混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課件第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

1、河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院p本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度 荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院要點(diǎn)要點(diǎn)n作用于結(jié)構(gòu)上的荷載取值作用于結(jié)構(gòu)上的荷載取值 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重；結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重； 外部作用（活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用等）外部作用（活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用等）n材料強(qiáng)度取值材料強(qiáng)度取值 鋼筋強(qiáng)度；混凝土強(qiáng)度鋼筋強(qiáng)度；混凝土強(qiáng)度n結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 荷載值、

2、材料強(qiáng)度值確定后荷載值、材料強(qiáng)度值確定后 如何設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)具有如何設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)目煽慷冗m當(dāng)?shù)目煽慷萵地位和作用地位和作用：總原則總原則（綱領(lǐng)）（綱領(lǐng)）預(yù)期預(yù)期的可靠度的可靠度（難點(diǎn)）（難點(diǎn)） 適用于所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：適用于所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件：建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院p 作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力p 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度及安全等級(jí)及安全等級(jí)p 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的演變混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的演變河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.1結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗

3、力1. 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)和作用效應(yīng) 作用：作用：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種原因原因p直接作用（直接作用（荷載）：以力的形式荷載）：以力的形式直接作用于結(jié)構(gòu)上直接作用于結(jié)構(gòu)上p間接作用：間接作用：以變形的形式以變形的形式作用在結(jié)構(gòu)上作用在結(jié)構(gòu)上 作用按時(shí)間變異的分類作用按時(shí)間變異的分類 永久作用永久作用 G：其值（作用位置位置）不隨時(shí)間變化（恒載）其值（作用位置位置）不隨時(shí)間變化（恒載） 可變作用可變作用 Q：其值隨時(shí)間變化（活荷載）其值隨時(shí)間變化（活荷載） 偶然作用：偶然作用：量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用作用效

4、應(yīng)作用效應(yīng) S（effect of an action） 由作用產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（軸力、剪力、彎矩、扭矩、變形、由作用產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（軸力、剪力、彎矩、扭矩、變形、裂縫等）裂縫等） 作用效應(yīng)作用效應(yīng) S 是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程是隨機(jī)變量或隨機(jī)過程河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力2. 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 R（resistance） 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力，整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度及抗裂能力等。如構(gòu)件的承載能力、剛度及抗裂能力等。 影響因素影響因素 材料性能（

5、強(qiáng)度、變形模量等）材料性能（強(qiáng)度、變形模量等） 幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸等）幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸等） 計(jì)算模式的精確性（構(gòu)件抗力計(jì)算模型）計(jì)算模式的精確性（構(gòu)件抗力計(jì)算模型）結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 R 是隨機(jī)變量是隨機(jī)變量3. 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 T （design reference period） 為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)，參數(shù)，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為規(guī)定為50年年. 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求p滿足使用功能：滿足使用功能：結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能要求預(yù)定功能要求 安全性安全性（safety class）： 不發(fā)生構(gòu)件破壞或結(jié)構(gòu)倒塌不發(fā)生構(gòu)件破壞或結(jié)構(gòu)倒塌 適用性適用性（serviceability）: 變形和裂縫寬度不超限變形和裂縫寬度不超限 耐久性耐久性（durability）：結(jié)構(gòu)材料的風(fēng)化、腐蝕和老化不：結(jié)構(gòu)材料的風(fēng)化、腐蝕和老化不超過一定限度超過一定限度p經(jīng)濟(jì)問題經(jīng)濟(jì)問題在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟(jì)的手段獲得預(yù)定功能要求在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟(jì)的手段獲得預(yù)定功能要求 合理地解決結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾合理地解決結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院

7、河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度2. 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度n結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總稱結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總稱結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠性。 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在內(nèi)，在規(guī)定的條件規(guī)定的條件下，下，完成預(yù)定功能的完成預(yù)定功能的能力。能力。（定性描述）（定性描述）n結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在內(nèi)，在規(guī)定的條件規(guī)定的條件下，完成下，完成預(yù)定預(yù)定功能功能的的概率概率。 是可靠性的概率度量。是可靠性的概率度量。 （定量描述）（定量描述）河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院

