《結(jié)構(gòu)的極限荷載》課件

結(jié)構(gòu)的極限荷載結(jié)構(gòu)的極限荷載是指結(jié)構(gòu)在承受荷載時(shí)所能承受的荷載極限值，當(dāng)荷載超過極限荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞。課程目標(biāo)理解極限荷載概念掌握極限荷載的定義、意義和應(yīng)用范圍。掌握極限荷載計(jì)算方法學(xué)習(xí)常見結(jié)構(gòu)的極限荷載計(jì)算方法，并能夠運(yùn)用這些方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。了解極限荷載設(shè)計(jì)規(guī)范熟悉相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并能將其應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目。培養(yǎng)結(jié)構(gòu)安全意識(shí)增強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)安全和可靠性的重視，并能夠在設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)的措施。何為極限荷載11.結(jié)構(gòu)承載力結(jié)構(gòu)能夠承受的最大荷載，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破壞或失效。22.結(jié)構(gòu)破壞結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)承受外部荷載，發(fā)生屈服、斷裂或其他形式的破壞。33.安全裕度極限荷載與設(shè)計(jì)荷載之間的差值，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。極限荷載的重要性保證結(jié)構(gòu)安全極限荷載是結(jié)構(gòu)能夠承受的最大荷載。了解極限荷載可以確保結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中不會(huì)發(fā)生破壞。合理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人員根據(jù)極限荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)能夠安全可靠地承載各種荷載。經(jīng)濟(jì)效益通過合理計(jì)算極限荷載，可以避免過度設(shè)計(jì)，節(jié)約材料成本，提高工程效益。避免災(zāi)難如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，超出極限荷載，可能會(huì)發(fā)生坍塌事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。荷載類型及其特點(diǎn)車輛荷載車輛荷載是指車輛自身重量和載貨重量對(duì)橋梁或建筑物產(chǎn)生的壓力，包括靜荷載和動(dòng)荷載。風(fēng)荷載風(fēng)荷載是風(fēng)力對(duì)建筑物或橋梁產(chǎn)生的壓力，受風(fēng)速、風(fēng)向、建筑物形狀等因素影響。雪荷載雪荷載是雪覆蓋在建筑物屋頂或其他結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的壓力，主要取決于雪的重量和積雪深度。地震荷載地震荷載是地震發(fā)生時(shí)對(duì)建筑物產(chǎn)生的沖擊力，取決于地震烈度、建筑物結(jié)構(gòu)形式等因素。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1確定極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)失效或不滿足使用要求的狀態(tài)2計(jì)算荷載效應(yīng)考慮各種荷載組合對(duì)結(jié)構(gòu)的影響3確定抗力結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等4安全可靠性驗(yàn)證確保結(jié)構(gòu)能夠安全可靠地抵抗各種荷載極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要方法，它以結(jié)構(gòu)失效或不滿足使用要求的狀態(tài)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過計(jì)算荷載效應(yīng)和抗力來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性。極限狀態(tài)極限荷載的確定極限荷載是指結(jié)構(gòu)在達(dá)到其承載能力極限之前所能承受的最大荷載。確定極限荷載對(duì)于確保結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。極限荷載的確定方法主要有兩種：試驗(yàn)法和計(jì)算法。試驗(yàn)法是指通過實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn)來測(cè)定其極限荷載，計(jì)算法是指通過理論分析和數(shù)值模擬來計(jì)算極限荷載。鋼結(jié)構(gòu)極限荷載屈服強(qiáng)度鋼材抵抗永久變形的能力抗拉強(qiáng)度鋼材在斷裂前所能承受的最大拉應(yīng)力抗剪強(qiáng)度鋼材抵抗剪切力的能力鋼結(jié)構(gòu)的極限荷載由材料的強(qiáng)度、構(gòu)件的截面尺寸和連接方式?jīng)Q定。混凝土結(jié)構(gòu)極限荷載混凝土結(jié)構(gòu)的極限荷載是指結(jié)構(gòu)在承受外部荷載時(shí)能夠達(dá)到的最大承載能力，即結(jié)構(gòu)開始發(fā)生破壞或失效的荷載值。混凝土結(jié)構(gòu)的極限荷載取決于材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、連接方式、施工質(zhì)量等多種因素。一般來說，混凝土結(jié)構(gòu)的極限荷載可以通過材料試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)計(jì)算或有限元分析等方法進(jìn)行確定。1.5強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度越高，結(jié)構(gòu)極限荷載也越大。100尺寸結(jié)構(gòu)尺寸越大，其極限荷載也越大。1.2形狀結(jié)構(gòu)形狀不同，其極限荷載也可能會(huì)有差異。1質(zhì)量施工質(zhì)量好的結(jié)構(gòu)，其極限荷載也更高。