混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（PPT49）

◆結(jié)構(gòu)構(gòu)的的可可靠靠度度◆荷載載和和材材料料強(qiáng)強(qiáng)度度◆極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法◆極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計表表達(dá)達(dá)式式第2章混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計方方法法2.1、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的可可靠靠度度一、、結(jié)構(gòu)構(gòu)上上的的作作用用、、作作用用效效應(yīng)應(yīng)及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)抗抗力力◎結(jié)構(gòu)構(gòu)上上的的作作用用：指施施加加在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上的的集集中中力力或或分分布布力力，，以以及及引引起起結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)外外加加變變形形或或約約束束變變形形的的各各種種因因素素（（如如地地震震、、基基礎(chǔ)礎(chǔ)差差異異沉沉降降、、溫溫度度變變化化、、混混凝凝土土收收縮縮等等））。。永久久作作用用、、可可變變作作用用、、偶偶然然作作用用為為隨隨機(jī)機(jī)變變量量和和隨隨機(jī)機(jī)過過程程◎作用用效效應(yīng)應(yīng)：直直接接作作用用或或間間接接作作用用作作用用在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件上上，，由由此此在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)內(nèi)力力和和變變形形（（如如軸軸力力、、剪剪力力、、彎彎矩矩、、扭扭矩矩及及撓撓度度、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角、、裂裂縫縫等等））。荷載效應(yīng)應(yīng)一般用用S表示結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)的主要要內(nèi)容?。?！◎結(jié)構(gòu)抗力力：指整個個結(jié)構(gòu)可可結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件承受受作用效效應(yīng)（即即內(nèi)力和和變形））的能力力，如構(gòu)構(gòu)件的承承載力、、剛度等等。結(jié)構(gòu)抗力力一般用用R表示，為為隨機(jī)變變量結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件承受受作用效效應(yīng)的能能力，如如受彎承承載力Mu、受剪承載載力Vu、容許撓度度[f]、容許裂縫縫寬度[w]。R——結(jié)構(gòu)抗力力R=R(fc,fy,A,h0,As,…)本課程的的主要內(nèi)內(nèi)容?。?！■可靠性—安全性、、適用性性和耐久久性的總總稱指結(jié)構(gòu)在在規(guī)定的的時間內(nèi)內(nèi)，在規(guī)規(guī)定的條條件下（（正常設(shè)計計、正常常施工、、正常使使用和維維護(hù)），完成成預(yù)定功功能的能能力?！鼋Y(jié)構(gòu)的可可靠度則則是指結(jié)結(jié)構(gòu)在規(guī)規(guī)定的時時間內(nèi)、、在規(guī)定定的條件件下完成成預(yù)定功功能的概概率?！艚Y(jié)構(gòu)的可可靠性reliability2.2、荷載和和材料強(qiáng)強(qiáng)度《建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)荷載規(guī)規(guī)范》（GB50009-2001）規(guī)定的的荷載的的基本代代表值（（按極限限狀態(tài)設(shè)設(shè)計時采采用的荷荷載基本本代表值值）；它它是指設(shè)設(shè)計基準(zhǔn)準(zhǔn)期間(統(tǒng)一規(guī)定定50年)，最大荷荷載概率率分布的的某一分分位值確確定。荷載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度度標(biāo)準(zhǔn)值值Rk◎取值原則則:在符合規(guī)規(guī)定質(zhì)量量的材料料強(qiáng)度實實測值的的總體中中，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)強(qiáng)度應(yīng)應(yīng)具有不不小于95%的保證率率，即按按概率分分布的分分位數(shù)確確定。一、結(jié)構(gòu)構(gòu)的極限限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)的一部部分超過過某一特特定狀態(tài)態(tài)就不能能滿足設(shè)設(shè)計規(guī)定定的某一一功能要要求，此此特定狀狀態(tài)稱為為該功能能的極限限狀態(tài)。。實質(zhì)：結(jié)結(jié)構(gòu)可靠靠與失效效的界限限。分類：承承載能力力極限狀狀態(tài)、正正常使用用極限狀狀態(tài)2.3、極限狀態(tài)態(tài)設(shè)計法法1、承載能能力的極極限狀態(tài)態(tài)這種極限限狀態(tài)對對應(yīng)于結(jié)結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件達(dá)到到最大承承載能力力或達(dá)到到不適于于繼續(xù)承承載的變變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件件出現(xiàn)下下列狀態(tài)態(tài)之一時時，應(yīng)認(rèn)認(rèn)為超過過了承載載能力極極限狀態(tài)態(tài)。