混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)課件

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法主要內(nèi)容：重點(diǎn)：作用、作用效應(yīng)和抗力的概念及其隨機(jī)特性

；

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)——可靠度理論；極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法表達(dá)式的基本概念及應(yīng)用；極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求混凝土結(jié)構(gòu)的1第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求§

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求§2可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。■如何在可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。

2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱2.1.1結(jié)構(gòu)的功能32.1.2結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力1.作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形的原因。直接作用：荷載

間接作用：不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震

直接作用（重力）間接作用（升溫）第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.2結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力直接作用（重力4作用分類永久作用：可變作用：偶然作用：構(gòu)件自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載地震、爆炸、撞擊等第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法作用分類構(gòu)件自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載地52.作用效應(yīng)作用效應(yīng)（S）：作用產(chǎn)生的后果

M、N、V、T、f、w

作用效應(yīng)具有隨機(jī)性

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.作用效應(yīng)作用效應(yīng)（S）：作用產(chǎn)生的后果作用效應(yīng)63.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力（R）：結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力

。Mu、Vu、[f]、[w]

結(jié)構(gòu)抗力的影響因素

材料性能的不確定性

構(gòu)件幾何參數(shù)的不確定性

計(jì)算模式的不確定性

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力的影響因素7第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法8

2.2.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)◆

區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§

2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.2.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)◆區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“9

承載力極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足安全性要求◆

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力◆

結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡◆

結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用◆

結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系◆

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法承載力極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足安全性10

正常使用極限狀態(tài)

超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足適用性和耐久性的要求。

◆

過(guò)大的變形、側(cè)移；◆

過(guò)大的裂縫；◆

過(guò)大的振動(dòng)；◆

其他正常使用要求。第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法正常使用極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不112.2.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=R-S（隨機(jī)變量）Z=R-S>0，可靠Z=R-S=0，極限狀態(tài)Z=R-S<0，失效Z=0稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.2.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法122.2.3

可靠度和可靠指標(biāo)

可靠度：可靠性的概率度量。

1.可靠概率PS2.失效概率Pf第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.2.3可靠度和可靠指標(biāo)可靠度：可靠性的概率度量。133.可靠指標(biāo)βb

—可靠指標(biāo)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.可靠指標(biāo)βb—可靠指標(biāo)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法144.目標(biāo)可靠指標(biāo)

按可靠指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法

按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)

根據(jù)其可逆程度可取0～1.5

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法4.目標(biāo)可靠指標(biāo)按可靠指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法按承載力極限狀態(tài)設(shè)15§2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法與過(guò)去采用的其他各種方法相比更為科學(xué)合理，但計(jì)算繁復(fù)，某些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也不齊全。實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用了以荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值以及相應(yīng)的“分項(xiàng)系數(shù)”來(lái)表示的方式。具體措施§2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)162.3.1承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0.9三級(jí)1.0二級(jí)1.1一級(jí)重要性系數(shù)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.3.1承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0.9三級(jí)1.0二級(jí)1.171、基本組合

（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合2、偶然組合

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1、基本組合（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合2、偶然組合第182.3.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

S≤C

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.3.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的19荷載效應(yīng)組合Ⅱ.頻遇組合

Ⅲ.準(zhǔn)永久組合

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法Ⅰ.標(biāo)準(zhǔn)組合：荷載效應(yīng)組合Ⅱ.頻遇組合Ⅲ.準(zhǔn)永久組合第二章混凝20§2.4混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性2.4.1耐久性的概念指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)條件下，不需要進(jìn)行大修和加固，而滿足正常使用和安全功能要求的能力。第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§2.4混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性2.4.1耐久性的概念第二章212.4.2《規(guī)范》對(duì)混凝土耐久性要求的規(guī)定基本原則根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.4.2《規(guī)范》對(duì)混凝土耐久性要求的規(guī)定基本原則第二章222.保證耐久性的措施（1）最小保護(hù)層厚度

