混凝土结构原理第3章按近似概率理论的极限状态设计法.ppt

1、第第3 3章章 按近似概率理论的极限状按近似概率理论的极限状态设计法态设计法3.1 极限状态3.2 按近似概率理论的极限状态设计法3.3 实用设计表达式3.1 极限状态1、作用、荷载、直接作用、间接作用（1）作用：使结构或结构构件产生内力和变形的原因。（2）荷载：施加在结构上的集中力或分布力（3）直接作用：荷载属于直接作用（4）间接作用：除荷载以外的引起结构外加变形或约束变形的原因。2、作用效应、荷载效应（1）作用效应：由作用引起的结构或构件的反应。（2）荷载效应：由于荷载的作用引起的结构或构件的反应。（举例说明）（举例说明）一、结构上的作用3、荷载的分类荷荷载载的的分分类类又称恒荷载，在结构

2、设计使用期间，又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载，如结构的均值相比可以忽略的荷载，如结构的自重、土压力，固定设备等；自重、土压力，固定设备等；又称活荷载，在结构设计使用期间其又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化，如楼面堆放荷载、值随时间而变化，如楼面堆放荷载、吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷载等；载等；在结构设计基准期内不一定出现，一在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、撞击力等；荷载，如爆炸力、

3、撞击力等；永久荷载永久荷载GPermanent load可变荷载可变荷载QVariable load偶然荷载偶然荷载Accidental load荷载标准值是荷载的荷载标准值是荷载的基本代表值基本代表值。指结构构件在使用期间的正。指结构构件在使用期间的正常情况下可能出现的最大荷载值，采用数理统计的方法确定的常情况下可能出现的最大荷载值，采用数理统计的方法确定的具有一定概率具有一定概率的的最大荷载值最大荷载值称为荷载的标准值称为荷载的标准值S Sk k。（1）荷载的标准值QkCharacteristic Value可变荷载的可变荷载的最大值并非长期作用于结构最大值并非长期作用于结构之上，在考虑荷

4、载长期之上，在考虑荷载长期效应组合时，应对其效应组合时，应对其标准值进行折减标准值进行折减。荷载的准永久值指可变。荷载的准永久值指可变荷载在结构设计基准期内荷载在结构设计基准期内经常作用的那部分荷载经常作用的那部分荷载。q准永久准永久值系数值系数（2）荷载准永久值Quasi-permanent Value4、荷载的代表值当结构构件承受当结构构件承受两种或两种以上两种或两种以上的可变荷载时，各种可变荷载的可变荷载时，各种可变荷载不可能同时以其最大值（标准值）出现不可能同时以其最大值（标准值）出现，除一个主要可变荷载除一个主要可变荷载外，外，其余可变荷载其余可变荷载应在标准值应在标准值上乘以小于上

5、乘以小于1的组合系数的组合系数对可变荷对可变荷载标准值进行折减。载标准值进行折减。（3）荷载组合值Combination Value对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值比率或超越频率为规定频率的荷载值(4)荷载频遇值二、结构的功能要求1、结构的安全等级、结构的安全等级（1）确定原则：根据破坏后果的严重性；）确定原则：根据破坏后果的严重性；（2）等级标准：表）等级标准：表3-1。建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般房屋三级不严重次要的房屋2、设计使用年限

6、：设计规定的一个时期。在该时间内，建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用。设计使用年限分类设计使用年限分类类别1234设计使用年限52550100示例临时性建筑易于替换的结构构件普通房屋和构筑物纪念性建筑和特别重要的建筑（1 1）结构的安全性：）结构的安全性：在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然试件发生时及发生后，仍然能保持必要的整体稳定性。（2 2）结构的适用性：）结构的适用性：结构在正常使用时具有良好的工作性能。（3 3）结构的耐久性：）结构的耐久性：结构在正常的维护下具有足够的耐久性。（即结构能正常使用到规定的设计使用年

7、限）。它根据环境类别和设计使用年限进行设计。3、结构的功能要求三、结构的功能极限状态1、极限状态的一般定义、极限状态的一般定义 能能完完成成预预定定的的各各项项功功能能时时，结结构构处处于于有有效效状状态态；反反之之，则则处处于于失失效效状状态态，有有效效状状态态和和失失效效状状态态的的分分界界，称称为为极极限状态限状态，是结构开始失效的标志。，是结构开始失效的标志。结构或构件不能满足某一功能要求的特定状态。结构或构件不能满足某一功能要求的特定状态。结结构构或或构构件件达达到到最最大大承承载载能能力力或或者者达达到到不不适适于于继继续续承承载载的的变变形状态形状态。2、承载力能力极限状态承载力