8、p 規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間：設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限（design working life） 設(shè)計(jì)規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期使用的時(shí)期 設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、使用壽命等概念之間的區(qū)別。設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、使用壽命等概念之間的區(qū)別。紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物1004普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)筑物503易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件252臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)51示示 例例設(shè)計(jì)使用年限（年）設(shè)計(jì)使用年限（年）類類 別別 p 規(guī)定的條件規(guī)定的條件 正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常

9、使用正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用3.1.2 結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能及結(jié)構(gòu)可靠度河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.3結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)n 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)(safety class)p安全等級(jí)根據(jù)安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及，即危及人的人的生命、生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度嚴(yán)重程度確定確定。安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果破壞后果建筑物類型建筑物類型一級(jí)一級(jí)很嚴(yán)重很嚴(yán)重重要的房屋重要的房屋二級(jí)二級(jí)嚴(yán)嚴(yán) 重重一般的房屋一般的房屋三級(jí)三級(jí)不嚴(yán)重不嚴(yán)重次要的房屋次要的房屋p 建筑物中建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件

10、各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與的安全等級(jí)宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等的安全等級(jí)相同，但允許對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效級(jí)相同，但允許對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。p用安全等級(jí)用安全等級(jí)區(qū)分結(jié)構(gòu)的可靠度區(qū)分結(jié)構(gòu)的可靠度建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院n 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的演變混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的演變p 容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法 特點(diǎn)特點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)單；未考慮材料的塑性；經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單；未考慮材料的塑性；經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)p 按

11、破壞階段的設(shè)計(jì)方法按破壞階段的設(shè)計(jì)方法 特點(diǎn)特點(diǎn)：考慮材料塑性，計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確；：考慮材料塑性，計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確；經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)經(jīng)驗(yàn)的安全系數(shù)p多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 特點(diǎn)特點(diǎn)：較全面地考慮了主要因素；不能計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度：較全面地考慮了主要因素；不能計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度fkuMMK0()()ckskqiikuscsffMk qMAbhkk， ， ， ，3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法n概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 水準(zhǔn)水準(zhǔn)I 半概率法半概率法把可以統(tǒng)計(jì)的因素（荷載值和材料強(qiáng)度值等）

12、用概率方法加把可以統(tǒng)計(jì)的因素（荷載值和材料強(qiáng)度值等）用概率方法加以處理，無統(tǒng)計(jì)資料的因素用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)處理。對(duì)結(jié)構(gòu)的可以處理，無統(tǒng)計(jì)資料的因素用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)處理。對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度還不能做出定量的估計(jì)?？慷冗€不能做出定量的估計(jì)。TJ10-74基本上屬于此法。基本上屬于此法。 水準(zhǔn)水準(zhǔn) 近似概率法近似概率法將結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)作為隨機(jī)變量，按將結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)作為隨機(jī)變量，按給定的概率分布給定的概率分布估估算失效概率或可靠指標(biāo)，采用算失效概率或可靠指標(biāo)，采用平均值平均值和和標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行線性化處理，稱為數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行線性化處理，稱為“一次二階矩法一次二階矩法”，

13、是一種實(shí)用的近似概率計(jì)算法。，是一種實(shí)用的近似概率計(jì)算法。 水準(zhǔn)水準(zhǔn) 全概率法全概率法河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.1 結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法小結(jié)n結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)作用、作用效應(yīng)n結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的抗力抗力n設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限；實(shí)際壽命實(shí)際壽命n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可靠性可靠性，結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠度可靠度n結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安全等級(jí)n概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（荷載值、材料強(qiáng)度值等）影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（荷載值、材料強(qiáng)度值等）用用概率的方法概率的方法確定；確定； 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)取結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)取“極限狀態(tài)極限

