混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法課件

1、混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法1.1混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標目 錄1.3混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.1混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標目 領(lǐng)會識記 極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠性；設(shè)計使用年限；混凝土結(jié)構(gòu)的兩類極限狀態(tài)。 概率論：隨機現(xiàn)象、隨機變量、隨機事件；頻率和概率；頻率直方圖；平均值、標準差、變異系數(shù)；概率密度函數(shù)、概率分布函數(shù)和特征值。 結(jié)構(gòu)可靠度的概念、定義；用失效概率來描述可靠度的方法；用可靠指標來度量結(jié)構(gòu)可靠度的主要原則；可靠指標的實用性與近似性。 目標可靠度的概念；用分

2、項系數(shù)表達的方法等。 用分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式的主要精神，包括：按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計方法的基本思路；承載能力極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式的 內(nèi)容及各符號的意義；正常使用極限狀態(tài)中荷載效應(yīng)的標準組合、荷載效應(yīng)的準永久組合的具體內(nèi)容及各符號的意義。第1章 混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法 能計算簡支梁、板的豎向荷載和跨中正截面的彎矩標準值、設(shè)計值和標準值。應(yīng)用領(lǐng)會識記 極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)的1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)的可靠度一. 結(jié)構(gòu)的功能要求1.在正常施工作用和使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； 2.在正常使用時具有良好的工作性能； 3

3、.在正常維護下具有足夠的耐久性能； 4.在設(shè)計規(guī)定的偶然事件（如局部爆炸或撞擊事故等）發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 安全性適用性耐久性安全性 如荷載、外加變形（超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（溫度和收縮變形受到約束時）等作用。 如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。 在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴重損失。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)

4、的功能要求與結(jié)構(gòu)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)的可靠性 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力，稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護設(shè)計工作壽命=50年結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價投資越大。如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間取得均衡，就是設(shè)計方法要解決的問題。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進行大修即可按達到其預(yù)定功能的使用時期。 設(shè)計年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準確定，也可經(jīng)過主管部門

5、的批準按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年。注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計使用年限與建筑物的使用壽命。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限 1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.3 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后的影響程度建筑物的類型一級很嚴重重要的建筑物二級嚴重一般的建筑物三級不嚴重次要的建筑物 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴重性，即危機人的生命、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等的嚴重程度，建筑結(jié)構(gòu)可劃分為三個安全等級。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.3 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一. 承載力極限狀態(tài) 結(jié)

6、構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或者達到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求。達到承載力能力極限狀態(tài)表現(xiàn) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力（包括疲勞）；結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）；結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)二. 正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限度的狀態(tài)，稱為正常使用極

7、限狀態(tài)。超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。達到正常使用極限狀態(tài)表現(xiàn) 過大變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正 常使用（吊車）等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動（不舒適）； 其他正常使用要求。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度一. 荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機性直接作用即荷載，如恒荷載、活荷載、風荷載和雪荷載等。間接作用指引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的其他作用，如地震、地基沉降、混凝土收縮、溫度變化和焊接變形等。 結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（如彎矩、剪力

8、、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)，用 S 表示。不論恒荷載或活荷載，其數(shù)值都不是定值，有的變異大些，有的變異小些。 1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度一. 1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)抗力R抗力的隨機性 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受荷載效應(yīng)的能力，如承載能力、剛度等，稱為結(jié)構(gòu)抗力，記作 R 。 材料強度的離散性是造成結(jié)構(gòu)抗力隨機性質(zhì)的主要原因。 可見荷載效應(yīng) S 和結(jié)構(gòu)抗力 R 都是具有各自分布規(guī)律的隨機變量。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)抗力R抗力的隨機性 1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度三. 結(jié)構(gòu)

9、的失效概率結(jié)構(gòu)的狀態(tài)可用下面的狀態(tài)函數(shù)表示：Z=R-S對應(yīng)的：Z=R-S0時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時，結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)； Z=R-S0時，結(jié)構(gòu)處于失效（破壞）狀態(tài)。失效概率Pf = P （R-S0）1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度三. 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的狀態(tài)可用下1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度四. 結(jié)構(gòu)的可靠度 ps Ps = P （R-S 0） =1- Pf 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量即為結(jié)構(gòu)可靠度。 結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度四. 結(jié)