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.保證耐久性的措施（1）最小保護(hù)層厚度第二章混凝土23（2）裂縫控制一級(jí)：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫二級(jí)：一般要求不出現(xiàn)裂縫三級(jí)：允許出現(xiàn)裂縫第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法（2）裂縫控制第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法24（3）混凝土的基本要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法（3）混凝土的基本要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法25（4）其他措施◆對(duì)于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計(jì)成可更換或易更換的構(gòu)件?！魧?duì)于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，宜采用帶肋環(huán)氧涂層鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護(hù)措施。◆采用有利提高耐久性的高強(qiáng)混凝土。第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法（4）其他措施第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法26第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法主要內(nèi)容：重點(diǎn)：作用、作用效應(yīng)和抗力的概念及其隨機(jī)特性

；

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)——可靠度理論；極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法表達(dá)式的基本概念及應(yīng)用；極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求混凝土結(jié)構(gòu)的27第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求§

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求§28可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大?！鋈绾卧诳煽颗c經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。

2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱2.1.1結(jié)構(gòu)的功能292.1.2結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力1.作用：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形的原因。直接作用：荷載

間接作用：不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震

直接作用（重力）間接作用（升溫）第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.1.2結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力直接作用（重力30作用分類永久作用：可變作用：偶然作用：構(gòu)件自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載地震、爆炸、撞擊等第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法作用分類構(gòu)件自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載地312.作用效應(yīng)作用效應(yīng)（S）：作用產(chǎn)生的后果

M、N、V、T、f、w

作用效應(yīng)具有隨機(jī)性

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.作用效應(yīng)作用效應(yīng)（S）：作用產(chǎn)生的后果作用效應(yīng)323.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力（R）：結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力

。Mu、Vu、[f]、[w]

結(jié)構(gòu)抗力的影響因素

材料性能的不確定性

構(gòu)件幾何參數(shù)的不確定性

計(jì)算模式的不確定性

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力的影響因素33第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法34

2.2.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)◆

區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§

2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.2.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)◆區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“35

承載力極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足安全性要求◆

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力◆

結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡◆

結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用◆

結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系◆

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法承載力極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足安全性36

正常使用極限狀態(tài)

超過(guò)該極限狀態(tài)，不能滿足適用性和耐久性的要求。

◆

過(guò)大的變形、側(cè)移；◆

過(guò)大的裂縫；◆

過(guò)大的振動(dòng)；◆

其他正常使用要求。第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法正常使用極限狀態(tài)超過(guò)該極限狀態(tài)，不372.2.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=R-S（隨機(jī)變量）Z=R-S>0，可靠Z=R-S=0，極限狀態(tài)Z=R-S<0，失效Z=0稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.2.2結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法382.2.3

可靠度和可靠指標(biāo)

可靠度：可靠性的概率度量。

1.可靠概率PS2.失效概率Pf第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.2.3可靠度和可靠指標(biāo)可靠度：可靠性的概率度量。393.可靠指標(biāo)βb

—可靠指標(biāo)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3.可靠指標(biāo)βb—可靠指標(biāo)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法404.目標(biāo)可靠指標(biāo)

按可靠指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法

按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)

根據(jù)其可逆程度可取0～1.5

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法4.目標(biāo)可靠指標(biāo)按可靠指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法按承載力極限狀態(tài)設(shè)41§2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法與過(guò)去采用的其他各種方法相比更為科學(xué)合理，但計(jì)算繁復(fù)，某些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也不齊全。實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用了以荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值以及相應(yīng)的“分項(xiàng)系數(shù)”來(lái)表示的方式。具體措施§2.3極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)422.3.1承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0.9三級(jí)1.0二級(jí)1.1一級(jí)重要性系數(shù)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.3.1承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0.9三級(jí)1.0二級(jí)1.431、基本組合

（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合2、偶然組合

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1、基本組合（2）由永久荷載效應(yīng)控制的組合2、偶然組合第442.3.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

S≤C

第二章混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法2.3.2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第二章混凝土結(jié)構(gòu)的45荷載效應(yīng)組合Ⅱ.頻遇組合

Ⅲ.準(zhǔn)永久組合

第二章混