工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理講稿

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 一 講 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第1頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（1/12） n一、結(jié)構(gòu)的基本知識 n二、混凝土結(jié)構(gòu) n三、鋼結(jié)構(gòu) n四、砌體結(jié)構(gòu) n五、本課程特點(diǎn) 第2頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（2/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（一、結(jié)構(gòu)的基本知識（1/4） 1、結(jié)構(gòu)的組成 ：由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。 2、基本(單元)構(gòu)件 板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載； 梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并傳遞； 柱：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； 墻：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； 基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基； 索：懸

2、掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元； 桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。 第3頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（3/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（一、結(jié)構(gòu)的基本知識（2/4） 3、結(jié)構(gòu)的分類 按材料分類 混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu):素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土 纖維筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 砌體結(jié)構(gòu)：包括磚石砌體結(jié)構(gòu)、砌塊砌體結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu) 第4頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（4/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（一、結(jié)構(gòu)的基本知識（3/4） 按受力體系分類 框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成； 剪力墻結(jié)構(gòu)

3、：主要(豎向)受力體系由墻組成； 筒體結(jié)構(gòu)：四周封閉的墻形成筒； 塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物； 桅式結(jié)構(gòu)：豎立的細(xì)長桅桿和纖繩所組成的構(gòu)筑物； 懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)； 殼體結(jié)構(gòu):由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)； 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過節(jié)點(diǎn)連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)； 第5頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（5/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（一、結(jié)構(gòu)的基本知識（4/4） 板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)； 墻板結(jié)構(gòu)：由樓板和墻組成承重體系的結(jié)構(gòu)； 折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)； 充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結(jié)構(gòu)； 膜結(jié)

4、構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)； 按使用功能分類： 建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等 按照建筑物外形分類： 單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 按照施工方法分類： 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu) 第6頁/共670頁 第一講：緒論（第一講：緒論（1） 下一講的重要內(nèi)容下一講的重要內(nèi)容 1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理； 2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理； 3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理； 4、本課程的特點(diǎn)。 第7頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 二 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第8頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（2） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1

5、、結(jié)構(gòu)的組成:基本單元（桿件） 2、結(jié)構(gòu)基本單元 板、柱、梁、墻、基礎(chǔ)等 3、結(jié)構(gòu)的分類 按材料分類：混凝土、鋼、砌體、木和混合結(jié)構(gòu) 按受力體系：框架、剪力墻等多種 按使用功能：建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié) 構(gòu) 按外形分類：單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 按施工方法：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu) 第9頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（6/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（1/4） 1、結(jié)構(gòu)形成的原理 組 成: 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 混凝土：抗壓強(qiáng)度很高，但抗拉強(qiáng)度很低。 鋼 筋：抗拉和抗壓強(qiáng)度均很高。 共同工作的目的 充分發(fā)揮兩種材料的強(qiáng)

6、度優(yōu)勢，取長補(bǔ)短。 素混凝土梁的工作特點(diǎn) 開裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受壓， 受拉區(qū)的拉力由混凝土承擔(dān)。 開裂后：梁斷裂。 第10頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（7/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（2/4） 鋼筋混凝土梁如何共同工作 開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)。 開裂后：受拉鋼筋承擔(dān)大了部分拉力，繼續(xù)承擔(dān)荷載， 直至屈服強(qiáng)度，受壓混凝土壓碎，梁破壞。 第11頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（8/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（3/4） 素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比 極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形，開裂即破壞 鋼筋砼梁：有明顯變形

7、，鋼筋屈服，砼壓碎 承載能力：素砼梁：取決于混凝土的抗拉，低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強(qiáng)度，高 抗裂能力：配筋后略有增加，但不顯著 共同工作的基礎(chǔ) 兩者之間存在較好的傳遞應(yīng)力的能力，粘結(jié)力； 兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)相近； 混凝土對鋼筋的保護(hù)，抗火和耐久性提高。 第12頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（9/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（4/4） 2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)： 耐久性好；耐火性好； 可模性好、整體性好。 可就地取材。 缺 點(diǎn)： 自重大； 抗裂差； 施工環(huán)節(jié)多周期長； 拆除、改造難度大。 3、現(xiàn)狀與發(fā)展 第13頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（10/