整個結(jié)構(gòu)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)的一部部分作為為剛體失失去平衡（如傾傾覆）；；結(jié)構(gòu)構(gòu)件件或連接接因所受受應(yīng)力超超過材料料強(qiáng)度而而破壞（包包括疲勞勞破壞）），或者者過度變變形而不不適于繼續(xù)續(xù)承載；；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變變變機(jī)動動體系；；結(jié)構(gòu)或結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件喪失穩(wěn)穩(wěn)定（如如壓屈等等）；地基喪失失承載能能力而破破壞（如如失穩(wěn)等等）承載能力力極限狀狀態(tài)主要要考慮有有關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)安全性的功能，，出現(xiàn)的的概率應(yīng)應(yīng)很低。。對于任任何承載載的結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件件，都需需要按承承載能力力極限狀狀態(tài)進(jìn)行行設(shè)計??！2、正常使使用極限限狀態(tài)這種極限限狀態(tài)對對應(yīng)于結(jié)結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件達(dá)到到正常使使用或耐耐久性能能的某項項規(guī)定限限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件件出現(xiàn)下下列狀態(tài)態(tài)之一時時，應(yīng)認(rèn)認(rèn)為超過過了正常常使用極極限狀態(tài)態(tài)。影響正常常使用或或外觀的的變形，，如吊車車梁變形形過大使吊車不不能平穩(wěn)穩(wěn)行駛，，梁撓度度過大影影響外外觀；影響正常常使用或或耐久性性能的局局部損壞壞（包括括裂縫），，如水池池開裂漏漏水不能能正常使使用，裂縫寬度度過寬致致使鋼筋筋銹蝕；；影響正常常作用的的振動，，如因機(jī)機(jī)器振動動而導(dǎo)致致的振幅超過按按正常使使用要求求所規(guī)定定的限值值；影響正常常使用的的其他特特定狀態(tài)態(tài)，如相相對沉降降量過大等。正常使用用極限狀狀態(tài)主要要考慮有有關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)適用性和和耐久性性的功能，，對財產(chǎn)產(chǎn)和生命命的危害害較小，，故出現(xiàn)現(xiàn)的概率率允許稍稍高一些些，但仍仍予以足足夠的重重視。通常對結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件先承載載能力極極限狀態(tài)態(tài)進(jìn)行承載能力力計算，然后根根據(jù)使用用要求按按正常使使用極限限狀態(tài)進(jìn)進(jìn)行變形形、裂縫縫寬度或或抗裂等等驗算！可靠度：：結(jié)構(gòu)在規(guī)規(guī)定時間間內(nèi)，在在規(guī)定的的條件下下，完成成預(yù)定功功能的概概率。是是結(jié)構(gòu)可可靠性的的概率度度量可靠概率率：結(jié)構(gòu)能完完成預(yù)定定功能的的概率。。Ps失效概率率：結(jié)構(gòu)不能能完成預(yù)預(yù)定功能能的概率率。Pf結(jié)構(gòu)的功功能函數(shù)數(shù)和極限限狀態(tài)方方程Z=R-S>0時，結(jié)構(gòu)能夠夠完成預(yù)預(yù)定的功功能，處處于可靠狀態(tài)；；Z=R-S=0時，結(jié)構(gòu)達(dá)到到極限狀狀態(tài)；Z=R-S<0時，結(jié)構(gòu)不能能完成預(yù)預(yù)定的功功能，結(jié)構(gòu)處于失效（（破壞））狀態(tài)。。Z=R-S(1)結(jié)構(gòu)功能能函數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計中，，不僅僅僅只考慮慮結(jié)構(gòu)的的承載能能力，有有時還要要考慮結(jié)結(jié)構(gòu)的適適用性和和耐久性性，則極極限狀態(tài)態(tài)方程可可推廣為為：R、S都是非確確定性的的隨機(jī)變變量!!鋼筋混凝凝土簡支支梁的可可靠、失失效和極極限狀態(tài)態(tài)概念Pf=P(S>R)=P(Z<0)四、結(jié)構(gòu)構(gòu)可靠度度計算1）失效概概率（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的可可靠指標(biāo)標(biāo)β2.02.53.54.04.510-510-410-310-2Pf失效概率率越小，，表示結(jié)結(jié)構(gòu)可靠靠性越大大。因此此，可以以用失效效概率來來定量表表示結(jié)構(gòu)構(gòu)可靠性性的大小小。當(dāng)失效概概率Pf小于某個個值時，，人們因因結(jié)構(gòu)失失效的可可能性很很小而不不再擔(dān)心心，即可可認(rèn)為結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計是可靠靠的。該該失效概概率限值值稱為容許失效效概率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)目標(biāo)可靠度：：設(shè)計規(guī)范所規(guī)規(guī)定的、作為為設(shè)計結(jié)構(gòu)或或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時時所應(yīng)達(dá)到的的可靠指標(biāo)，，稱為設(shè)計或或目標(biāo)可靠度度。