值系數(shù)、準永久值系數(shù)、的組合值系數(shù)、準永久值系數(shù)、頻遇值系數(shù)可在荷載規(guī)范中查頻遇值系數(shù)可在荷載規(guī)范中查到。到。第35頁/共53頁第三十六頁，共53頁。 (1)荷載的標準組合標準組合主要用于當一個極限狀態(tài)被超越(choyu)時將產生嚴重的永久性損害的情況。按荷載的標準組合時，荷載效應組合的設計值 S 應按下式計算：n2iikQici1kQ1kGQCQCGCS(3-26)第36頁/共53頁第三十七頁，共53頁。是決定性因素的情況。按荷載的準永久組合時，荷載效應組合的設計值 S 應按下式計算：（3一26a）第37頁/共53頁第三十

11、八頁，共53頁。3.3.4 按極按極235N/mm2個廢品限值大體能滿足保證率個廢品限值大體能滿足保證率為為97.73，即平均值減去二倍，即平均值減去二倍的標準差。這一保證率已高于的標準差。這一保證率已高于建筑結構設計統(tǒng)一標準規(guī)建筑結構設計統(tǒng)一標準規(guī)定的保證率定的保證率95的要求，因而的要求，因而混凝土結構設計規(guī)范中取混凝土結構設計規(guī)范中取國家冶金局標準規(guī)定的廢品限國家冶金局標準規(guī)定的廢品限值作為值作為(zuwi)鋼筋強度的標鋼筋強度的標準值。準值。第38頁/共53頁第三十九頁，共53頁。圖圖3-5 鋼筋屈服鋼筋屈服(qf)強度頻率分布圖強度頻率分布圖第39頁/共53頁第四十頁，共53頁。N

12、/mm2）； fcu混凝土立方體抗壓強度的平均值（N /mm2）； 混凝土立方體抗壓強度的標準差。第40頁/共53頁第四十一頁，共53頁。f圖圖3-6 混凝土立方體強度混凝土立方體強度(qingd)的統(tǒng)計的統(tǒng)計資料資料第41頁/共53頁第四十二頁，共53頁。材料的強度設計值 = 材料強度標準值 / 材料的分項系數(shù)?；炷两Y構設計規(guī)范中同時給出了鋼筋和混凝土強度的標準值和設計值。第42頁/共53頁第四十三頁，共53頁。第43頁/共53頁第四十四頁，共53頁。第44頁/共53頁第四十五頁，共53頁。第45頁/共53頁第四十六頁，共53頁。第46頁/共53頁第四十七頁，共53頁。第47頁/共53頁第

13、四十八頁，共53頁。到規(guī)定的可靠指標，在計算中應采用荷載設計(shj)值進行計算。荷載設計(shj)值荷載的標準值 荷載分項系數(shù)第48頁/共53頁第四十九頁，共53頁。類，其含義各是什么？ 3.4 建筑結構應該滿足哪些功能要求？結構的設計工壽命如何確定？結構超過其設計工作壽命是否意味著不能再使用？為什么？ 3.5 正態(tài)分布概率密度曲線有哪些數(shù)字特征？這些數(shù)字特征各表示什么意義？正態(tài)分布概率密度曲線有何特點？第49頁/共53頁第五十頁，共53頁。 3.9 Ps失效概率pf?什么是目標可靠指標？可靠指標與結構失效概率有何定性關系？怎樣確定可靠指標？為什么說我國“規(guī)范”采用的極限狀態(tài)設計法是近似概率設計方法？其主要特點是什么？第50頁/共53頁第五十一頁，共53頁。 3.12 混凝土強度標準值是按什么原則確定的？混凝土材料分項系數(shù)和強度設計值是如何確定的？ 3.13 鋼筋的強度設計值和標準值是如何確定的？分別說明鋼筋和混凝土的強度標準值、平均值及設計值之間的關系。第51頁/共53頁第五