結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)計(jì)算的原則.ppt

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,第二章 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)計(jì)算的原則,本章的主要內(nèi)容,設(shè)計(jì)計(jì)算方法的歷史與基本思想 結(jié)構(gòu)的功能要求 極限狀態(tài)的概念、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 現(xiàn)有公規(guī)范采用的設(shè)計(jì)方法、原則、表達(dá)方式、各系數(shù)的含義 材料強(qiáng)度取值、作用分類、各種作用組合 建筑結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算原則,2.0 概 述,一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的 設(shè)計(jì)滿足功能要求的結(jié)構(gòu),也就是把外界作用對(duì)結(jié)構(gòu)的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的抵抗力來(lái)加以比較，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。 具體說(shuō)也就是確定結(jié)構(gòu)的截面尺寸、配筋和滿足構(gòu)造要求。,二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展 從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了各種演變，可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行歸納： 1、從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論上 彈性理論 極限狀態(tài)理論 2、從設(shè)計(jì)方法上 定值設(shè)計(jì)法 概率設(shè)計(jì)法,三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的理論和方法有： 容許應(yīng)力法 破損階段設(shè)計(jì)法 多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法,鋼筋混凝土構(gòu)件：,混凝土應(yīng)力,鋼筋應(yīng)力,式中： 分別為安全系數(shù),一、基本概念,2.0.1 容許應(yīng)力法,容許應(yīng)力法構(gòu)件在外界作用下，某截面的最大應(yīng)力 達(dá)到或超過(guò)材料的容許應(yīng)力時(shí)，構(gòu)件即失效（破壞），即要滿足：,以鋼筋混凝土構(gòu)件為例：,彈性假定：鋼筋和混凝土均為彈性材料 平截面假定：變形前的平截面變形后保持變形 假定混凝土為不抗拉材料 鋼筋與混凝土相接觸的混凝土的應(yīng)變相等,鋼筋混凝土構(gòu)件容許應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖,二、特點(diǎn) 1、安全系數(shù)K是個(gè)大于1的數(shù)字 K越大，結(jié)構(gòu)的安全度就越高，同時(shí)材料的用量就越多 2、沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求 對(duì)于結(jié)構(gòu)一方面要考慮承載能力，另一方面也許考慮其 正常使用時(shí)裂縫、變形。 3、安全系數(shù)的確定主要憑借經(jīng)，缺乏嚴(yán)格科學(xué)依據(jù)。,三、適用情況 當(dāng)結(jié)構(gòu)是非桿件結(jié)構(gòu)（如大體積壩體、空間薄殼結(jié)構(gòu)等）時(shí)，因規(guī)范沒(méi)有給出明確的計(jì)算公式，則彈性力學(xué)方法仍是較實(shí)用的分析方法。,2.0.2 破損階段設(shè)計(jì)法20世紀(jì)30年代 一、基本概念,破損階段設(shè)計(jì)法：構(gòu)件在外界作用下，某截面的內(nèi)力達(dá)到某極限內(nèi)力時(shí)，構(gòu)件即失效（破壞），以受彎構(gòu)件為例，其計(jì)算表達(dá)式為：,式中： 為截面中內(nèi)力， 為截面所能承受的極限彎矩 為安全系數(shù),以鋼筋混凝土構(gòu)件為例 以構(gòu)件破壞階段為計(jì)算依據(jù) 不考慮混凝土的拉力 受壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布為曲邊形，計(jì)算時(shí)等效為矩形應(yīng)力圖,二、特點(diǎn) 1、考慮了材料塑性和強(qiáng)度的充分發(fā)揮，極限荷載可以直接 由試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)件的總安全度較為明確 2、安全系數(shù)的確定依賴經(jīng)驗(yàn)，且是一個(gè)定值 3、沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求 由于采用了極限平衡的理論，對(duì)荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及位移變化，無(wú)法做出適當(dāng)?shù)念A(yù)計(jì)。,2.0.3 多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 （我國(guó)原規(guī)范采用） 一、基本概念 1、構(gòu)件的極限狀態(tài)，不僅包括承載力的極限狀態(tài)，而且包括撓度（變形）及裂縫寬度的極限狀態(tài)，這已經(jīng)包含了安全性和適用性的一些概念 2、對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，針對(duì)荷載、材料的不同變異性，不再采用單一系數(shù)，即多系數(shù)法。,承載能力極限多系數(shù)狀態(tài)表達(dá)式：,式中： 為標(biāo)準(zhǔn)荷載或效應(yīng)， 為相應(yīng)的超載系數(shù)， 為鋼筋及混凝土的強(qiáng)度， 為相應(yīng)的均質(zhì)系數(shù)， 為工作條件系數(shù)， 為截面幾何特性,二、特點(diǎn) 1、安全系數(shù)的選取已經(jīng)從純經(jīng)驗(yàn)性到了部分采用概率統(tǒng)計(jì)值 2、設(shè)計(jì)方法的本質(zhì)依然是一種半經(jīng)驗(yàn)半概率的方法,公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 021-85）采用了多系數(shù)、單系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,2.0.4 基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 一、發(fā)展歷史 20世紀(jì) 40年代美國(guó)學(xué)者A.M.Freadentbal提出了結(jié)構(gòu)可靠性理論，到了6070年代結(jié)構(gòu)可靠性理論有了很大的發(fā)展，70年代以來(lái)，國(guó)際上的結(jié)構(gòu)可靠度理論在土木工程領(lǐng)域逐步進(jìn)入了實(shí)用階段。 