14、狀態(tài)”。 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院p 荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定p 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定p 各種強(qiáng)度值之間的關(guān)系各種強(qiáng)度值之間的關(guān)系河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定n 荷載的統(tǒng)計(jì)特性荷載的統(tǒng)計(jì)特性p 永久荷載永久荷載 G 是是隨機(jī)變量；隨機(jī)變量；永久荷載永久荷載 G 符合符合正態(tài)分布正態(tài)分布p 可變荷載可變荷載 Q 是是隨機(jī)過程；隨機(jī)過程； 樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載符合樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載符合極值極值 I 型分布型分布n 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常情況下，

15、可能出現(xiàn)的具有一情況下，可能出現(xiàn)的具有一定保證率（定保證率（assurance factor）的的偏大荷載值偏大荷載值 。河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院2223242526272800.050.10.150.20.250.30.350.4n 正態(tài)分布正態(tài)分布221()21( )20,0 xp xex 永久荷載永久荷載x (kN/m3)概率密度概率密度 p(x)0( )1p x dx 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)概率密度函數(shù)的性質(zhì)3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院n 極值極值I型分布型分布3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定

16、1( )0, ,0a xba xebp xebxa b 0( )1p x dx 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x) 概率密度函數(shù)的性質(zhì)概率密度函數(shù)的性質(zhì)活荷載活荷載x 概率密度概率密度 p(x)-4-20246800.050.10.150.20.250.30.350.4河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定n 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值p荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑結(jié)構(gòu)按極建筑結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)采用的采用的荷載基荷載基本代表值本代表值。p如果荷載符合如果荷載符合正態(tài)分布正態(tài)分布，且，且具有具有95%的保的保證率，則標(biāo)準(zhǔn)證率，則標(biāo)準(zhǔn)值值Pk為為 PPk2

17、32426282200.050.10.150.20.250.30.350.4荷載荷載P概率密度概率密度 f(P)Pk P+1.645+1.645 P河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定n 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值p永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk：可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸和可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸和荷載規(guī)荷載規(guī)范范規(guī)定的規(guī)定的材料容重平均值材料容重平均值確定，一般相當(dāng)于永久荷載概確定，一般相當(dāng)于永久荷載概率分布的平均值。率分布的平均值。p辦公樓、住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值辦公樓、住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk均為均為2.0kN/m2。p風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是由是

18、由基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)載乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)確定的。體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)確定的。p雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值是由建筑物所在地的是由建筑物所在地的基本雪壓基本雪壓乘以屋面積雪乘以屋面積雪分布系數(shù)確定的。分布系數(shù)確定的。注注：上述：上述荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值可由可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查取。查取。河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定n 材料強(qiáng)度的變異性及統(tǒng)計(jì)特性材料強(qiáng)度的變異性及統(tǒng)計(jì)特性p 鋼筋屈服強(qiáng)度的概率分布基本符合鋼筋屈服強(qiáng)度的概率分布基本符合正態(tài)分布正態(tài)分布。p 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值也符合

19、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值也符合正態(tài)分布正態(tài)分布。n 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值p 鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fk f aaf 。偏低值偏低值 f2426282200.050.10.150.20.250.30.350.4材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度x概率密度概率密度 p(x)fkp a a為與材料為與材料實(shí)際強(qiáng)度實(shí)際強(qiáng)度 f 低于低于fK的概的概率有關(guān)的率有關(guān)的保保證率系數(shù)證率系數(shù)。河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定p 鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值n對(duì)于熱軋鋼筋，對(duì)于熱軋鋼筋，廢品限值廢品限值相當(dāng)于屈服強(qiáng)度平均值減去相當(dāng)于屈服強(qiáng)

20、度平均值減去2倍倍標(biāo)準(zhǔn)差，即標(biāo)準(zhǔn)差，即a a 2 2，保證率為保證率為97.73%。n混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于規(guī)定的鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95%保證率。保證率。n熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值熱軋鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定p 混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值n混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定的混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為具有規(guī)定的混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為具有95% 保證保證率的強(qiáng)度值。率的強(qiáng)度值。n立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fcu,kn軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fckcucucucuc

21、u,kffff1.6451 1.645fckc1c2cu,k0.88ffa acccccucckffffc1c2f1.6451 1.645 0.881 1.645ffa a ccuc1c20.88ffa a 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2.2 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定p混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范中的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定中的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)強(qiáng)度強(qiáng)度種類種類混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fck10.013.416.720.123.426.829.632.

