工程結(jié)構(gòu)第二章

1、共二十九頁第一節(jié) 結(jié)構(gòu)概述第二節(jié) 極限狀態(tài)設(shè)計的基本概念第三節(jié) 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計原則第四節(jié) 正常(zhngchng)使用極限狀態(tài)設(shè)計原則本章(bn zhn)目錄第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理共二十九頁第一節(jié) 結(jié)構(gòu)(jigu)概述一、 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能、可靠性和可靠度二、 設(shè)計基準期了解結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度點本節(jié)目錄基本要求共二十九頁1. 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能安全性結(jié)構(gòu)在正常(zhngchng)施工和正常(zhngchng)使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設(shè)計規(guī)定的偶然事件（如強烈地震、爆炸、車輛撞擊等）發(fā)生時和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的

2、損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時具有良好的工作性能。例如，不會出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動；不會產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計使用年限。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。共二十九頁結(jié)構(gòu)可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定條件下，完成預(yù)定(ydng)功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率。 規(guī)定時間：設(shè)計基準期 規(guī)定條件：正常設(shè)計、正常施工和正常使用 預(yù)定功能：承載能力和正常使用功能2.結(jié)構(gòu)(jigu)的可靠性和可靠度共二十九頁

3、二、設(shè)計(shj)基準期設(shè)計基準期:可變荷載及與時間有關(guān)的材料性能等隨機(su j)過程的時域。公路統(tǒng)一標準：橋梁設(shè)計基準期100年。 區(qū)分概念：設(shè)計使用年限，實際壽命共二十九頁第二節(jié) 極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計的基本概念一、極限狀態(tài)的定義(dngy)和分類定義：整體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。分類： 承載能力極限狀態(tài)安全性 正常使用極限狀態(tài)適用性、耐久性共二十九頁二、承載能力極限(jxin)狀態(tài)承載能力極限(jxin)狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載力或出現(xiàn)不適于持續(xù)承載的變形

4、或變位。下列及認為超過了承載能力極限狀態(tài)： 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分作為剛體失去平衡（傾覆，滑移等） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者連接，因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不能繼續(xù)承載 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（壓屈等）結(jié)構(gòu)安全等級：三級共二十九頁設(shè)計(shj)可靠度：高低正常使用極限狀態(tài) 影響(yngxing)正常使用或外觀的變形 影響正常使用或耐久性的局部損壞（過大裂縫等） 影響正常使用的振動 影響正常使用的其他特定狀態(tài)共二十九頁三、正常使用極限(jxin)狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定的限值。下列情況可認為超過了正常使用極限狀態(tài)：-影響正常使用(

5、shyng)或外觀的變形-影響正常使用或耐久性能的局部損壞-影響正常使用的振動-影響正常使用的其他特定狀態(tài)。共二十九頁四、作用(zuyng)與作用(zuyng)分類作用-指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力，如汽車、結(jié)構(gòu)自重等，或引起結(jié)構(gòu)外形或約束、變形的原因如地震、基礎(chǔ)不均勻?qū)咏?、溫度變化等。前者為直接作用，也可以稱為荷載，后者稱為間接(jin ji)作用（不宜稱為荷載）1.永久作用在設(shè)計使用期內(nèi)，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的荷載。2.可變作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且變化值與平均值比較不可忽略的作用。共二十九頁3.偶然作用在結(jié)構(gòu)使用(shyng)期間，出現(xiàn)的概率很小

6、，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。（其表見教材P21）五、作用代表(dibio)值、作用效應(yīng)及作用效應(yīng)設(shè)計值1.作用代表值結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，針對不同設(shè)計目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用標準值、準永久值和頻遇值等。共二十九頁2）作用準永久值結(jié)構(gòu)與構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的另一種可變作用代表值，其值根據(jù)在足夠長觀測(gunc)期內(nèi)作用任意時點概率分布的0.5（或高于0.5）分位值確定。3）作用頻遇值結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的一種可變作用代表值，其值根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意時點概率分布的0.95分位值確定。共二十九頁2.作用效應(yīng)與作

7、用效應(yīng)設(shè)計(shj)值作用效應(yīng)指結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)，如彎矩、扭矩、位移等。作用效應(yīng)設(shè)計值指作用標準值效應(yīng)與作用分項系數(shù)的乘積。3.作用(zuyng)效應(yīng)組合1）基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)組合。2）偶然作用共二十九頁承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標準值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標準值效應(yīng)的組合。3）作用短期效應(yīng)組合正常使用(shyng)極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標準值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合。4）作用長期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標準值效應(yīng)與可變作用準永久值效應(yīng)的組合。共二十九頁第三節(jié) 承載能力極限狀態(tài)(zhung

8、ti)設(shè)計原則一、荷載(hzi)標準值及分項系數(shù)1.荷載標準值荷載標準值Fk 永久荷載：設(shè)計尺寸標準重力密度 可變荷載：車道荷載，車輛荷載 汽車荷載計入沖擊系數(shù)汽車荷載分為公路級和公路級。汽車荷載分車道荷載和車輛荷載。共二十九頁2.荷載分項系數(shù)m： 目的：調(diào)整(tiozhng)荷載標準值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于一致 原則：以定標準值，使可靠指標與目標值間誤差最小 永久荷載分項系數(shù)G 可變荷載效應(yīng)分項系數(shù)Q3.荷載設(shè)計值Fd結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，作用（或荷載）設(shè)計值為荷載標準值乘以相應(yīng)的作用荷載分項系數(shù)。FdmFk共二十九頁二、作用效應(yīng)(xioyng)組合（1）基本組合： 或式中Sud 承載能力