8、12） 三、三、 鋼結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)（1/1） 1、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成 是用鋼板、角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼管和圓鋼等鋼材 通過焊接等有效的連接方式，所形成的結(jié)構(gòu)。 2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)： 強(qiáng)度和強(qiáng)度質(zhì)量比高； 材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高。 施工簡便、工期短。 延性好、抗震能力強(qiáng)。 易于改造和加固。 缺 點(diǎn)：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價格相對較高。 3、現(xiàn)狀與發(fā)展 第14頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（11/12） 四、砌體結(jié)構(gòu)四、砌體結(jié)構(gòu) （1/1） 1、砌體結(jié)構(gòu)的組成 砌體結(jié)構(gòu)是用磚、石或砌塊， 用砂漿等膠結(jié)材料砌筑的結(jié)構(gòu)。 2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)：耐久性好； 耐火性好； 就地取材； 施工技術(shù)

9、要求低； 造價低廉。 缺 點(diǎn)： 強(qiáng)度低，砂漿與磚石之間的粘接力較弱； 自重大；砌筑工作量大，勞動強(qiáng)度高。 粘土用量大，不利于持續(xù)發(fā)展。 3、現(xiàn)狀與發(fā)展 第15頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（12/12） 五、本課程特點(diǎn)（五、本課程特點(diǎn)（1/1） 1、是原理課，應(yīng)突出原理和概念 2、基本構(gòu)件由不同材料組成，在了解共性特點(diǎn)的同時， 應(yīng)注意由于組成材料不同而導(dǎo)致的計算方法的不同 3、強(qiáng)調(diào)不同材料構(gòu)件的計算原理和方法 4、涉及內(nèi)容多，系統(tǒng)性差 5、公式多、公式的條件多 6、簡化、近似和經(jīng)驗(yàn)處理多 第16頁/共670頁 第二講：緒論（第二講：緒論（2） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、

10、作用及作用效應(yīng) 2、作用的分類 3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 4、荷載的代表值 第17頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 三 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第18頁/共670頁 第三講：計算原則（第三講：計算原則（1） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 發(fā)揮材料優(yōu)勢（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長補(bǔ)短。 是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過程相對復(fù)雜。 2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 單一材料構(gòu)件，材料理想，工作原理簡單。 3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 用砂漿等膠結(jié)材料把磚、石或砌塊等砌筑成一體的結(jié) 構(gòu)。 是一種復(fù)合材料

11、構(gòu)件，工作過程相對復(fù)雜。 第19頁/共670頁 第三講：第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則結(jié)構(gòu)基本計算原則 （1/28） n一、結(jié)構(gòu)上的作用 n二、結(jié)構(gòu)的抗力 n三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài) n四、設(shè)計的基本原則 n五、基于近似概率法的設(shè)計表達(dá)式 n六、本章要點(diǎn) 第20頁/共670頁 第三講：第三講：計算原則（計算原則（2/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用一、結(jié)構(gòu)上的作用 （1/5） 1、作用及作用效應(yīng) (1)作 用 引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。 直接作用：直接以力的不同集結(jié)形式作用于結(jié)構(gòu)， 也稱為荷載； 間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。 (2)作用效應(yīng) 作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。 由直接作

12、用(荷載)引起的效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。 第21頁/共670頁 第三講：第三講：計算原則（計算原則（3/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5） 2、作用的分類 (1)按照隨時間的變異性分類 永久作用：不隨時間變化，或變化幅度可以忽略； 可變作用：隨時間變化，且變化幅度不可以忽略； 偶然作用：可能，但不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)效應(yīng)很大。 (2)按照隨位置的變異性分類 固定作用：在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布； 可動作用：在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。 (3)按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類： 靜態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略； 動態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。 第22頁/共

13、670頁 第三講：第三講：計算原則（計算原則（4/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5） 3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 (1)永久荷載 性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化 數(shù)學(xué)描述：隨機(jī)變量概率模式，基本服從正態(tài)分布 (2)可變荷載 性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值也隨時間變化 數(shù)學(xué)描述：把隨機(jī)過程模式簡化成隨機(jī)變量模式 簡化方法：分析荷載最大值分布規(guī)律，是一隨機(jī)變量 分布規(guī)律：極值I型概率分布模式 第23頁/共670頁 0 f(Q) Q 第三講：第三講：計算原則（計算原則（5/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5） 4 荷載的代表值 (1)實(shí)質(zhì)：以確定值（代表

