作用與荷載精品課件

1、作用與荷載第1頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日6.5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo) 一、建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)- 結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等)的嚴(yán)重性 一級(jí)、二級(jí)、三級(jí) 建筑物中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)，宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同。 對(duì)其中部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)可進(jìn)行調(diào)整，但不得低于三級(jí)。安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的房屋二級(jí)嚴(yán)重一般的房屋三級(jí)不嚴(yán)重次要的房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)第2頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 確定考慮的因素： 公眾心理 對(duì)工程結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，p f 510-3 結(jié)構(gòu)較安全 p f

2、510-4 結(jié)構(gòu)安全 p f 510-5 結(jié)構(gòu)很安全 結(jié)構(gòu)重要性-結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)） 結(jié)構(gòu)破壞性質(zhì)-脆性結(jié)構(gòu)的應(yīng)高于延性結(jié)構(gòu)的 延性破壞-結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前有明顯的變形或其他預(yù)兆 脆性破壞-結(jié)構(gòu)構(gòu)件在破壞前無明顯的變形或其他預(yù)兆 社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受力 二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) 結(jié)構(gòu)可靠 經(jīng)濟(jì)第3頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 GB50068-2001 規(guī)定值 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度分析（采用“校準(zhǔn)法”），并考慮使用經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)因素等確定。 安全等級(jí)（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)） 破壞類型（延性破壞、脆性破壞）破壞類型安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.2

3、3.73.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)第4頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的可靠度指標(biāo)，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程度宜取0-1.5，可逆程度較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較低值，可逆程度較低的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較高值。 不逆可極限狀態(tài) 產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移掉后，仍將永久保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài) 可逆極限狀態(tài) 產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移掉后，將不再保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)2.73.23.74.2pf3.510-36.910-41.110-41.310-5可靠指標(biāo)與失效概率運(yùn)算值pf的關(guān)系規(guī)范GB50068以建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)時(shí)延性破壞的值作為基準(zhǔn)，其他情況下

4、相應(yīng)增減0.5第5頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日6.5.2 結(jié)構(gòu)概率可靠度的直接設(shè)計(jì)法 目標(biāo)可靠指標(biāo) 荷載效應(yīng)S i (i=1n)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（Si、Si ）及分布類型結(jié)構(gòu)抗力R的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布極限狀態(tài)方程g(SQ1，SQ2，SQ3，。，SQn，R)=0驗(yàn)算點(diǎn)法迭代計(jì)算當(dāng)R、S服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí) 結(jié)構(gòu)抗力R 的參數(shù)R 重要工程結(jié)構(gòu)采用直接設(shè)計(jì)法; 大量一般性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用間接設(shè)計(jì)法第6頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日6.4.5 結(jié)構(gòu)概率可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)用表達(dá)式 一、單一系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式 不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第7頁，共20頁，2022年，5月

5、20日，23點(diǎn)41分，星期日二、分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式引入分離系數(shù)R、 S （當(dāng)R/S1/3,3時(shí)， R= S =0.75）第8頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日三、規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式 （一）承載能力設(shè)計(jì)表達(dá)式 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0 S R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計(jì)值 作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0 對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1，即0 1.1 對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0，即0 1.0 對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9，即0 0.9 考慮不同投資主體對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可靠度的要求

6、可能不同，允許0 1.1 、 1.0、 0.9第9頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值RR =R（ R ，f k，ak，.）= Rk / R 荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值S（1）基本組合由可變荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合取最不利值注意 當(dāng)對(duì)SQi k 無法明顯判斷時(shí)，輪次以各可變荷載效應(yīng)為SQ1 k ，選其中最不利的荷載組合； 當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時(shí)，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。第10頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日其中， G 永久荷載分項(xiàng)系數(shù) Q可變荷載分項(xiàng)系數(shù) SG k 永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值， SG k