22、435.538.541.544.547.450.2ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.11n軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ftk混凝土強(qiáng)度的混凝土強(qiáng)度的基本代表值基本代表值為為 fcu,k。cu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffatttttkffff1.6451 1.645ftcu0.55ff0.395ckc1c2cu,k0.88ffa a河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.2 荷載和材料強(qiáng)度取值小結(jié)n重要思想重要思想：荷載取具有一定保證率的荷載取具有一定

23、保證率的偏大荷載值偏大荷載值（不是最大值）（不是最大值） 材料強(qiáng)度取具有一定保證率的材料強(qiáng)度取具有一定保證率的偏小強(qiáng)度值偏小強(qiáng)度值（不是最小值）（不是最小值）。 安全與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一；適當(dāng)?shù)目煽慷劝踩c經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一；適當(dāng)?shù)目煽慷萵荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值：按按荷載規(guī)范荷載規(guī)范查??；查取； 各種荷載的保證率不一致（統(tǒng)計(jì)資料不完備，工程經(jīng)驗(yàn)）各種荷載的保證率不一致（統(tǒng)計(jì)資料不完備，工程經(jīng)驗(yàn)）n材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：均具有大于或等：均具有大于或等95%的保證率（鋼筋強(qiáng)度保證率為的保證率（鋼筋強(qiáng)度保證率為97.78%；混凝土強(qiáng)度保證率；混凝土強(qiáng)度保證率95%） 根據(jù)根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)（立方

24、體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:基本代表值基本代表值）查規(guī)范。）查規(guī)范。n材料強(qiáng)度平均值（結(jié)構(gòu)分析材料強(qiáng)度平均值（結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)） ckc1c2cu,k0.88ffa accckff1 1.645ftttkff1 1.645fcu,kcu0.450.55tkc2f0.88 0.3951 1.645ffa河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院p 承承載能力與正常使用極限狀態(tài)載能力與正常使用極限狀態(tài)p 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法提要n結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀

25、態(tài) 定義；兩類極限狀態(tài)（安全性，適用性和耐久性）定義；兩類極限狀態(tài)（安全性，適用性和耐久性）n結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況 結(jié)構(gòu)物在建造和使用過程中結(jié)構(gòu)物在建造和使用過程中所承受的作用、所處環(huán)境條件、所承受的作用、所處環(huán)境條件、經(jīng)歷時(shí)間長短等都是不同的經(jīng)歷時(shí)間長短等都是不同的，設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)體系、，設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)體系、可可靠度水準(zhǔn)靠度水準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方法等也應(yīng)有所區(qū)別。、設(shè)計(jì)方法等也應(yīng)有所區(qū)別。n結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系式；的關(guān)系式；S = Rn結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算 失效概率；可靠指標(biāo)失效概率；可靠指標(biāo)

26、n概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般方法（概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般方法（少數(shù)重要結(jié)構(gòu)采用少數(shù)重要結(jié)構(gòu)采用）河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)p 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)某一特定狀態(tài)就不能滿足就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為，此特定狀態(tài)稱為該功能的該功能的極極限狀態(tài)限狀態(tài)。n極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。p 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類n 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)安全性安全性極限狀態(tài)。主要是破壞（

