第三章按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法ppt課件

1、第三章 按近似概率實(shí)際的極限形狀設(shè)計(jì)法混凝土構(gòu)造原理混凝土構(gòu)造原理臺(tái)州學(xué)院臺(tái)州學(xué)院 建筑工程系建筑工程系邱戰(zhàn)洪邱戰(zhàn)洪3.1.1 構(gòu)造的功能要求平安性：構(gòu)造在正常施工和運(yùn)用時(shí)應(yīng)能接受能夠出現(xiàn)的各種荷載及外部作用，以及在偶爾事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后能堅(jiān)持必需的整體穩(wěn)定性。平安性、適用性、耐久性適用性：構(gòu)造在正常運(yùn)用時(shí)有良好的任務(wù)性能。耐久性：構(gòu)造在正常維護(hù)下，資料性能雖隨時(shí)間變化，但仍能滿足預(yù)定功能要求。3.13.1構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的功能要求3.1.2 構(gòu)造上的作用、構(gòu)造抗力“作用：使構(gòu)造或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力、變形和裂痕的緣由。3.13.1構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的功能要求按作用方式分直接作用：以力的方式，即荷載

2、間接作用：以變形的方式，即外加變形或約束變形。溫度變形、根底不均勻沉降，地震作用按作用時(shí)間分永久作用：在構(gòu)造運(yùn)用期間，其值不隨時(shí)間變化，或變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并趨于限值的荷載。自重，土壓力，預(yù)應(yīng)力可變作用：在構(gòu)造運(yùn)用期間，其值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可以忽略不計(jì)的荷載。樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載偶爾作用：在構(gòu)造運(yùn)用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且繼續(xù)時(shí)間很短的荷載。地震、爆炸、撞擊力作用效應(yīng)作用效應(yīng)S S 構(gòu)造由于各種緣由，引起內(nèi)力和變形稱為作用效應(yīng)。內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂痕。3.13.1構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的功能要求 作用效應(yīng)

3、取決于作用的方式及構(gòu)造或構(gòu)件的幾何尺寸及支承條件。見下例簡(jiǎn)支梁在跨中一集中荷載作用下跨中彎矩lPM41 例： 簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下跨中彎矩S = cQc 荷載效應(yīng)系數(shù)Q 荷載qlM281281ll41c3.13.1構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的抗力構(gòu)造的抗力R R 構(gòu)造抗力是指構(gòu)造或構(gòu)件接受作用效應(yīng)的才干。 構(gòu)造抗力的影響要素：資料性能的不確定性資料幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算方式的不確定性3.13.1構(gòu)造的功能要求構(gòu)造的功能要求是構(gòu)造或其構(gòu)件可以滿足前述某一功能要求的臨界形狀。超越這一界限，構(gòu)造或其構(gòu)件就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的該項(xiàng)功能要求而進(jìn)入失效形狀。3.2.1 極限形狀的定義：3.23.2構(gòu)

4、造極限形狀構(gòu)造極限形狀極限形狀的分類：承載才干極限形狀正常運(yùn)用極限形狀極限形狀的表現(xiàn)方式：(承)：剛體失去平衡，資料強(qiáng)度缺乏，構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，失穩(wěn)(正)：過大的變形，影響正常運(yùn)用或耐久性能的部分損壞，過大的振動(dòng)3.23.2構(gòu)造極限形狀構(gòu)造極限形狀構(gòu)造或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與構(gòu)造的荷載效應(yīng)S與構(gòu)造的抗力R有關(guān)。Z = R S由此可采用構(gòu)造的功能函數(shù) 來描畫構(gòu)造完成預(yù)定功能的情況。因抗力R和S均具有隨機(jī)性，所以只能用功能函數(shù)Z的概率來描畫。3.2.2 極限形狀分類3.23.2構(gòu)造極限形狀構(gòu)造極限形狀可靠概率有多大？ Z 0，即RS 構(gòu)造可靠Z = 0，即R=S 構(gòu)造處于極限形狀。 即RS 構(gòu)造失效

5、Z 0，失效概率有多大? 3.23.2構(gòu)造極限形狀構(gòu)造極限形狀構(gòu)造在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。一切構(gòu)造構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)展承載力計(jì)算，對(duì)某些構(gòu)件還需進(jìn)展變形和裂痕寬度的驗(yàn)算。3.3.1構(gòu)造的可靠度規(guī)定：3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 構(gòu)造的效應(yīng)S及構(gòu)造的抗力R均符合正態(tài)分布，因此構(gòu)造的功能函數(shù)也符合正態(tài)分布。如圖：圖中Z0部分(陰影)面積即為失效概率Pf圖2-1fz(Z)pfzzzZ3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 Pf 計(jì)算復(fù)雜，但(由圖看出)均值Z向右移Pf 減小，可靠度加大。令ZZ 越大， Pf 越小 ，構(gòu)造越可靠。故稱 為可靠度

6、目的。 3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法在確定構(gòu)造的可靠目的 時(shí)，應(yīng)該使構(gòu)造的失效概率降低到人們可以接受的程度，做到既平安可靠又經(jīng)濟(jì)合理。規(guī)定 ： 的取值與構(gòu)件的破壞類型及構(gòu)造的重要性有關(guān)。 3.3.2 構(gòu)造目的可靠度3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法0 S R式中 S 內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值0 構(gòu)造構(gòu)件的重要性系數(shù)， 對(duì)一、二、三級(jí)分別取1.1, 1.0, 0.9 R 構(gòu)造構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值R = R( ) = R(fc , fs , k , )3.3.3 適用設(shè)計(jì)表達(dá)式3.3.3.1 承載才干極限形狀設(shè)計(jì)表達(dá)式3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方

