第九章概率極限狀態(tài)設(shè)計法

1、基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標和要求直接概率設(shè)計法基于分項系數(shù)表達的概率極限狀態(tài)設(shè)計法一一 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標與要求結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標與要求1 1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)時就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)時就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)(1)承載力極限狀態(tài)：對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載力或不適于承載力極限狀態(tài)：對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載力或不適于繼繼 續(xù)承載的變形，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標準續(xù)承載的變形，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的

2、標準(2)正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能能 的某項規(guī)定限值，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標準的某項規(guī)定限值，是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標準整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、（如傾覆、 滑移）滑移）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞）（包括疲勞）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用

3、塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）（如細長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）地基喪失承載能力而破壞地基喪失承載能力而破壞影響正常使用的或外影響正常使用的或外 觀的過大的變形觀的過大的變形影響正常使用或耐久影響正常使用或耐久 性的局部損壞性的局部損壞影響正常使用的振動影響正常使用的振動影響正常使用的其他影響正常使用的其他 特定狀態(tài)特定狀態(tài)2 2 結(jié)構(gòu)安全等級和設(shè)計狀況結(jié)構(gòu)安全等級和設(shè)計狀況結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴重性，采用不同的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴重性，采用不同的安全等級等級重要建筑重要建筑一般工業(yè)與民用

4、建筑一般工業(yè)與民用建筑次要建筑物次要建筑物很嚴重很嚴重嚴重嚴重不嚴重不嚴重一級一級二級二級三級三級建筑物類型建筑物類型破壞后果破壞后果安全等級安全等級建筑結(jié)構(gòu)安全等級建筑結(jié)構(gòu)安全等級建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同(1) (1) 結(jié)構(gòu)安全等級結(jié)構(gòu)安全等級(2) (2) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的日期設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的日期類別類別1244設(shè)計使用年限設(shè)計使用年限52550100示例示例臨時性結(jié)構(gòu)臨時性結(jié)構(gòu)易于替

5、換的易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件普通房屋和構(gòu)筑普通房屋和構(gòu)筑物物紀念性建筑和特紀念性建筑和特別重要的建筑結(jié)別重要的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度、滿足預(yù)定功能要求結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度、滿足預(yù)定功能要求(1) 持久狀況：持久狀況：(2) 短暫狀況：短暫狀況：(3) 偶然狀況：偶然狀況：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計承載能力極限狀態(tài)設(shè)計、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計承載能力極限狀態(tài)設(shè)計、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計、(需要時需要時)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計正常使用極限狀態(tài)設(shè)計承載能力極限狀態(tài)設(shè)計承載能力極限狀態(tài)設(shè)計對于不同的設(shè)計狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、可靠

6、度水準和基本變量對于不同的設(shè)計狀況，可采用不同的結(jié)構(gòu)體系、可靠度水準和基本變量的設(shè)計值進行可靠度驗算的設(shè)計值進行可靠度驗算(3) (3) 設(shè)計狀況設(shè)計狀況3 3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標可靠指標結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標可靠指標3.23.74.2脆性破壞脆性破壞2.73.23.7延性破壞延性破壞三級三級二級二級一級一級安全等級安全等級破壞類型破壞類型承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標01.5可逆可逆不可逆不可逆結(jié)構(gòu)效應(yīng)可逆程度結(jié)構(gòu)效應(yīng)可逆程度正常使用極限狀態(tài)的目標可靠指標正常使用極限狀態(tài)的目標可靠指標二二 直接概率設(shè)計法直接概率設(shè)計法在規(guī)定的時間段內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)失效概率不應(yīng)超過規(guī)

7、定限值在規(guī)定的時間段內(nèi)，在規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)失效概率不應(yīng)超過規(guī)定限值pfp0用可靠指標表示的設(shè)計表達式用可靠指標表示的設(shè)計表達式0若結(jié)構(gòu)功能僅與作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量有關(guān)，且均服從正若結(jié)構(gòu)功能僅與作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量有關(guān)，且均服從正態(tài)分布態(tài)分布022srsrzz求出要求的抗力平均值求出要求的抗力平均值r，則要求的結(jié)構(gòu)抗力標準值，則要求的結(jié)構(gòu)抗力標準值rk=r/xr三三 基于分項系數(shù)表達的概率設(shè)計法基于分項系數(shù)表達的概率設(shè)計法1 1 設(shè)計表達式設(shè)計表達式按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計r0sr結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按建結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按建筑安全等級一、二、三筑安全等級一、

8、二、三分別取分別取1.1,1.0,0.9按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計sdcpafkrrrx),()(2110kkrniqikciqikqqgkgafrsrsrsrnikkrqikciqigkgafrsrsr10),()(由可變荷載由可變荷載效應(yīng)效應(yīng)控制的組合控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合2 2 分項系數(shù)分項系數(shù)將影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素分為作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量，將影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素分為作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗力兩個基本變量，假設(shè)均服從正態(tài)分布假設(shè)均服從正態(tài)分布022srsrzzzszrsr2020zrrzss2020(1) (1) 荷載分項系數(shù)荷載分