木結(jié)構(gòu)極限荷載極限荷載類型荷載描述抗壓強(qiáng)度木材在垂直于紋理方向的壓縮負(fù)荷下所能承受的極限荷載抗拉強(qiáng)度木材在平行于紋理方向的拉伸負(fù)荷下所能承受的極限荷載抗彎強(qiáng)度木材在彎曲負(fù)荷下所能承受的極限荷載抗剪強(qiáng)度木材在平行于紋理方向的剪切負(fù)荷下所能承受的極限荷載行車動(dòng)荷載分析定義與分類行車動(dòng)荷載是指起重機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)荷載，包含起升、下降、水平移動(dòng)等。影響因素行車動(dòng)荷載大小與起重機(jī)類型、工作條件、運(yùn)行速度、貨物重量等因素有關(guān)。計(jì)算方法常用計(jì)算方法包括靜力分析法、動(dòng)力分析法和模態(tài)分析法，根據(jù)具體情況選擇合適的計(jì)算方法。地震作用分析地震波傳播地震波從震源向四周傳播，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊力。結(jié)構(gòu)響應(yīng)結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)地震波的頻率和強(qiáng)度產(chǎn)生不同的振動(dòng)模式?？拐鹪O(shè)計(jì)通過合理的設(shè)計(jì)和加固，使結(jié)構(gòu)能夠承受地震作用，確保安全。雪荷載分析雪荷載類型分為靜雪荷載和活雪荷載。靜雪荷載是指在雪層堆積穩(wěn)定后形成的荷載?；钛┖奢d是指積雪在風(fēng)力作用下形成的荷載。雪荷載計(jì)算依據(jù)國家相關(guān)規(guī)范，考慮雪層厚度、雪密度、風(fēng)力影響等因素進(jìn)行計(jì)算。雪荷載影響因素包括雪的密度、雪層厚度、地形地貌、建筑物形狀等。雪荷載防治采用合理的建筑設(shè)計(jì)、屋頂坡度設(shè)計(jì)、雪荷載防治措施等。風(fēng)荷載分析1風(fēng)荷載類型風(fēng)荷載可分為風(fēng)壓和風(fēng)吸兩種，風(fēng)壓會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生向內(nèi)推力，風(fēng)吸則會(huì)產(chǎn)生向外拉力。2風(fēng)速與風(fēng)壓風(fēng)荷載的大小與風(fēng)速密切相關(guān)，風(fēng)速越大，風(fēng)壓越大。3建筑物形狀建筑物的高度、形狀和朝向都會(huì)影響風(fēng)荷載的大小和分布。4風(fēng)荷載計(jì)算風(fēng)荷載的計(jì)算需要考慮各種因素，包括風(fēng)速、建筑物形狀、地形等。爆炸荷載分析沖擊波效應(yīng)爆炸會(huì)產(chǎn)生高壓沖擊波，對(duì)結(jié)構(gòu)造成瞬時(shí)沖擊力。碎片沖擊爆炸產(chǎn)生的碎片高速飛濺，對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。熱效應(yīng)爆炸產(chǎn)生的高溫火焰會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)材料造成熱損傷。溫度荷載分析溫度變化影響溫度變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料發(fā)生熱脹冷縮。材料膨脹或收縮會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力變化，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。溫度變化還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效或破壞。溫度荷載類型溫度荷載主要分為兩種類型：長期溫度荷載和短期溫度荷載。長期溫度荷載是指持續(xù)時(shí)間較長的溫度變化，例如季節(jié)變化或長期暴露在高溫或低溫環(huán)境中。溫度荷載分析方法溫度荷載分析通常采用有限元分析方法。這種方法可以模擬結(jié)構(gòu)在不同溫度條件下的應(yīng)力分布和變形情況。此外，還需考慮材料的熱性能和結(jié)構(gòu)的幾何形狀等因素。結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估1評(píng)估目標(biāo)確定結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力2評(píng)估方法現(xiàn)場(chǎng)勘察、檢測(cè)、計(jì)算3評(píng)估結(jié)果結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、加固建議結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估是確定結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力的過程。通過現(xiàn)場(chǎng)勘察、檢測(cè)、計(jì)算等方法，評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，并提出相應(yīng)的加固建議。評(píng)估結(jié)果將作為結(jié)構(gòu)改造、維護(hù)決策的重要依據(jù)。極限荷載試驗(yàn)方法靜載試驗(yàn)逐步增加荷載，觀察結(jié)構(gòu)的變形和破壞情況。動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際荷載作用，如振動(dòng)、沖擊等，觀察結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。破壞性試驗(yàn)通過破壞結(jié)構(gòu)，研究其極限承載能力和破壞模式。非破壞性試驗(yàn)通過聲波、超聲波、射線等手段，檢測(cè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷和損傷。計(jì)算機(jī)模擬分析1有限元方法將結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并用有限個(gè)節(jié)點(diǎn)來代替單元的實(shí)際形狀。2數(shù)值計(jì)算基于有限元方法，通過建立數(shù)學(xué)模型，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。3結(jié)果分析根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)的極限荷載和變形情況進(jìn)行分析和評(píng)估。安全性的定義與指標(biāo)安全性定義結(jié)構(gòu)安全性是指結(jié)構(gòu)能夠安全可靠地承受各種荷載作用，并滿足使用功能和耐久性要求。安全性指標(biāo)安全系數(shù)、可靠度指標(biāo)等反映結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備能力，確保結(jié)構(gòu)在預(yù)定使用年限內(nèi)安全可靠。