我國(guó)從20世紀(jì)70年代中期才開始研究，但至80年代后期就在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域率先進(jìn)入了實(shí)用階段，先后出版了下列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GBJ68-84) 工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50153-92) 港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB 50158-92) 鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB 50216-94) 公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50283-1999),按發(fā)展進(jìn)程，概率設(shè)計(jì)法劃分為三個(gè)水準(zhǔn)：,水準(zhǔn)半概率設(shè)計(jì)法，只對(duì)影響結(jié)構(gòu)可靠度的某些參數(shù)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，并與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，然后引入某些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，該法對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度還不能作出定量的估計(jì)。,水準(zhǔn)近似概率設(shè)計(jì)法，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面設(shè)計(jì)的可靠概率作出較為近似的相對(duì)估計(jì)；分析中忽略或簡(jiǎn)化了變量隨時(shí)間的關(guān)系，非線性極限狀態(tài)方程線性化。,二、結(jié)構(gòu)概率設(shè)計(jì)方法,水準(zhǔn)全概率設(shè)計(jì)法，在對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行精確概率分析的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)失效概率作為結(jié)構(gòu)的直接度量。, 我國(guó)目前的公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用的是 近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,一、結(jié)構(gòu)的功能要求,1、四項(xiàng)基本功能要求：,結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各 種荷載、外加變形、約束變形等的作用 承載能力 結(jié)構(gòu)在正常使用條件下具有良好的工作性能適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有足夠的耐久性耐久性 在偶然荷載作用下或偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持整體穩(wěn)定性，不發(fā)生倒塌穩(wěn)定性,承載能力,穩(wěn) 定 性,適 用 性,耐 久 性,安全性,用安全度度量,用可靠度度量,可靠性結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）內(nèi)，在規(guī)定的條件（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所確定的正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用條件）下，完成預(yù)定功能的能力。 可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。,可靠性,2、結(jié)構(gòu)的可靠性,規(guī)定時(shí)間（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期） 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，考慮持久設(shè)計(jì)狀況下各項(xiàng)變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。,可靠性概念的釋義,一般橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年,規(guī)定條件：正常施工、設(shè)計(jì)、使用，不考慮人為過(guò)失,結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與結(jié)構(gòu)使用壽命有什么異同？,？,結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與使用壽命,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期考慮持久設(shè)計(jì)狀況下各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。 使用壽命為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正常維護(hù)條件下，不需要大修即可按其設(shè)計(jì)規(guī)定的目的正常使用的時(shí)間。 結(jié)構(gòu)的使用年限超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時(shí)，表明它的失效概率可能會(huì)增大，不能保證其目標(biāo)可靠指標(biāo)，但不等于結(jié)構(gòu)喪失所有要求功能甚至報(bào)廢，通常使用壽命大于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。,二、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),1定義：,當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài),極限狀態(tài),2、極限狀態(tài)的分類,歐洲混凝土協(xié)會(huì),國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織,我國(guó)的可靠度標(biāo)準(zhǔn)、各種規(guī)范,承載能力極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。,承載能力 極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 成機(jī)動(dòng)體系,整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡 （滑動(dòng)、倒塌）,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）,正常使用極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。,影響正常使用或外觀的變形,影響正常使用或耐久性能的局部損壞,影響正常使用的振動(dòng),影響正常使用的其它特定狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),三、結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理,1、功能函數(shù),可靠度分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般用功能函數(shù)描繪。當(dāng)有n個(gè)隨機(jī)變量(X1,X2,Xn)影響結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)可表示為,0 結(jié)構(gòu)可靠,=0 極限狀態(tài),0 結(jié)構(gòu)失效,若功能函數(shù)中僅包括結(jié)構(gòu)抗力R和作用（或荷載）綜合效應(yīng)S兩個(gè)基本變量，則功能函數(shù)為：,結(jié)構(gòu)所處狀態(tài),作用效應(yīng)S,抗力R,R1,R2,R=S（極限狀態(tài)）,Z1,Z2,S2R2(失效),S1R1（可靠）,2、結(jié)構(gòu)抗力和作用,結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。