9、項系數(shù)設(shè)只有永久荷載和一種可變荷載，荷載效應(yīng)與荷載成線性關(guān)系設(shè)只有永久荷載和一種可變荷載，荷載效應(yīng)與荷載成線性關(guān)系kqkgqcgcs222)()(qqggsqqggscccczqqqqzggggzsscccc22022020引入引入gggqqq)1 ()1 (0020zqqqqqzgggggzsscccc式中式中cg、cq荷載效應(yīng)系數(shù)荷載效應(yīng)系數(shù))1 (gggkg)1 (qqqkq)1 (1)1 (10020zqqqqqkqzgggggkgzsscqccgc寫成分項系數(shù)形式寫成分項系數(shù)形式qkqgkgkqqkggzqqqqqkqzgggggkgzssssqcgccqccgc)1 (1)1 (1

10、0020其中其中g(shù)gzggggc110qqzqqqqc110(2) (2) 抗力分項系數(shù)抗力分項系數(shù)rkzrrrrkzrrrr)1 (1020zrrrrr011分項系數(shù)與目標可靠指標分項系數(shù)與目標可靠指標0及極限狀態(tài)方程中包含的全部基本變量及極限狀態(tài)方程中包含的全部基本變量的統(tǒng)計參數(shù)有關(guān)的統(tǒng)計參數(shù)有關(guān)1 如果使結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標與目標可靠指標如果使結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標與目標可靠指標0一致，則隨可變荷載一致，則隨可變荷載 效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)比值改變，各系數(shù)隨之改變，顯然這不符合效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)比值改變，各系數(shù)隨之改變，顯然這不符合實實 用要求；用要求；2 如果使荷載分項系數(shù)取定值，則設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實

11、際可靠指標不如果使荷載分項系數(shù)取定值，則設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際可靠指標不可可 能與目標可靠指標能與目標可靠指標0完全一致完全一致3 3 分項系數(shù)確定原則和方法分項系數(shù)確定原則和方法(1) (1) 荷載分項系數(shù)荷載分項系數(shù)確定原則：在各項標準值給定情況下，選定分項系數(shù)使按極限狀態(tài)確定原則：在各項標準值給定情況下，選定分項系數(shù)使按極限狀態(tài)設(shè)計表達式設(shè)計的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標與規(guī)定的目標可設(shè)計表達式設(shè)計的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標與規(guī)定的目標可靠指標之間在總體上誤差為最?。纯沽υ诳傮w上誤差為最?。┛恐笜酥g在總體上誤差為最小（即抗力在總體上誤差為最?。﹊jkij2*kijkij*rr-ri式

12、中式中r*kij第第i種結(jié)構(gòu)在第種結(jié)構(gòu)在第j種荷載作用下，根據(jù)規(guī)定目標可靠指種荷載作用下，根據(jù)規(guī)定目標可靠指標計算標計算r，然后按下式確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標準值，然后按下式確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標準值rrkijr*rkij第第i種結(jié)構(gòu)在第種結(jié)構(gòu)在第j種荷載作用下，按實用設(shè)計表達式確種荷載作用下，按實用設(shè)計表達式確 定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標準值定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標準值)(qkjqgkjgrikijssr統(tǒng)一標準計算得統(tǒng)一標準計算得i隨隨g、q變化規(guī)律見圖變化規(guī)律見圖9-2，可見：，可見：永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)同號永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)同號 g、=1.2 q =1.4 i最小最小永久荷載效應(yīng)與可變荷載效

13、應(yīng)異號情況下，取永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號情況下，取g=0.8 、 q =1.4 時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標與同號情況時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標與同號情況趨近，考慮經(jīng)濟效果趨近，考慮經(jīng)濟效果和應(yīng)用方便，統(tǒng)一標準規(guī)定：當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，取和應(yīng)用方便，統(tǒng)一標準規(guī)定：當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，取g、=1 q =1.4(2) (2) 抗力分項系數(shù)抗力分項系數(shù)確定原則：對一組給定值，使確定原則：對一組給定值，使hi達到最小為條件（即某種結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最小為條件（即某種結(jié)構(gòu)構(gòu)件在三種簡單荷載效應(yīng)組合下，對給定的可靠指標為最優(yōu)）的抗力分在三種簡單荷載效應(yīng)組合下，對給定的可靠指標為最優(yōu)）的抗

14、力分項系數(shù)項系數(shù)222*)(*jjrikijjqkjqgkjgrikijjkijkijisrssrrrh令可得令可得0riihjjjjkijrissr2*統(tǒng)一標準并未提出統(tǒng)一值，以便制訂各規(guī)范時根據(jù)具體情況作適當統(tǒng)一標準并未提出統(tǒng)一值，以便制訂各規(guī)范時根據(jù)具體情況作適當調(diào)整調(diào)整第一章第一章 緒論緒論 ?第二章第二章 重力、側(cè)壓力重力、側(cè)壓力第三章第三章 風荷載風荷載第四章第四章 地震作用地震作用第六章第六章 荷載統(tǒng)計分析荷載統(tǒng)計分析荷載效應(yīng)組合形式、公式及計算荷載效應(yīng)組合形式、公式及計算永久荷載分項系數(shù)、可變荷載分項系數(shù)取值？永久荷載分項系數(shù)、可變荷載分項系數(shù)取值？第七章第七章 結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計結(jié)構(gòu)抗力統(tǒng)計影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的主要因素影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的主要因素材料強度的標準值及其確定方法材料強度的標準值及其確定方法材料強度設(shè)計值及其確定方法材料強度設(shè)計值及其確定方法第八章第八章 工程結(jié)構(gòu)可