安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性、使用功能和環(huán)境條件等因素，將結(jié)構(gòu)劃分為不同的安全等級(jí)，以確保不同類型結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)安全裕度安全系數(shù)安全系數(shù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的安全裕度指標(biāo)，它反映了結(jié)構(gòu)抵抗失效的能力?？沽εc荷載結(jié)構(gòu)安全裕度是指結(jié)構(gòu)的抗力與作用在結(jié)構(gòu)上的荷載之間的差距，它反映了結(jié)構(gòu)的安全性。可靠度指標(biāo)可靠度指標(biāo)反映了結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用壽命內(nèi)可靠地滿足使用要求的概率。安全裕度計(jì)算結(jié)構(gòu)安全裕度可以通過安全系數(shù)、抗力與荷載之間的差距以及可靠度指標(biāo)等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算?？煽啃栽O(shè)計(jì)理論11.概率論基礎(chǔ)可靠性設(shè)計(jì)基于概率論，分析結(jié)構(gòu)失效的可能性。22.隨機(jī)變量模型荷載、材料強(qiáng)度等因素被視為隨機(jī)變量，建立概率分布模型。33.極限狀態(tài)方程描述結(jié)構(gòu)失效的臨界條件，將隨機(jī)變量納入方程。44.可靠度指標(biāo)衡量結(jié)構(gòu)抵抗失效的能力，目標(biāo)可靠度指標(biāo)保證結(jié)構(gòu)安全?？拐鹪O(shè)防理論抗震設(shè)計(jì)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)要求，地震烈度較高區(qū)域的建筑物需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)在震動(dòng)下不倒塌?？拐鸫胧┗A(chǔ)加固結(jié)構(gòu)減震抗震墻抗震支架計(jì)算分析采用有限元分析方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，評(píng)估其抗震能力。震害預(yù)測(cè)評(píng)估地震發(fā)生時(shí)，建筑物可能造成的損失，包括人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等?？癸L(fēng)設(shè)防理論風(fēng)荷載風(fēng)荷載是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要考慮因素之一。風(fēng)荷載的大小和方向會(huì)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向以及建筑物的外形和高度而變化。抗風(fēng)設(shè)計(jì)抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要通過合理選擇結(jié)構(gòu)形式、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、增加結(jié)構(gòu)剛度等措施來實(shí)現(xiàn)。抗風(fēng)設(shè)計(jì)需要考慮風(fēng)荷載的大小、方向、頻率以及建筑物的風(fēng)致振動(dòng)特性?？够鹪O(shè)防理論耐火極限建筑構(gòu)件在火災(zāi)中抵抗火勢(shì)的能力。耐火極限取決于構(gòu)件的材料、尺寸和結(jié)構(gòu)形式。耐火極限越長，建筑物的安全性和人員疏散時(shí)間越長。防火分隔通過防火墻、防火門等措施將建筑物分隔成多個(gè)防火區(qū)域。防火分隔可以阻止火勢(shì)蔓延，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)安全。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代工程建設(shè)的重要組成部分，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的措施。常見監(jiān)測(cè)方法包括：傳感器監(jiān)測(cè)、圖像識(shí)別分析、人工智能算法等。通過這些技術(shù)，可以有效提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，避免因結(jié)構(gòu)安全問題導(dǎo)致的重大損失。結(jié)構(gòu)安全維護(hù)措施定期檢查對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。維修保養(yǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的維修保養(yǎng)，延長使用壽命。狀態(tài)監(jiān)測(cè)采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)狀態(tài)。加固改造針對(duì)結(jié)構(gòu)安全隱患，進(jìn)行必要的加固改造。極限荷載設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范目的提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)，確保建筑安全，避免災(zāi)害。規(guī)范內(nèi)容涵蓋極限荷載計(jì)算方法、安全系數(shù)、材料特性、設(shè)計(jì)方法等。規(guī)范應(yīng)用適用于各類建筑結(jié)構(gòu)，包括房屋建筑、橋梁、隧道等。結(jié)構(gòu)使用狀況分析定期檢查定期對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，避免小問題演變成大隱患。維護(hù)保養(yǎng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用情況和環(huán)境變化進(jìn)行維護(hù)，延長結(jié)構(gòu)壽命。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通過傳感器等設(shè)備收集結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況和運(yùn)行狀況。結(jié)構(gòu)鑒定與加固方案11.評(píng)估現(xiàn)狀專業(yè)人員會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，包括外觀檢查、材料性能測(cè)試和計(jì)算分析，以確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力和安全狀態(tài)。22.確定加固方案根據(jù)評(píng)估結(jié)果，制定相應(yīng)的加固方案