它是結(jié)構(gòu)材料性能和幾何參數(shù)等的函數(shù)。,作 用施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，它分為直接作用和間接作用。,兩類作用,間接作用,直接作用,施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、汽車荷載等。,引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的原因,作 用,何為作用效應(yīng)？,？,作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)對(duì)所受作用的反應(yīng)：結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的內(nèi)力、變形等。,3、失效與失效概率：,失效指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分不能滿足設(shè)計(jì)所規(guī)定某一功能要求，即達(dá)到或超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)或正常使用極限狀態(tài)中的某一限值。 失效概率作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過(guò)程，因此要絕對(duì)地保證R總是大于S是不可能的?？赡艹霈F(xiàn)R小于S的情況，這種可能性的大小用概率來(lái)表示就是失效概率。,可靠指標(biāo)用來(lái)描述結(jié)構(gòu)可靠度的原因,可靠指標(biāo)與可靠度及失效概率關(guān)系,如右圖所示，標(biāo)準(zhǔn)差 為常量時(shí)，增加，概率密度曲線由于 的增加而向右移動(dòng)，即， 將變小，變?yōu)?，結(jié)構(gòu)可靠度增大。,可靠指標(biāo)是可靠度的度量，與其有一一對(duì)應(yīng)的數(shù)量關(guān)系；,5、目標(biāo)可靠指標(biāo),校準(zhǔn)法就是通過(guò)對(duì)原有規(guī)范可靠度的反演計(jì)算和綜合分析，確定以后設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。 目標(biāo)可靠指標(biāo)用作公路橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)的可靠指標(biāo)。它主要是采用“校準(zhǔn)法”并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化原則加以確定的。,公路橋梁目標(biāo)可靠指標(biāo),建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠指標(biāo),公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50283-1999）,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068-2001）,2.2 我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)的計(jì)算原則,一、我國(guó)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三種狀況： 1、持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。 2、短暫狀況：橋涵施工過(guò)程中承受臨時(shí)性（或荷載）的狀況，該狀況對(duì)應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 3、偶然狀況：在橋涵使用過(guò)程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震等作用的狀況。只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì),二、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級(jí),根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，可分為：一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。,公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級(jí),橋梁涵洞按長(zhǎng)度的分類,根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D602004）規(guī)定：,涵洞：L8m，l5m,小橋：8mL30m，5ml20m,中橋：30mL100m，20ml40m,大橋：100mL1000m,40ml150m,特殊大橋：L1000m，l150m,補(bǔ)充：,總長(zhǎng)： 單跨,1、設(shè)計(jì)原則：作用效應(yīng)最不利組合(基本組合)設(shè)計(jì)值必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值。,三、承載能力極限狀態(tài)狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 （以塑性理論為基礎(chǔ)）：,2、基本表達(dá)式:,四、持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式,2、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式:,1、設(shè)計(jì)原則:是以結(jié)構(gòu)彈性理論或彈塑性理論為基礎(chǔ),采用作用的短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響，對(duì)構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，并使各項(xiàng)計(jì)算值不超過(guò)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)限值。,五、持久、短暫狀況應(yīng)力設(shè)計(jì)表達(dá)式：,1、設(shè)計(jì)原則: (1) 對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受力構(gòu)件按短暫狀況設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算其在制作、運(yùn)輸及安裝等施工階段由自重、施工荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，并不超過(guò)限值。 （2）按持久狀況設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，應(yīng)計(jì)算其使用階段的應(yīng)力，并不超過(guò)限值。,2、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式,式中： S：作用(或荷載)標(biāo)準(zhǔn)值(其中汽車荷載應(yīng)考慮沖擊系數(shù))產(chǎn)生的效應(yīng)(應(yīng)力);當(dāng)有組合時(shí)不考慮荷載組合系數(shù)。 C2：結(jié)構(gòu)的功能限值（應(yīng)力）,材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值:材料強(qiáng)度的一種特征值。是由標(biāo)準(zhǔn)試件按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)以概率分布的0.05分位值確定的強(qiáng)度值。 