7、法 內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值：當(dāng)構(gòu)造上同時(shí)作用有多種可變荷載時(shí)，要思索荷載效應(yīng)的組合問題根本組合：對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合niiciQiQiQcQcGcS2kk1Q11QkGG式中 G 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)。有利時(shí)取1.0， 不利時(shí)取1.2GG 永久荷載規(guī)范值。由數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析按一定保證率確定的值，可根據(jù)荷載規(guī)范取值。3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法Qi 活荷載分項(xiàng)系數(shù)。普通情況取Q =1.4，當(dāng)樓面活荷載規(guī)范值大于4kN/m2，取 Q =1.3Qik 活荷載規(guī)范值。 cG, cQ1, cQi, 永久荷載及活荷載的作用效應(yīng)系數(shù)ci 第i個(gè)可變荷載的組合系數(shù)，無風(fēng) 1.0 ，有風(fēng) 0.6由

8、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析按一定保證率確定的值。(95%保證率)3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法niiciQiQiQcQcGcS2kk1Q11QkGG對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合GGkk1nQiQiciiiSc G cQ式中符號(hào)意義如上。 構(gòu)造構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值R = R( ) = R(fc , fs , k , )是由資料強(qiáng)度的規(guī)范值fck除以砼資料分項(xiàng)系數(shù) c 1.0所得。fc 混凝土資料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。fck是由數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析且具有95%的保證率的資料強(qiáng)度。3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法是由鋼材強(qiáng)度的規(guī)范值fsk除以資料分項(xiàng)系數(shù)(s 1.0)求得。 構(gòu)造構(gòu)件的抗力應(yīng)根

9、據(jù)截面的受力形狀不同用相應(yīng)的計(jì)算模型確定。fs 鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。fsk是由數(shù)理統(tǒng)計(jì)且具有95%保證率的資料強(qiáng)度。3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法根據(jù)極限形狀設(shè)計(jì)法，用構(gòu)造的失效概率根據(jù)極限形狀設(shè)計(jì)法，用構(gòu)造的失效概率Pf 來衡量構(gòu)造的可靠度概念十清楚確，用可靠目的來衡量構(gòu)造的可靠度概念十清楚確，用可靠目的 表示與表示與Pf一一對(duì)應(yīng)關(guān)系更容易為人們接受。在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系更容易為人們接受。在適用表達(dá)式中，是由構(gòu)造的破壞形狀和平安等級(jí)適用表達(dá)式中，是由構(gòu)造的破壞形狀和平安等級(jí)與工程閱歷校準(zhǔn)確定的分項(xiàng)等效來滿足可靠度目與工程閱歷校準(zhǔn)確定的分項(xiàng)等效來滿足可靠度目的要求的。的要求的。G,

10、 Q, s, c,中隱含著可靠度目中隱含著可靠度目的的 。3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 構(gòu)造或構(gòu)件超越正常運(yùn)用極限形狀時(shí)所呵斥的財(cái)富和生命損失要小于超越承載力極限形狀的后果，故其可靠度目的要低一些。在荷載效應(yīng)及構(gòu)造抗力計(jì)算中 。采用規(guī)范值采用規(guī)范值 構(gòu)造或構(gòu)件在繼續(xù)荷載作用下，其裂痕和變形會(huì)隨時(shí)間的推移而開展，因此討論其荷載組合時(shí)應(yīng)思索 和 的組合。 的組合。短期效應(yīng)短期效應(yīng)長(zhǎng)期效應(yīng)長(zhǎng)期效應(yīng)3.3.3.2 正常運(yùn)用極限形狀設(shè)計(jì)表達(dá)式3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 變形及裂痕寬度的驗(yàn)算 變形驗(yàn)算式中 f 受彎構(gòu)件按荷載短期效應(yīng)組合并思索長(zhǎng)期效應(yīng)組合影

11、響計(jì)算的最大撓度。flim 允許撓度 f flim3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 裂痕驗(yàn)算按運(yùn)用階段對(duì)構(gòu)造構(gòu)件裂痕的不同要求，將裂痕控制等級(jí)分為三級(jí)：一級(jí)：嚴(yán)厲要求不裂，運(yùn)用階段不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。二級(jí)：普通要求不裂，運(yùn)用階段允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)作限制。三級(jí)：允許開裂，應(yīng)驗(yàn)算裂痕寬度wmax wlim3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法 荷載效應(yīng)的規(guī)范組合 Sk：niiciSSSS2kQQ1kGks 荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合 Sq：niiqilSSS1kQGk式中，qi 第i個(gè)可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載的準(zhǔn)永久值qi3.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法例：一簡(jiǎn)支梁，跨度為6米，作用于上的均布荷載, 載規(guī)范值gk=3kN/m，分項(xiàng)系數(shù)G=1.2，活荷載規(guī)范值qk=6kN/m，分布系數(shù)Q=1.4，分別計(jì)算梁跨中截面彎矩的根本效應(yīng)組合、短期效應(yīng)組合和長(zhǎng)期效應(yīng)組合(活荷載準(zhǔn)永久系數(shù) qi = 0.4)。解：根本效應(yīng)組合(內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值)2kQkG)(81)(lqgMSmkN546)64 . 132 . 1 (8123.33.3概率極限形狀設(shè)計(jì)方法概率極限形狀設(shè)計(jì)方法荷載短期效應(yīng)組