7、 =CG Gk SQ k 可變荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值， SQ k =CQ Qk Gk 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Qk可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 ci第i個(gè)可變荷載的組合系數(shù) 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式第11頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，基本組合可采用簡(jiǎn)化規(guī)則（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合(2)由永久荷載效應(yīng)控制的組合取最不利值簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用的荷載組合系數(shù)一般情況下可取=0.90當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)，取 =1.0第12頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日(2) 偶然組合 指一種偶然作用與其他可變荷載相組合 從安全與經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，偶然組合驗(yàn)算結(jié)

8、構(gòu)的承載力時(shí)，所采用的可靠指標(biāo)允許比基本組合有所降低 ( 偶然作用發(fā)生的概率很小，持續(xù)的時(shí)間較短，但對(duì)結(jié)構(gòu)可造成相當(dāng)大的損害) JCSS（結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)）對(duì)各類結(jié)構(gòu)和各種材料的共同統(tǒng)一規(guī)則規(guī)定： 偶然狀態(tài)下可靠度指標(biāo)的計(jì)算公式： = - -1（pf / p0） Pf正常情況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效概率的運(yùn)算值； p0 在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)偶然作用出現(xiàn)一次的概率； -1 ( )標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。 偶然組合極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式確定的一般原則(1) 只考慮一種偶然作用與其他荷載的組合(2) 偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)(3) 可變荷載可根據(jù)與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可能性，采用適當(dāng)?shù)拇碇?，如?zhǔn)永久值

9、等(4) 荷載與抗力分項(xiàng)系數(shù)值,可根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度分析或工程經(jīng)驗(yàn)確定第13頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日（二）正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的適用性、耐久性 允許其出現(xiàn)的概率高于承載能力極限狀態(tài) 采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合 S C C結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形f lim、裂縫寬度w lim等 標(biāo)準(zhǔn)組合 標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值S ： 頻遇組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S第14頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 準(zhǔn)永久組合荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值Sf1 SQ1 k在頻遇組合中起控制作用的一個(gè)可變荷載頻遇

10、值效應(yīng)qiSQi k 第i個(gè)可變荷載準(zhǔn)永久值效應(yīng)注：組合中的設(shè)計(jì)值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)線性的情況第15頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日（三）設(shè)計(jì)表達(dá)式中各分項(xiàng)系數(shù)確定 驗(yàn)算點(diǎn)P*處極限狀態(tài)方程 R *-S *=0 永久荷載G與一個(gè)可變荷載Q組合的簡(jiǎn)單情況確定 S *G+S *Q=R * 按分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 G S G k+ Q S Qk=R k/ R S *G =G S G k G = S *G / S G k S *Q = Q S Qk Q = S *Q / S Qk R * = R k/ R R = R k / R * 第16頁，共20頁，202

11、2年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日1、荷載分項(xiàng)系數(shù)（ G 、 Q ）確定 以恒載+一個(gè)可變荷載的簡(jiǎn)單情況確定 S *G+S *Q=R * G S G k+ Q S Qk=R k/ R (S *G、S *Q 、 R *)可靠度指標(biāo)及各基本變量平均值、均方差有關(guān)。 G 、 Q 及R值，則按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)達(dá)設(shè)計(jì)所得的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度指標(biāo) 與目標(biāo)可靠指標(biāo)不一致。當(dāng) - 達(dá)最小時(shí)， G 、 Q 即為所求。 第17頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)G （1）當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí) G =1.2（由可變荷載效應(yīng)控制的組合） G =1.35（由永久荷載效應(yīng)控制的組合）（2）當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí) G =1.0（一般情況下） G =0.9（結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算） 可變荷載分項(xiàng)系數(shù)Q Q =1.4（一般情況下） Q =1.3（標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載)第18頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日2、抗力分項(xiàng)系數(shù)R的確定按規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，最優(yōu)的抗力分項(xiàng)系數(shù)R ：=SQk/SGk=0.1、0.25、0.5、1.0、2.0S = G SGk + Q SQkR*k某一值和目標(biāo)可靠指標(biāo)下，按概率法確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值第19頁，共20頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)41分，星期日3、荷載組合值系數(shù) c