取值原則：是在符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的總體中，材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95的保證率。,一、材料強(qiáng)度的取值原則,3. 材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值: 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù),公式參數(shù)取值方法：,二、混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值,1、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,式中： 、 分別為邊長(zhǎng)150mm立方體試件抗壓強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差。,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定： 鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C20，當(dāng)采用HRB400、KL400級(jí)鋼筋配筋時(shí)，不應(yīng)低于C25 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40。,2、混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,式中： 對(duì)C50及以下取0.76；對(duì)C55C80取0.780.82；另外，考慮到C40混凝土具有脆性， C40C80取折減系數(shù)為1.00.87,3、混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,設(shè)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的變異系數(shù) 與立方體抗壓強(qiáng)度 的變異系數(shù)相同，可得：,4、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（附表1-1） 公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范取混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度的材料分項(xiàng)系數(shù)為1.45，用標(biāo)準(zhǔn)值除以分項(xiàng)系數(shù)即可得到相應(yīng)設(shè)計(jì)值。（接近按二級(jí)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)分析的脆性破壞構(gòu)件目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求）,三、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 1、標(biāo)準(zhǔn)值 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值即為鋼筋出廠檢驗(yàn)的廢品限值，其保證率不小于95%； 對(duì)有明顯流幅的熱軋鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)于無(wú)明顯流幅的鋼筋，如鋼絲，鋼絞線等，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度值確定，其保證率不小于95%取（為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度）作為設(shè)計(jì)取用的條件屈服強(qiáng)度（指相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的鋼筋應(yīng)力）。,2、分項(xiàng)系數(shù) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)熱軋鋼筋和精軋螺紋鋼筋的材料性能分項(xiàng)系數(shù)取1.20，對(duì)鋼絞線、鋼絲等的材料性能分項(xiàng)系數(shù)取1.47。,3、設(shè)計(jì)值 （附表1-3） 抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度 將鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的材料性能分項(xiàng)系數(shù)1.20或1.47，則得到鋼筋抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。 抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度 鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按 或 確定。 和 分別為熱軋鋼筋和鋼絞線等的彈性模量； 和 為相應(yīng)鋼筋種類的受壓應(yīng)變，取 （ ）等于0.002。 （或 ）不得大于相應(yīng)的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,2.4 作用、作用的代表值和作用效應(yīng)組合,一、作用的分類： 1. 永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的作用； 2. 可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用； 3. 偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。,二、作用的分類,二、作用的代表值,1. 作用的標(biāo)準(zhǔn)值: 各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,取值規(guī)定： 永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸與容重確定 可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見(jiàn)規(guī)范,2. 可變作用頻遇值： 是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。 頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值頻遇系數(shù)1,3. 可變作用準(zhǔn)永久值 是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值： 準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù) 2,注： 2 1 準(zhǔn)永久值頻遇值,4、公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同的作用應(yīng)采用不同的代表值,（1） 永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。,采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）,采用準(zhǔn)永久值（長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài)：,采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值,（按彈性階段計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度),（2） 可變作用：,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，按照公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)分別為1.1、1.0、0.9。 