14、值）表達(dá)不確定的隨機(jī)變量， 便于設(shè)計時，定量描述和運(yùn)算。 (2) 取值原則：根據(jù)荷載概率分布特征, 控制保證率。 第24頁/共670頁 第三講：第三講：計算原則（計算原則（6/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（5/5） (2) 代表值取值 永久荷載的代表值 標(biāo)準(zhǔn)值：取分布的平均值，保證率50%； 可變荷載的代表值 標(biāo)準(zhǔn)值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一； 準(zhǔn)永久值：對可變荷載穩(wěn)定性的描述， 等于標(biāo)準(zhǔn)值乘準(zhǔn)永久值系數(shù)； 組合值：兩種或（以上）可變荷載作用時，都以標(biāo)準(zhǔn)值 出現(xiàn)的概率小，因此對標(biāo)準(zhǔn)值乘以組合系數(shù)進(jìn)行折減。 第25頁/共670頁 第三講：第三講：計算原則（計算原則（1） 下一講的

15、主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、抗力的不定因素及取值 2、結(jié)構(gòu)的功能 3、極限狀態(tài) 第26頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 四 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第27頁/共670頁 第四講：計算原則（第四講：計算原則（2） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、作用及作用效應(yīng) 作 用：引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。 作用效應(yīng)：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。 2、作用的分類 按時間分：永久作用；可變作用；偶然作用。 按位置分：固定作用、可動作用。 按反應(yīng)分：靜態(tài)作用、動態(tài)作用： 3、荷載的隨機(jī)性及代表值 目的：以確定值（代表值）表達(dá)不確定的隨機(jī)變量； 種類： 標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、

16、組合值。 第28頁/共670頁 第四講：第四講：計算原則（計算原則（7/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力二、結(jié)構(gòu)的抗力 （1/2） 1、抗力及其不定因素 抗力：抵抗作用效應(yīng)的能力 性質(zhì)：與時間有關(guān)的隨機(jī)過程 材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機(jī)變量； 有些材料的力學(xué)性能是隨時間變化的。 簡化：忽略隨時間的變化，用隨機(jī)變量模型描述。 抗力不定性主要因素： 材料性能的不定性 幾參數(shù)的不定性 計算模式的不定性 第29頁/共670頁 0 f(f) f 第四講：第四講：計算原則（計算原則（8/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力二、結(jié)構(gòu)的抗力 （2/2） 2、 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 (1)實(shí)質(zhì)：以確定值（標(biāo)準(zhǔn)值）表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。

17、 (2) 標(biāo)準(zhǔn)值取值：根據(jù)材料強(qiáng)度概率分布的0.05分位值， 即95%保證率的要求確定。 3、抗力的概率分布模式 (假設(shè))對數(shù)正態(tài)分布 第30頁/共670頁 第四講：第四講：計算原則（計算原則（9/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（1/2） 1、結(jié)構(gòu)的功能 （1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔(dān)正常施工和正常使用條件下， 可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā) 生時以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局 部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。 （2）適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時滿足正常的要求，具 有良好的工作性能。 （3）耐久性 要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護(hù)下，在規(guī)定的使 用期內(nèi)，能

18、夠滿足安全和使用功能要求。如 材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。 第31頁/共670頁 第四講：第四講：計算原則（計算原則（10/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（2/2） 2、極限狀態(tài) (1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的 標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的狀態(tài)。 (2)分類： 承載能力極限狀態(tài) 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu) 構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形。 正常使用極限狀態(tài)： 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標(biāo)準(zhǔn)， 指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。 第32頁/共670頁 第四講：第四講

19、：計算原則（計算原則（2） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程 2、結(jié)構(gòu)可靠度的概念 第33頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 五 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第34頁/共670頁 第五講：計算原則（第五講：計算原則（3） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、抗力及其不定因素及材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 標(biāo)準(zhǔn)值的實(shí)質(zhì)：以確定值表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)值取值：具有95%保證率的強(qiáng)度值。 2、結(jié)構(gòu)的功能 安全性、適用性和耐久性 3、極限狀態(tài) 目的：判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足功能要求； 分類： 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 第35頁/共670頁 第五講：