27、強(qiáng)度）極限狀態(tài)極限狀態(tài)。主要是破壞（強(qiáng)度）極限狀態(tài)n 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)適用性和耐久性適用性和耐久性極限狀態(tài)。主要是變形和裂縫寬度極限狀極限狀態(tài)。主要是變形和裂縫寬度極限狀態(tài)態(tài)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n承載能力極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)（安全性安全性） 3點(diǎn)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力（強(qiáng)度破壞）最大承載能力（強(qiáng)度破壞）； 達(dá)到達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形（失穩(wěn)、滑移、傾覆等）；或因不適于繼續(xù)承載的變形（失穩(wěn)、滑移、傾覆等）；或因結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。結(jié)構(gòu)局部破壞而引發(fā)的連續(xù)倒塌。 標(biāo)志和限值n結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)

28、件出現(xiàn)強(qiáng)度破壞強(qiáng)度破壞（最主要的承載能力問題）（最主要的承載能力問題）n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為剛體失去平衡剛體失去平衡（如傾覆等）（如傾覆等） n結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系機(jī)動(dòng)體系 n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定喪失穩(wěn)定（如壓屈等）（如壓屈等） n地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等） 對(duì)于任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)對(duì)于任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。行設(shè)計(jì)。 河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)n正常使用極限狀態(tài)（正常使用極限狀態(tài)（適用性和耐久性適用性和耐久性）兩點(diǎn)：結(jié)構(gòu)或

29、構(gòu)件達(dá)到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到適用性適用性和和耐久性耐久性極限狀態(tài)極限狀態(tài)標(biāo)志和限值n結(jié)構(gòu)變形或振幅達(dá)到某一限值；結(jié)構(gòu)變形或振幅達(dá)到某一限值；n不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，混凝土應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度；不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，混凝土應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度；n允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，裂縫寬度超過某一限值；允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，裂縫寬度超過某一限值；n其他特定狀態(tài)，如相對(duì)沉降量過大等其他特定狀態(tài)，如相對(duì)沉降量過大等。注意：注意：n兩類極限狀態(tài)中，兩類極限狀態(tài)中，承載能力極限狀態(tài)最重要承載能力極限狀態(tài)最重要，對(duì)所有結(jié)構(gòu)均應(yīng)，對(duì)所有結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮考慮n兩類極限狀態(tài)中，兩類極限狀態(tài)中，均有變形限值均有變形限值，但量值不同，

30、應(yīng)注意區(qū)分。，但量值不同，應(yīng)注意區(qū)分。河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況p 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況n 持久設(shè)計(jì)狀況：持久設(shè)計(jì)狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況。房房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況屋結(jié)構(gòu)承受家具和正常人員荷載的狀況 n 短暫設(shè)計(jì)狀況：短暫設(shè)計(jì)狀況：出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)時(shí)間很短出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)時(shí)間很短的狀況。的狀況。結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)承受堆料和施工荷載的狀況結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)承受堆料和施工荷載的狀況 n 偶然設(shè)計(jì)狀況：偶然設(shè)計(jì)狀況：

31、在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用的狀況結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用的狀況 n地震設(shè)計(jì)狀況：結(jié)構(gòu)遭受地震時(shí)的情況。 p 以上以上4種狀況均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)種狀況均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)n對(duì)對(duì)偶然設(shè)計(jì)狀況偶然設(shè)計(jì)狀況，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件而局，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時(shí)間內(nèi)部破壞，但其剩余部分具有在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度；可的可靠度；可不不進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；進(jìn)行正常

32、使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；n對(duì)對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況持久設(shè)計(jì)狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；n對(duì)對(duì)短暫設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況地震設(shè)計(jì)狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程p 結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的“工作狀態(tài)工作狀態(tài)” 結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況稱為結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況稱為“工作狀態(tài)工作狀態(tài)”，可用功能，可用功能函數(shù)描述。函數(shù)描述。p結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) Z的一般表達(dá)式的一般表達(dá)式n Z = g ( X1, X2 , , Xn )隨機(jī)