10、構(gòu)的可靠度 ps Ps =1.2.3 結(jié)構(gòu)的可靠指標 失效概率計算困難，所以用結(jié)構(gòu)的可靠指標來表示結(jié)構(gòu)的可靠度。 在砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式中，目標可靠指標是用三個分項系數(shù)來表達的：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、材料分項系數(shù)、荷載分項系數(shù)來表達的。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標1.2.3 結(jié)構(gòu)的可靠指標 失效概率計算困難1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3.1 目標可靠指標 與失效概率限值pf相對應(yīng)的可靠指標稱為目標可靠指標，記為。采用“校標法”確定：通過對現(xiàn)行規(guī)范可靠度的反演計算和綜合分析，確定今后設(shè)計時所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件目標可指標，其實質(zhì)是從總體上繼承現(xiàn)有的可靠度水準。破

11、壞類型安全等級一二三pfpfpf延性破壞3.71.010-43.26.810-42.73.410-3脆性破壞4.20.1310-43.71.010-43.26.810-41.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3.1 1.3.2 分項系數(shù) 一. 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)是計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力時引入的與建筑物安全等級有關(guān)的分項系數(shù)，記作0。安全等級設(shè)計使用年限0一級100年及以上不應(yīng)小于1.1二級50年不應(yīng)小于1.0三極5年及以下不應(yīng)小于0.9在抗震設(shè)計中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系

12、數(shù)1.3.2 分項系數(shù) 一. 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近1.3.2 分項系數(shù) 二. 材料分項系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式 1.鋼筋強度的標準值：相當于一個比算術(shù)平均值偏低的強度值。 2.混凝土強度的標準值：混凝土立方體抗壓強度標準值相當于立方體抗壓強度平均值減去1.645倍的標準差，相當于具有95%的保證率。（一）材料強度的標準值材料強度的標準值就是材料的強度檢驗指標。 材料分項系數(shù)是材料強度標準值與材料強度設(shè)計值之比，砼的材料分項系數(shù)為1.4；鋼筋的項系數(shù)與鋼筋種類有關(guān)。（二）材料分項系數(shù)1.3.2 分項系數(shù) 二. 材料分項系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似1.3.2 分

13、項系數(shù) 三. 荷載分項系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式（一）荷載的種類 按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類：永久荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載?？勺兒奢d 在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期內(nèi)其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。偶然荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時間很短的荷載。1.3.2 分項系數(shù) 三. 荷載分項系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式三. 荷載分項系數(shù)（二）荷載的代表值 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對不同荷

14、載應(yīng)采用不同的代表值。 可變荷載的代表值有標準值、組合值、準永久值和頻遇值四種。 永久荷載的代表值只有標準值一種。1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式三. 荷載分項系數(shù)（二）荷載的代表值 定義 結(jié)構(gòu)在使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。作為荷載的基本代表值。 荷載的標準值永久荷載標準值 永久荷載代表值一般相當于永久荷載的平均值?？砂唇Y(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和材料的重力密度確定；可變荷載標準值 我國規(guī)范中規(guī)定了屋面活荷載、雪荷載、風荷載、吊車荷載等可變荷載標準值的具體數(shù)值或計算方法，設(shè)計時可以直接使用。

15、1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式三. 荷載分項系數(shù)（三）荷載的分項系數(shù)荷載的分項系數(shù)等于荷載的設(shè)計值與荷載的標準值之比值。 永久荷載設(shè)計值 可變荷載設(shè)計值 式中 G 永久荷載分項系數(shù) Q 可變荷載分項系數(shù)1.3.2 分項系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3.2 分項系數(shù) 三. 荷載分項系數(shù)（三）荷載的分項系數(shù)G - 永久荷載分項系數(shù)Q - 可變荷載分項系數(shù)當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 對由可變荷載效應(yīng)控制的組合一般取1.2； 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合一般取1.35；當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 一般取1.0； 對結(jié)構(gòu)的傾覆，滑移或漂浮驗算，應(yīng)取0.9。 一般取1.4； 樓面活荷載標準值大于4kN/m2工業(yè)房屋樓面活荷載應(yīng)取1.3。 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3.2 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實用設(shè)計表達式1.3.3 設(shè)計表達式一. 承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式