3.3,结构按极限状态计算的基本原则.ppt

1、3.3 结构按极限状态计算的基本原则,主要内容结构功能要求作用效应和结构抗力概率极限状态设计法砼结构耐久性设计,教学要求,熟悉结构的功能要求和安全等级划分熟悉极限状态定义和分类了解失效概率和可靠指标等基本概念熟悉材料强度各分位值的关系掌握两种极限状态实用设计方法了解结构耐久性设计的方法。,结构设计共性问题,荷载大小确定,结构的功能要求,结构抗力确定,制定标准,一.结构功能要求,设计使用年限,设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。,1.结构功能要求 规范表述 在规定的设计使用年限内应满足：在正常施工和正常使用时，能承受可能出现 的各种作用；在正常使用时具有良好的工作性能

2、；在正常维护下具有足够的耐久性能；在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能 保持必需的整体稳定性。,通常表述=可靠性要求 安全性、适用性、耐久性。,可靠性：安全性、适用性、耐久性的总称。,可靠性 结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的能力。,规定的时间 设计使用年限规定的条件 正常设计、正常施工、正常使用,3.建筑结构的安全等级,根据结构破坏可能产生后果的严重性来划分。,二.荷载效应S,1.定义 由荷载引起结构或结构构件的反应，例如内力、变形、裂缝等。,2.荷载效应统计分布规律 一般荷载与荷载效应按线性关系对待，因此荷载效应与荷载有相同的统计分布规律。,三.结构抗力R,1.定义 结构

3、或构件承受作用效应的能力，如承载能力。,影响结构抗力大小的主要因素：结构的构成形态构件的几何尺寸材料性能,由材料的变异性、构件几何特征和计算模式等的不定一些，决定结构抗力也应是随机变量。,2.结构抗力统计分布规律,注：钢材保证率为97.73%95%,四.概率极限状态设计法,结构的功能要求R与S的供求关系SR失效S=R极限状态功能要求 SR,极限状态定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。,2.极限状态分类,承载能力极限状态 针对安全性，当结构或结构构件出现下列五种状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：,整个结构或结构的一部

4、分作为刚体失去平衡(如倾 覆等)；,结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳 破坏)，或因过度变形而不适于继续承载；,结构转变为机动体系；,结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)；,地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。,正常使用极限状态 针对适用性和耐久性，当结构或结构构件出现下列状态之时，应认为超过了正常使用极限状态：,影响正常使用或外观的变形；,影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括 裂缝)；,影响正常使用的振动；,影响正常使用的其他特定状态。,功能函数,3.可靠度及可靠度指标,可靠度定义 结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的概率。,失效概率,可靠度指标与失效概率的关系,可靠

5、度指标 由定义的代替失效概率Pf的指标。,可靠指标下限值,4.分项系数表述式,针对承载能力极限状态,安全等级为一级或设计使用年限为100年及 以上的结构构件，01.1,安全等级为二级或设计使用年限为50年的 结构构件，01.0,安全等级为三级或设计使用年限为5年的 结构构件，00.9,荷载效应分项系数 它是第二层次的分项系数，根据各荷载效应的变异性而确定，当与各荷载效应标准值相乘后而成为设计值。,荷载效应基本组合设计值,可变荷载效应起控制作用的组合,永久荷载效应分项系数,可变荷载效应分项系数,构件抗力分项系数 由材料的变异性而确定，构件抗力标准值除以该分项系数后成为抗力设计值。,例题1 一钢筋

6、砼屋面简支梁，跨度为6m，截面尺寸为250mm500mm，梁的负荷宽度为3.6m，已知屋面板自重标准值为3kN/m2，上人屋面活荷载标准值为2kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，可变荷载组合系数0.7,试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,梁计算简图,屋面平面简图,解：,计算gk梁自重0.250.525=3.125kN/m板自重 33.6=10.8 kN/m gk=13.93kN/m,q1k=23.6=7.2 kN/mq2k=0.53.6=1.8 kN/m,跨中弯矩设计值,支座边缘截面剪力设计值,同理,C结构或结构构件达到正常使用要求的 规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度

7、、应力等的限值，应按各有关 建筑结构设计规范的规定采用。,针对正常使用极限状态,可靠度要求低于承载能力极限状态。,准永久组合,频遇组合,标准组合,例题2 同例题1，求梁跨中挠度。,解：,五.砼结构耐久性设计,结构的耐久性是指结构对化学的、生物的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能力。,目前结构耐久性问题还未达到量化计算的程度，一般是通过设计、施工和维护等方面采取相关的措施来实现。,砼结构耐久性主要取决于内部钢筋是否锈蚀。,砼的高碱性将在钢筋表面形成一层氧化膜，它能有效地保护钢筋。但是，由于大气中的二氧化碳或其他酸性气体，将使砼中性化而降低其碱度，这种现象称砼碳化。,当砼保护层被碳化至钢

8、筋表面时，钢筋表面的氧化膜将被破坏，氧化膜破坏是导致钢筋锈蚀的必要条件，此时如有水分侵入，钢筋便会锈蚀。,碳化、锈蚀均与环境和时间有关，另外，碳化还与砼的碱性程度有关。,1.混凝土结构的耐久性应根据下表的环境类别和设计使用年限进行设计。,2.一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构，混凝土应符合下表的规定。,3.一类环境中，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为 C30；预应力混凝土结构的最低混凝土强度 等级为C40；混凝土中的最大氯离子含量为0.06；宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为3.0kgm3；混凝土

9、保护层厚度应按下表的规定增加40；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保 护层厚度可适当减少；在使用过程中，应定期维护。,4.二类和三类环境中，设计使用年限为100年 的混凝土结构，应采取专门有效措施。,5.严寒及寒冷地区的潮湿环境中，结构混凝土 应满足抗冻要求，混凝土抗冻等级应符合有 关标准的要求。,6.有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等 级应符合有关标准的要求。,7.三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用 环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应力钢筋、锚 具及连接器，应采取专门防护措施。,8.四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性 要求应符合有关标准的规定。,9.对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐 久性要求。,作业习题集2.2思考题113,