33、性基本變量隨機(jī)性基本變量p 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的一般表達(dá)式一般表達(dá)式n Z = g ( X1, X2 , , Xn ) = 0p 只包含兩個(gè)變量的功能函數(shù)只包含兩個(gè)變量的功能函數(shù) n Z = g ( R, S )=R Sp 只包含兩個(gè)變量只包含兩個(gè)變量的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程 n Z = g ( R, S )=R S = 0河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程n用功能函數(shù)用功能函數(shù)Z判別結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)判別結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 當(dāng)當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)可靠狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng)Z0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)失效

34、狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)極限狀態(tài)。n結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z= R-S0的概率的概率稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率 。 功能函數(shù)功能函數(shù)Z=R-S服從正態(tài)分布，服從正態(tài)分布， ， 。結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過 Z 0 的概率來表達(dá)：的概率來表達(dá)： fpzRS22zRS+河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 pf0隨機(jī)變量隨機(jī)變量 R, S概率密度概率密度 p S R R spf = P( Z=R-S 0)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河

35、南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率 pf ( R,S 均服從正態(tài)分布均服從正態(tài)分布 )bbZ0隨機(jī)變量隨機(jī)變量 Z概率密度概率密度 p Zpf = P( Z 0)22ZRS+ Z = R S 200110exp22ZfZZZpP Zf Z dZdZ22RSZZRSb+河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)b bn 失效概率計(jì)算復(fù)雜，故引入失效概率計(jì)算復(fù)雜，故引入可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)b b 來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的可靠性來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的可靠性。 200110exp22ZfZZZpP Zf Z

36、 dZdZ21exp22ZZZZfZZtpPdtt ZfZpb ,ZZN0,1NZZZt22RSZZRSb+n b b 越大，失效概率就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故越大，失效概率就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故b b 稱為稱為可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)。n當(dāng)基本變量為當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。zzz, 0dZdtZt+河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo) 當(dāng)僅有

37、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布按正態(tài)分布時(shí)時(shí) 當(dāng)基本變量當(dāng)基本變量不按正態(tài)分布不按正態(tài)分布時(shí)，用當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)時(shí)，用當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差代入上式計(jì)算。例如，當(dāng)荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力均服從準(zhǔn)差代入上式計(jì)算。例如，當(dāng)荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力均服從對(duì)對(duì)數(shù)正態(tài)分布數(shù)正態(tài)分布時(shí)時(shí) 22RSZZRSb+2SR2SR22RS1ln1+ln1+1b+河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 可靠指標(biāo)與失效概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系可靠指標(biāo)與失效概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系p 計(jì)算可靠指標(biāo)計(jì)算可靠指標(biāo) b b 的一般方法的一般方法n使用原

38、因使用原因n 變量不一定服從正態(tài)分布變量不一定服從正態(tài)分布n 極限狀態(tài)方程是非線性的極限狀態(tài)方程是非線性的n 變量通常多于二個(gè)變量通常多于二個(gè)n國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)JCSS推薦的方法推薦的方法: 一次二階一次二階矩法（矩法（JC法法）河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算p 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) b b n定義定義: 設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱為應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱為設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而

39、取定的，所以又稱為要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱為目標(biāo)可靠指目標(biāo)可靠指標(biāo)（標(biāo)（target reliability index）。n確定方法確定方法: 校準(zhǔn)法（校準(zhǔn)法（工程經(jīng)驗(yàn)；可靠與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一工程經(jīng)驗(yàn)；可靠與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一）n建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠指標(biāo)規(guī)定的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) 破壞類型破壞類型安全等級(jí)安全等級(jí)一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(jí)延性破壞延性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算n承載能力