20、第五講：計算原則（計算原則（11/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（1/11） 1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程 (1) 功能函數(shù) Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn) (2) 結(jié)果分析 Z=R-S0：處于可靠狀態(tài)； Z=R-S0 問題：R和S為隨機(jī)變量，功能函數(shù)值Z是隨機(jī)變量 絕對保證R大于S不可能！ 第36頁/共670頁 0 )()0(dzzfZPp Zf fs pZPp1)0( Z fz(z) pf z 0 z 第五講：第五講：計算原則（計算原則（12/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（2/11） 解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下： RS 允許極少數(shù)情況下：RS (

21、2)結(jié)構(gòu)可靠度和失效概率 可靠度(可靠概率)：是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的 條件下，完成預(yù)定功能的概率，以Ps表示。 失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，以Pf表示。 第37頁/共670頁 0Z (z) z f 第五講：第五講：計算原則（計算原則（13/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（3/11） (3)可靠度三個水準(zhǔn) 水準(zhǔn)I：是用隨機(jī)變量的一階矩（平均值）加以概括; 水準(zhǔn)II：用隨機(jī)變量的一階矩和二階矩來描述; 水準(zhǔn)III：也稱為全概率法，是以真實(shí)分布進(jìn)行計算。 第38頁/共670頁 第五講：第五講：計算原則（計算原則（3） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、可靠性的計算及

22、可靠指標(biāo) 第39頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 六 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第40頁/共670頁 第六講：計算原則（第六講：計算原則（4） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 Z=R-S 2、結(jié)構(gòu)可靠性概念 功能函數(shù)值Z可能0（可靠）。 因此要用概率控制。 3、可靠概率和失效概率 4、可靠度的水準(zhǔn)：I、II、III 第41頁/共670頁 SRZ 22 SRZ zzf Z Z x Z Z , 2 1 )( 2 2 2 )( 第六講：第六講：計算原則（計算原則（14/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（4/11） 3、可靠度的計算方法及

23、可靠指標(biāo) (1)可靠指標(biāo) 簡單分析：假設(shè)只有兩個隨機(jī)變量R和S ，相互獨(dú)立， 均服從正態(tài)分布，已知平均值和均方差。 功能函數(shù)Z: 第42頁/共670頁 dzdzzfZPp Z Z z Z Zf 02 )( 0 2 2 2 1 )()0( )( 2 1 2 2 Z Z t f dtpZ Z 22 SR SR Z Z )(1)( f p 第六講：第六講：計算原則（計算原則（15/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（5/11 ） 計算結(jié)構(gòu)失效概率 進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得（把Z由正態(tài)分布變換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài) 分布） 定義可靠度指標(biāo)： 則： 第43頁/共670頁 第六講：第六講：計算原則（計算原則（16/28

24、） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（6 /11 ） 分析： 可靠指標(biāo)與可靠度（失效概率）相關(guān)，可靠指標(biāo)越大， 結(jié)構(gòu)越可靠；可靠指標(biāo)越小，結(jié)構(gòu)越不可靠。 優(yōu)點(diǎn)：用統(tǒng)計特征值來反映可靠度，不直接用概率。 可靠度指標(biāo)取值 確定方法：校核法、類比法協(xié)商給定法 取值：與安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)： 安全等級越高，可靠指標(biāo)越大（0.5）； 脆性破壞高于延性破壞（0.5）； 承載力極限狀態(tài)高于正常使用極限狀態(tài)。 第44頁/共670頁 第六講：第六講：計算原則（計算原則（4） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、可靠指標(biāo)的計算方法-中心點(diǎn)法 第45頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 七 講 主講

25、教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第46頁/共670頁 dzdzzfZPp Z Z z Z Zf 02 )( 0 2 2 2 1 )()0( 22 SR SR Z Z )(1)( f p 第七講：計算原則（第七講：計算原則（5） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、可靠概率和失效概率的計算 用數(shù)學(xué)方法可以計算但計算工作量大。 2、可靠指標(biāo)的定義及計算 取值：安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān) 第47頁/共670頁 ).,( 321XnXXXZ g 2 1 1 2 n i Xi i Z Xi X g 第七講：第七講：計算原則（計算原則（17/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則