8、能力极限状态 Ultimate Limit State结构或构件达到影响结构或构件达到影响正常使用正常使用或或耐久性能耐久性能的某项规定限值的的某项规定限值的状态。状态。3、正常使用极限状态正常使用极限状态 Serviceability Limit State承载力能力极限状态承载力能力极限状态结构的安全性结构的安全性正常使用极限状态正常使用极限状态结构的适用性和耐久性结构的适用性和耐久性可靠水平高可靠水平高可靠水平低可靠水平低四、极限状态方程1、结构的功能函数Z=R-S0,或或S R 可靠可靠 Z=R-S=0,或或S=R 极限状态极限状态Z=R-S R 失效失效极限状态方程极限状态方程Z=0

9、或或R-S=0RSZ0可靠区1、结构的可靠性与可靠度 结构的可靠性结构的可靠性 reliability 可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称 指指结结构构在在规规定定的的使使用用期期限限内内，在在规规定定的的条条件件下下（正正常常设设计计、正正常常施施工工、正正常常使使用用和和维维护护），完完成成预预定定结结构构功功能能的的能能力。力。结构的可靠度结构的可靠度 指指结结构构在在规规定定的的使使用用期期限限内内，在在规规定定的的条条件件下下（正正常常设设计计、正常施工、正常使用和维护正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。），完成预定结构功能的概率。3

10、.2 按近似概率的极限状态设计方法2、可靠概率、失效概率、可靠指标 f(Z)bszmzpfZ=R-SZ0pf=P(Z0)=P(R S)22SRZSRZsssmmm+=-=3、目标可靠指标与结构的安全等级 设计结构时预先设定结构的失效概率，其对应了一定的可靠指标目标可靠指标。（1）目标可靠指标 （2 2）结构安全级别）结构安全级别 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型重要性系数0一级很严重重要的房屋1.1二级严重一般房屋1.0三级不严重次要的房屋0.93.3 实用设计表达式1、分项系数（2）可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即 结构构件重要性系数0；荷载分项系数G、Q

11、；材料分项系数s、C；（1）引入分项系数的原因：利用积分求解失效概率困难、计算可靠指标麻烦且不便工程师设计。（3）分项系数的确定原则：由实用设计表达式求得的可靠指标满足目标可靠指标的要求。2、荷载设计值与荷载分项系数结构构件设计时，实际荷载可能大于标准值，须乘以放大系数结构构件设计时，实际荷载可能大于标准值，须乘以放大系数分项系数分项系数(G、Q)3、材料强度设计指标的取值 fff5fk1.645sf（1）混凝土的强度设计指标混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值fcuk混凝土设计值混凝土设计值混凝土强度分项系数为1.4（2）钢筋强度设计指标钢筋强度标准值钢筋强度标准值热轧钢筋抗

12、拉强度标准值用热轧钢筋抗拉强度标准值用fyk表示。表示。规范规范取国家冶金局标准取国家冶金局标准规定的钢筋出厂检验的规定的钢筋出厂检验的废品限值废品限值作为钢筋强度的标准值，其作为钢筋强度的标准值，其保证保证率大于率大于95%。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极限抗拉强极限抗拉强度度确定，用确定，用fptk表示。表示。钢筋强度设计值钢筋强度设计值钢筋强度分项系数见表3-4两种荷载效应组合：两种荷载效应组合：1、基本组合基本组合二、承载能力极限状态设计表达式（1）由可变荷载效应控制的组合（2）由永久荷载效应控制的组合按按正常使用极限状态

13、设计时，变形过大或裂缝过宽虽影响正常正常使用极限状态设计时，变形过大或裂缝过宽虽影响正常使用，但使用，但危害程度不及承载力危害程度不及承载力引起的结构破坏造成的损失那么引起的结构破坏造成的损失那么大，所以可大，所以可适当降低对可靠度的要求适当降低对可靠度的要求。材料强度、荷载均采用其标准值，即分项系数一律取为材料强度、荷载均采用其标准值，即分项系数一律取为1.0，重，重要性系数也取为要性系数也取为1.0。荷载的短期组合荷载的短期组合：短暂状况下，包括短期作用在内的全部可：短暂状况下，包括短期作用在内的全部可变荷载的效应与永久荷载的效应的组合。变荷载的效应与永久荷载的效应的组合。三、正常使用极限

14、状态设计表达式荷载的长期组合荷载的长期组合：持久状况下，可变荷载中长期作用的那部：持久状况下，可变荷载中长期作用的那部分荷载（即荷载的准永久值）的效应与永久荷载的效应的组分荷载（即荷载的准永久值）的效应与永久荷载的效应的组合。合。荷载的频遇组合荷载的频遇组合：当一个极限被超越时，将产生局部损害的、：当一个极限被超越时，将产生局部损害的、较大变形或短暂振动的情况。较大变形或短暂振动的情况。结构构件设计的一般内容n1、确定计算简图；n2、用力学方法进行荷载效应计算SGK，SQK；n3、利用荷载效应组合公式进行组合，得到Sn4、根据0S R进行构件设计（确定配筋等）。构件抗力R按相应公式进行抗力计算；n5、进行构件变形和裂缝控制等级进行验算。