40、極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 延性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前延性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前有明顯的變形或其他預(yù)兆。有明顯的變形或其他預(yù)兆。其危害小其危害小，其危害小，其危害小， 相對(duì)低一些。相對(duì)低一些。 脆性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前脆性破壞：結(jié)構(gòu)破壞前沒有明顯的變形或其他預(yù)兆。沒有明顯的變形或其他預(yù)兆。其危害其危害大，大， 相對(duì)高一些。相對(duì)高一些。 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)高，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)高， 相對(duì)高一些。相對(duì)高一些。n正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 可逆極限狀態(tài)可逆極限狀態(tài)：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超越狀態(tài)；超越狀態(tài)； = 0 不可逆極限狀

41、態(tài)不可逆極限狀態(tài)：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保：產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保持超越狀態(tài)持超越狀態(tài)。 = 1.5 當(dāng)結(jié)構(gòu)可逆程度處于二者之間時(shí)，取當(dāng)結(jié)構(gòu)可逆程度處于二者之間時(shí)，取 01.5 之間的值。之間的值。 bbbbb河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.3.4 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算n概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 荷載的概率模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù)荷載的概率模型及統(tǒng)計(jì)參數(shù) 材料性能、幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)參數(shù)材料性能、幾何尺寸的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 計(jì)算計(jì)算可靠指標(biāo)值可靠指標(biāo)值 （或用一次二階矩法）（或用一次二階矩法）n檢驗(yàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可靠度檢驗(yàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可靠度n直接按可靠指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接按可靠指標(biāo)

42、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Rs22RSb+ 22RsRSkRRkR /RRRba+ bb河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院p 承承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 荷載與材料分項(xiàng)系數(shù)及設(shè)計(jì)值荷載與材料分項(xiàng)系數(shù)及設(shè)計(jì)值河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式提要n直接按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，需進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)直接按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，需進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)算工作量大。對(duì)于大量的一般結(jié)構(gòu)，沒有必要，需尋求簡(jiǎn)化算工作量大。對(duì)于大量的一般結(jié)構(gòu)，沒有必要，需尋求簡(jiǎn)化方法。方法。n承載

43、能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 通過調(diào)整作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)等，使按設(shè)計(jì)表通過調(diào)整作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)等，使按設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其可靠指標(biāo)與設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)最接近達(dá)式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其可靠指標(biāo)與設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)最接近n正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（頻遇值、準(zhǔn)永久值）、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（頻遇值、準(zhǔn)永久值）、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算計(jì)算重要思想方法重要思想方法：復(fù)雜問題：復(fù)雜問題復(fù)雜（精細(xì)）方法復(fù)雜（精細(xì)）方法 簡(jiǎn)化表達(dá)式簡(jiǎn)化表達(dá)式 目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3

44、.4.1 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 基本表達(dá)式基本表達(dá)式n 按荷載效應(yīng)的按荷載效應(yīng)的基本組合基本組合或或偶然組合偶然組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0RScckskcskkdsR(,),/ffRRffaRap ：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)：對(duì)靜力設(shè)計(jì)取結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力模型不定性系數(shù)：對(duì)靜力設(shè)計(jì)取1.01.0，不確定性，不確定性較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)具體情況取大于1.01.0的數(shù)值；對(duì)于抗震設(shè)計(jì)，采用承的數(shù)值；對(duì)于抗震設(shè)計(jì)，采用承載力抗震調(diào)整系數(shù)載力抗震調(diào)整系數(shù) 代替代替 的表達(dá)形式；的表達(dá)形式； RdRERd河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)

45、院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院n基本組合 由由可變荷載效應(yīng)可變荷載效應(yīng)控制的組合控制的組合 由由永久荷載效應(yīng)永久荷載效應(yīng)控制的組合控制的組合n偶然組合k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSS +kkGGPPLQcQ11iijjjijSSSS +kd1kkGPAf1q1QqQ11(ijjijSSSSSS+或）河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.1 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù) 理由：理由：荷載標(biāo)準(zhǔn)值是偏大值，仍有可能超載。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是偏大值，仍有可能超載。 確定原則：確定原則：給定荷載標(biāo)準(zhǔn)值，找出一組荷載分項(xiàng)系數(shù)給定荷載標(biāo)準(zhǔn)值，找出