26、（7/11） (2)計算方法之一：中心點(diǎn)法 假設(shè)：Z中所有隨機(jī)量是相互獨(dú)立的，均服從正態(tài)分布 將Z在平均值處按泰勒級數(shù)展開，忽略二次以上項(xiàng) 確定Z的特征值 求可靠指標(biāo) 適用條件：基本變量的正態(tài)分布；功能函數(shù)是線性的。 特點(diǎn)：直接用特征值；概念清楚，應(yīng)用簡便；誤差較大。 第48頁/共670頁 kN Nu 320012. 0 Nu kN NG 1200 07. 0 NG kN NQ 60024. 0 NQ QGuQGu NNNNNNgZ),( kNg NQNGNuNQNGNuZ 1400),( 2 1 222 )()()( NQ Q Gu G Nu u z N g N g N g 6 .418)(

27、 2 1 222 NQNGNu 344. 3 6 .418 1400 Z Z 第七講：第七講：計算原則（計算原則（18/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（8/11） 例題：某軸心受壓短柱，按中心點(diǎn)法求構(gòu)件可靠指標(biāo)已知： 抗壓承載力： 恒載產(chǎn)生的壓力： 活載產(chǎn)生的軸向壓力： 建立功能函數(shù): 求Z的特征值： 求可靠指標(biāo) 第49頁/共670頁 QGuQGu NNNNNNgZ),( 1800),( NuNQNGNuNQNGNuZ g z 2 1 2 2 1 222 )277920144. 0()( NuNQNGNu 7 . 3 277920144. 0 1800 2 Nu Nu Z Z 02

28、8595283600803. 0 2 NuNu kN Nu 3451 1 第七講：第七講：計算原則（計算原則（19/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（9/11） 例題：上題中，要求可靠指標(biāo)3.7，在其它條件不變的條件下, 用中心點(diǎn)法求該柱應(yīng)具有的承載能力平均值。 建立功能函數(shù) 求Z的特征值 求可靠指標(biāo) 承載能力平均值 第50頁/共670頁 第七講：第七講：計算原則（計算原則（4） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、可靠指標(biāo)的計算方法-驗(yàn)算點(diǎn)法 第51頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 八 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第52頁/共670頁 第八講：計算原則（第八

29、講：計算原則（6） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、中心點(diǎn)法的原理 假設(shè)基本變量均符合正態(tài)分布，功能函數(shù)是線性方程； 利用按泰勒級數(shù)展開（忽略二次及以上項(xiàng)） 經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可靠指標(biāo)可以直接用平均值和均方差表示； 2、中心點(diǎn)法的特點(diǎn) 直接用變量的特征值計算； 概念清楚，應(yīng)用簡便； 計算結(jié)果誤差較大。 第53頁/共670頁 0SRZ R R R R S S S S R S 0 SRSR SRZ 第八講：第八講：計算原則（計算原則（20/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（10/11） (3)計算方法之二： 驗(yàn)算點(diǎn)法介紹 中心點(diǎn)法的缺陷：非正態(tài)分布？非線形方程？誤差！ 處理辦法：對中心點(diǎn)

30、法進(jìn)行了改進(jìn) 簡單分析簡單分析：僅考慮兩個相互獨(dú)立的正態(tài)分布變量R和S 極限狀態(tài)方程為： 標(biāo)準(zhǔn)化變換，令 以 和 表述的極限狀態(tài) 第54頁/共670頁 R O R S * S R * P * S 極限狀態(tài)線 0 222222 SR SR SR S SR R SR 0 cos cosSR SR 第八講：第八講：計算原則（計算原則（21/28） 四、設(shè)計計算原則（四、設(shè)計計算原則（11/11） 即： 可靠指標(biāo)的實(shí)質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點(diǎn)到極限狀 態(tài)方程直線的最短距離。 驗(yàn)算點(diǎn)定義：P點(diǎn) 非正態(tài)變量的當(dāng)量正態(tài)化原則 在驗(yàn)算點(diǎn)處，當(dāng)量前后分布函 數(shù)值相等；當(dāng)量前后概率密度 函數(shù)值相等。 第55頁/共6

