混凝結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)課件-第二章-混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理

第二章混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法2.1結(jié)構(gòu)的功能要求和極限狀態(tài)2.1.1結(jié)構(gòu)的功能要求◆

安全性①．結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應(yīng)能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。②．在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理◆

適用性

結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。◆

耐久性

結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理◆結(jié)構(gòu)的可靠性●可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱●結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設(shè)計工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。●結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價投資越大?！袢绾卧诮Y(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間取得均衡，就是設(shè)計方法要解決的問題。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理2.1.2結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)◆

結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”?！?/p>

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)基本計算原理※承載力能力極限狀態(tài)

超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求▲結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）▲結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）▲結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用▲結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）▲結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理※正常使用極限狀態(tài)

超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求?！^大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；▲過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；▲過大的振動（不舒適）；▲其他正常使用要求。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理2.2結(jié)構(gòu)上的作用

2.2.1作用和作用效應(yīng)◆直接作用：荷載◆間接作用：混凝土的收縮溫度變化基礎(chǔ)的差異沉降地震等作用在結(jié)構(gòu)上并使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力（如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理◆荷載的分類按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類：1.永久荷載

在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。2.可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。3.偶然荷載

在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時間很短的荷載。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理2.2.2荷載代表值◆荷載的標(biāo)準(zhǔn)值1.定義將荷載視為隨機變量，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處理而得到的具有一定概率的最大荷載值2.確定⑴.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和材料的重力密度確定；⑵.可變荷載常與時間有關(guān)，在缺少大量統(tǒng)計材料的條件下，可近似按隨機變量來考慮；第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理可變荷載組合值：所謂荷載組合值是將多種可變荷載中的第一個可變荷載（產(chǎn)生荷載效應(yīng)為最大的荷載，取其標(biāo)準(zhǔn)值）以外的其它可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載組合值系數(shù)，它是承載力極限狀態(tài)設(shè)計和正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合設(shè)計時的荷載代表值。可變荷載準(zhǔn)永久值：可變荷載準(zhǔn)永久值是按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時采用的荷載代表值，它是在結(jié)構(gòu)預(yù)定使用期內(nèi)經(jīng)常作用達(dá)到和超過的可變荷載值，它對結(jié)構(gòu)的影響，在性質(zhì)上類似于永久荷載。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理可變荷載頻遇值：對可變荷載，在基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時間為規(guī)定的比較小比率或超越頻數(shù)為規(guī)定頻率的荷載值為可變荷載頻遇值。2.2.3荷載分項系數(shù)及荷載設(shè)計值第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理2.2.4荷載效應(yīng)組合1.承載能力極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合（1）基本組合由可變荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合（2）偶然組合2.正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合（1）荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合（2）荷載的頻遇組合（3）荷載的準(zhǔn)永久組合

第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進行大修即可按達(dá)到其預(yù)定功能的使用時期。設(shè)計年限可按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》確定，也可經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年。注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計使用年限與建筑物的使用壽命。2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力和材料強度2.3.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外加荷載的能力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力是材料性能（強度、彈性模量等）、構(gòu)件截面積和特征及計算模式的函數(shù)。其中材料性能是決定結(jié)構(gòu)抗力的主要因素。第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理表4.2混凝土強度設(shè)計值（N/mm2）混

凝

土

強

度

等

級強度種類符號C15C20C25C30C35C40軸心抗壓強度fc7.29.611.914.316.719.1軸心抗拉強度ft0.911.101.271.431.571.71混

凝

土

強

度

等

級C45C50C55C60C65C70C75C8021.223.125.327.529.731.833.835.91.801.891.962.042.092.142.182.22表4.3普通鋼筋強度設(shè)計值（N/mm2）種

類符號fyyf

HPB235(Q235)210210HRB335(20MnSi)300300熱軋鋼筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)3603602.3.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強度第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理2.4概率極限狀態(tài)設(shè)計法S<R可靠狀態(tài)S——荷載效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的各種作用（如荷載、不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震等）產(chǎn)生的效應(yīng)總和R——結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力S=R極限狀態(tài)S>R失效狀態(tài)Ｚ＝Ｒ－Ｓ＝g(R，S)

稱為結(jié)構(gòu)功能函數(shù)2.4.1極限狀態(tài)方程第二章混凝土結(jié)構(gòu)基本計算原理結(jié)構(gòu)