46、一組荷載分項(xiàng)系數(shù) ，按按 設(shè)計(jì)構(gòu)件，計(jì)算相應(yīng)的可靠指標(biāo)，其中按設(shè)計(jì)構(gòu)件，計(jì)算相應(yīng)的可靠指標(biāo)，其中按 所得的可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)最接近。所得的可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)最接近。 取值取值：n :當(dāng)永久荷載效應(yīng)當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：可變荷載效應(yīng)控制，?。嚎勺兒奢d效應(yīng)控制，取1.2；永久荷載效應(yīng)控制的組合取；永久荷載效應(yīng)控制的組合取1.35。 當(dāng)永久荷載效應(yīng)當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，取，取1.0。n :一般取一般取1.4；對(duì)工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)，當(dāng)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于；對(duì)工業(yè)建筑樓面結(jié)構(gòu)，當(dāng)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2時(shí)，取時(shí)，取1.3。 QGQ,GQ, ii0SRGQ,G河南

47、工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值n 荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。p 荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù)cin考慮各可變荷載最大值在考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。組合值系數(shù)。p 荷載組合值荷載組合值ci Qikn 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘

48、以荷載組合值系數(shù)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載組合值系數(shù)。GkQ1kGQ1QciQik2iniSSSS+河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式小結(jié)小結(jié)p荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值組合的設(shè)計(jì)值 S 考慮各種荷載同時(shí)作用且同時(shí)達(dá)到最大的可能性考慮各種荷載同時(shí)作用且同時(shí)達(dá)到最大的可能性。n永久荷載效應(yīng)控制的組合，可變荷載效應(yīng)控制的組合永久荷載效應(yīng)控制的組合，可變荷載效應(yīng)控制的組合 兩種情況下的可靠度一致兩種情況下的可靠度一致n永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2或或1.0，考慮不利或有利考慮不利或有利n荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù)， 各種可變荷載同時(shí)達(dá)到

49、最大值的概率較小各種可變荷載同時(shí)達(dá)到最大值的概率較小k11kkGGPPQL1QQcLQ11iijjjjijSSSSS +河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 材料分項(xiàng)系數(shù)材料分項(xiàng)系數(shù) c， sn為了考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利為了考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來的不利影響，再將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以影響，再將材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以一個(gè)大于一個(gè)大于1的系數(shù)，這個(gè)系的系數(shù)，這個(gè)系數(shù)叫材料分項(xiàng)系數(shù)。數(shù)叫材料分項(xiàng)系數(shù)。n確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)

50、計(jì)可靠指標(biāo)料，按設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)b b通過可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料通過可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過對(duì)規(guī)范不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過對(duì)規(guī)范(TJ10-74）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定。）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定。n混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù) c=1.4n熱軋鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)熱軋鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù) s=1.1n預(yù)應(yīng)力鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)預(yù)應(yīng)力鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù) =1.2s河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式n 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)，即材料強(qiáng)度設(shè)材料強(qiáng)度標(biāo)

51、準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)，即材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)值： cckcssks/ /ffff河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.2 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 可變荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值可變荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值n 可變荷載的一個(gè)樣本可變荷載的一個(gè)樣本QxTt1t2titntQO 荷載超過某水平荷載超過某水平Qx的表示的表示方式可用總持續(xù)時(shí)間方式可用總持續(xù)時(shí)間ti與設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期基準(zhǔn)期T的比率的比率 x ti / T 來來表示。表示。n 可變荷載的四種代表值可變荷載的四種代表值n 標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值n 組合值組合值n 頻遇值頻遇值n 準(zhǔn)永久值準(zhǔn)永久值河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院3.4.2 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式p 可變荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值可變荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值n 可變荷載的可變荷載的頻遇值頻遇值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間為規(guī)定的較小比率較小比率(mx= ti / T 0.1)或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。