（3）目標(biāo)（設(shè)計計）可靠度b目標(biāo)可靠度與與失效概率的的關(guān)系◆50年后并不是結(jié)結(jié)構(gòu)就失效，，而是失效概概率增加。同同時，結(jié)構(gòu)失失效也并不表表示結(jié)構(gòu)倒塌塌?！粑覈鴮τ谝话惆愎こ探Y(jié)構(gòu)，，當(dāng)為延性破破壞時，其可可靠指標(biāo)取b=3.2，對脆性破壞取取b=3.7?！魧τ谥匾墓すこ探Y(jié)構(gòu)，應(yīng)應(yīng)提高可靠指指標(biāo)。安全等級：根據(jù)建筑物的的重要性不同同，即一旦結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞壞時對生命財財產(chǎn)的危害程程度及社會影影響的不同，，將建筑物分分為三個安全全等級。（4）安全等級一級：破壞后果很嚴(yán)嚴(yán)重的重要建建筑物；二級：破壞后果嚴(yán)重重的一般工業(yè)業(yè)與民用建筑筑物；三級：破壞后果不嚴(yán)嚴(yán)重的次要建建筑物；對于承載力極極限狀態(tài)，其其相應(yīng)的目標(biāo)標(biāo)可靠指標(biāo)見見下表破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞脆性破壞3.74.23.23.72.73.22.4、極限狀態(tài)設(shè)計計表達(dá)式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計規(guī)范（（GB50010-2002）3.3.1本規(guī)范采用以以概率理論為為基礎(chǔ)的極限限狀態(tài)設(shè)計方方法，以可靠靠指標(biāo)度量結(jié)結(jié)構(gòu)的可靠度度，采用分項項系數(shù)表達(dá)式式進(jìn)行設(shè)計2.4、極限狀態(tài)設(shè)計計表達(dá)式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002）3.2.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計應(yīng)根據(jù)使用用過程中在結(jié)結(jié)構(gòu)上要能同同時出現(xiàn)的荷荷載，按承載載能力極限狀狀態(tài)和正常作作用極限狀態(tài)態(tài)分別進(jìn)行荷荷載（效應(yīng)組組合），并應(yīng)應(yīng)取各自的最最不利的效應(yīng)應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)設(shè)計！一、承載能力力極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計表達(dá)式1、基本表達(dá)式式安全等級為一一級或設(shè)計使使用年限為100年及以上的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件取γ0=1.1；安全等級為二二級或設(shè)計使使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件件取γ0=1.0；安全等級為三三級或設(shè)計使使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件件取γ0=0.9。結(jié)構(gòu)重要性系系數(shù)γ0◎荷載設(shè)計值：：荷載效應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)值與荷荷載分項系數(shù)數(shù)（>1.0）的乘積?！蚩沽υO(shè)計值：：結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值與抗力力分項系數(shù)（（>1）的乘積。由可變荷載效應(yīng)應(yīng)控制的組合合：2、荷載效應(yīng)組組合的設(shè)計值值S由永久荷載效應(yīng)應(yīng)控制的組合合：SGk：在基本組合中起起控制作用的的一個可變荷荷載標(biāo)準(zhǔn)值的的效應(yīng)；ψci：第i個可變荷載的的組合系數(shù)，，風(fēng)荷載取0.6；其他可變荷荷載取0.7；當(dāng)永久荷載效效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不不利時，對由由可變荷荷載效應(yīng)控制制的組合一般般γG=1.2；對由永久荷載載效應(yīng)控制的的組合取1.35；當(dāng)永久荷載載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)有利時，取γG=1.0；γQ1、γQi、：可變荷載的分分項系數(shù)γQ1=γQi=1.4；γG：永久荷載分項項系數(shù)。γQ1、γQi、：可變荷載的分分項系數(shù)一般γQ1=γQi=1.4；對工業(yè)建筑筑樓面結(jié)構(gòu)，，當(dāng)活荷載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2時，從經(jīng)濟(jì)效效果考慮，應(yīng)應(yīng)取1.3。對于一般排架架、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)簡化公式由可變荷載效應(yīng)應(yīng)控制的組合合對于一般排架架、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)簡化公式由永久荷載效應(yīng)應(yīng)控制的組合合，同上采用荷載的組組合值、準(zhǔn)永永久值及頻遇遇值如：構(gòu)件的變變形、抗裂度度及裂縫寬度度；二、正常使用用極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計表達(dá)式對于標(biāo)準(zhǔn)組合，荷荷載效應(yīng)組合