9、極限(jxin)狀態(tài)下作用基本組合設(shè)計值；0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按本規(guī)范表1.0.9規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級采用，對應(yīng)于設(shè)計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9；共二十九頁Gi 第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)(xsh)，應(yīng)按表4.1.6的規(guī)定采用；SGik、SGid 第i個永久作用效應(yīng)的標準值和設(shè)計值；Q1 汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)的分項系數(shù)，取Ql=1.4。當某個可變作用在效應(yīng)組合中其值超過汽車荷載效應(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系數(shù)；對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；計算人行道板和人行道欄桿的局部荷

10、載，其分項系數(shù)也與汽車荷載取同值；SQ1k、SQ1d汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心(lxn) 力)的標準值和設(shè)計值； Qj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)、風(fēng)荷載外的其他第j個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)，取1.4，但風(fēng)荷載的分項系數(shù)取1.l；共二十九頁SGjk、SGjd 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個可變作用效應(yīng)的標準值和設(shè)計值；c 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)(xsh)，當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)取c=0.

11、8；當除汽車荷載(含汽車沖擊力、離心力)外尚有兩種其他可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.70；尚有三種可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，取c=0.50。設(shè)計彎橋時，當離心力與制動力同時參與組合時，制動力標準值或設(shè)計值按70%取用。共二十九頁編號作用類別永久作用效應(yīng)分項系數(shù)對結(jié)構(gòu)的承載能力不利時對結(jié)構(gòu)的承載能力有利時1混凝土和圬工結(jié)構(gòu)重力（包括附加重力）1.21.0鋼結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）1.1或1.22預(yù)加力1.21.03土的重力1.21.04混凝土的收縮及徐變作用1.01.05土側(cè)壓力1.41.06水的浮力1.01.07基礎(chǔ)變位

12、作用混凝土和圬工結(jié)構(gòu)0.50.5鋼結(jié)構(gòu)1.01.0注：本表編號1中，當鋼橋采用(ciyng)鋼橋面板時，永久作用效應(yīng)分項系數(shù)取1.1；當采用混凝土橋面板時，取1.2。永久作用(zuyng)效應(yīng)的分項系數(shù) 共二十九頁（2） 偶然組合。永久作用標準值效應(yīng)(xioyng)與可變作用某種代表值效應(yīng)(xioyng)、一種偶然作用標準值效應(yīng)(xioyng)相組合。偶然作用的效應(yīng)(xioyng)分項系數(shù)取1.0；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗取用適當?shù)拇碇?。地震作用標準值及其表達式按現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定采用。共二十九頁三、材料強度(qingd)分項系數(shù)1.混凝土強度的分項系

13、數(shù) rc=1.452.鋼筋強度的分項系數(shù)rs1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋼絲(n s)和鋼絞線的抗拉強度分項系數(shù)為rs1.25/0.85=1.47共二十九頁第四節(jié)正常使用(shyng)極限狀態(tài)設(shè)計原則一、荷載(hzi)及其效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。這一狀態(tài)對應(yīng)于適用性或耐久性的功能。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，對于需要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的結(jié)構(gòu)，需要考慮可變作用的短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準永久值。眾所周知，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計僅涉及結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗裂，裂縫寬度和撓度，其結(jié)構(gòu)可靠度要比承載能力極限狀態(tài)低得多。

14、共二十九頁1.活載的頻遇值可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值，但它比可變作用的標準值小，實際上由標準值乘以小于1的頻遇值系數(shù)1得到(d do)。可變作用的準永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用取值，但它比可變作用的頻遇值又要小一些，實際上是由標準值乘以小于1的準永久值系數(shù)2的得到。規(guī)定，公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求(yoqi)，采用以下兩種效應(yīng)組合；2.荷載的效應(yīng)組合共二十九頁（1） 作用(zuyng)短期效應(yīng)組合。永久作用(zuyng)標準值效應(yīng)與可變作用(zuyng)頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達式為： (2-4)式中 Ssd作用短期效應(yīng)

15、組合設(shè)計值；1j第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）1=0.7，人群荷載1=1.0，風(fēng)荷載1=0.75，溫度梯度作用1=0.8，其他作用1=1.0；1jSQjk第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值。共二十九頁（2） 作用長期效應(yīng)組合(zh)。永久作用標準值效應(yīng)與可變作用準永久值效應(yīng)相組合(zh)，其效應(yīng)組合表達式為： (2-5) 式中 Sld作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值； 2j第j個可變作用效應(yīng)的準永久值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）2=0.4，人群荷載2=0.4，風(fēng)荷載2=0.75，溫度梯度作用2=0.8，其他作用2=1.0； 2jSQjk第j個可變作用效應(yīng)的準永久值。共二十九頁二、結(jié)構(gòu)(jigu)抗力指結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面功效限值，分裂縫寬度(kund)限值、撓度限值或抗裂限值等1. 裂縫控制： 抗裂驗算（預(yù)A）：荷載短期效應(yīng)組合，混凝土拉應(yīng)力 裂縫寬度（鋼砼和預(yù)B）：限值 裂縫寬度按荷載短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合的影響2.變形控制： 最大撓度：荷載短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合的影響，結(jié)構(gòu)力學(xué)，剛度考慮裂縫影響，允許撓度值共二十九頁內(nèi)容摘要第一節(jié) 結(jié)構(gòu)概述。一、 結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度。 預(yù)定功能：