第i個(gè)永久作用分項(xiàng)系數(shù)； 第i個(gè)永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值； 汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的分項(xiàng)系數(shù)， 1.4。當(dāng)某個(gè)可變作用在效應(yīng)組合中超過(guò)汽車荷載效應(yīng)時(shí)，則該作用取代汽車荷載，其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)；對(duì)于專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計(jì)時(shí)該作用的分項(xiàng)系數(shù)取與汽車荷載同值； 汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值； 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值； 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時(shí)，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數(shù) 0.80；當(dāng)其除汽車荷載（含汽車沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取 0.70；尚有三種其他可變作用參與組合時(shí)， 0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)， 0.50。,三、作用效應(yīng)組合,1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合：,2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合:,（1）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為:,（2）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為:,作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.4，人群荷載0.4，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0； 第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。,作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.7，人群荷載1.0，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0； 第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。,舉例,鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為:結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩WGK552kN.m；汽車荷載彎矩MQ1K=459.7kN.m；人群荷載彎矩MQ2K=40.6kN.m。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)組合計(jì)算。,解：,1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合,2.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合,（1）作用短期效應(yīng)組合 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值為,（2）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合,作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值為:,1、混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值,式中： 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值；對(duì)普通混凝土取0.76；對(duì)高強(qiáng)混凝土則大于0.76；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)C50及以下取0.76；對(duì)C80取0.82，中間按線性規(guī)律變化 混凝土脆性折減系數(shù)。對(duì)C40取1.0；對(duì)C80取0.87，其間按線性插入。,四、材料強(qiáng)度指標(biāo)的取值原則,3、混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,式中： 分別為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和立方體抗 壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 為混凝土立方體強(qiáng)度的變異系數(shù)，取值如下表。,4、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 （1）標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)有明顯流幅的熱軋鋼筋，鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)于無(wú)明顯流幅的鋼筋，如鋼絲，鋼絞線、熱處理鋼筋，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度值確定，?。?為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度）作為設(shè)計(jì)取用的條件屈服強(qiáng)度（指相應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的鋼筋應(yīng)力）。,（2）分項(xiàng)系數(shù) HPB235、HRB335、HRB400的材料分項(xiàng)系數(shù)取1.10； 對(duì)鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)取1.20。 （3）設(shè)計(jì)值 將鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的材料分項(xiàng)系數(shù)1.10或1.20，則得到鋼筋抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。,五、實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 現(xiàn)行規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。,1、承載能力極限狀態(tài) 荷載效應(yīng)的基本組合，是指承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，永久荷載和可變荷載的組合； 荷載效應(yīng)的偶然組合則是永久荷載、可變荷載和一個(gè)偶然荷載的組合。 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，一般考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮偶然組合。 荷載規(guī)范規(guī)定，對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永久荷載效應(yīng)控制的組合中取最不利值確定。,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一