31、70頁 第八講：第八講：計算原則（計算原則（6） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、近似概率的設(shè)計表達(dá)式 第56頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 九 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第57頁/共670頁 第九講：計算原則（第九講：計算原則（7） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、驗(yàn)算點(diǎn)法的原理 是對中心點(diǎn)法的修正： 對非正態(tài)變量等效正態(tài)化； 通過數(shù)學(xué)變化尋找驗(yàn)算點(diǎn)； 2、驗(yàn)算點(diǎn)法的特點(diǎn) 計算結(jié)果比較準(zhǔn)確； 計算復(fù)雜，與隨機(jī)變量的分布有關(guān)； 當(dāng)隨機(jī)變量為正態(tài)分布，功能函數(shù)是線形方程時，計算 結(jié)果和中心點(diǎn)法相同。 第58頁/共670頁 2222 )()( SSRRSSRS

32、R 22 SR SR Z Z 第九講：第九講：計算原則（計算原則（22/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(1/6) 1、一般方法 (1)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計需要解決的問題： 理論模式問題：失效標(biāo)準(zhǔn)、概率模式和計算方法等。 社會認(rèn)同問題：設(shè)計可靠指標(biāo)的取值能否被社會接受。 應(yīng)用方法問題：所采用的設(shè)計表達(dá)式的形式問題。 (2)安全系數(shù)法簡單示例： 設(shè)Z只有兩個獨(dú)立的正態(tài)變量R和S，根據(jù)定義 得： 第59頁/共670頁 2 2 )(1 S S R R S R 22 22222 1 1 R SRSR S R k k S R K )1 ( )1 ( 1 1 22 22222 SS RR

33、 R SRSR K kK RKS 第九講：第九講：計算原則（計算原則（23/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(2/6) 即 解得： 定義安全系數(shù)： 則： 安全系數(shù)法設(shè)計表達(dá)式： 第60頁/共670頁 SSRRSRSRSR )( 22 SSRR )1 ()1 ( KSRK SR/ )( 2 SQSGRSQSGR SQSQSGSGRR )1 ()1 ()1 ( 22 QK SQSQ SQ GK SGSG SG K RR R SSR 1 1 1 1 1 1 2 2 RKKQQKGG RQCGC/ 第九講：第九講：計算原則（計算原則（24/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近

34、似概率法設(shè)計表達(dá)式(3/6) (3)分項(xiàng)系數(shù)法簡單示例 當(dāng)功能函數(shù)有兩個隨機(jī)變量R和S時 整理可得： 以標(biāo)準(zhǔn)值代入整理得： 當(dāng)功能函數(shù)有三個隨機(jī)變量R和SG和SQ時 整理可得 以標(biāo)準(zhǔn)值代入: 分項(xiàng)系數(shù)法設(shè)計表達(dá)式 第61頁/共670頁 第九講：第九講：計算原則（計算原則（7） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容 1、現(xiàn)行設(shè)計表達(dá)式 第62頁/共670頁 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 第63頁/共670頁 kK RKS RKKQQKGG RQCGC/ 第十講：計算原則（第十講：計算原則（8） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容 1、安全系數(shù)法 經(jīng)過變化設(shè)計表

35、達(dá)式可以表示成： 安全系數(shù)K與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān) 2、分項(xiàng)系數(shù)法 經(jīng)過變化設(shè)計表達(dá)式可以表示成： 分項(xiàng)系數(shù)法與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān)。 第64頁/共670頁 RS 0 ,.),(.),( kkKR afRafRR )( 2 111 n i iKCiQiQiKQQKGG QCQCGCS 第十講：第十講：計算原則（計算原則（25/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(4/6) 2、我國現(xiàn)行規(guī)范采用的基本設(shè)計表達(dá)式 (1)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 組合情況： 基本組合：永久荷載和最大的可變荷載以標(biāo)準(zhǔn)值作為 代表值，其它可變荷載以組合值為代表值。 偶然組合

36、 基本組合承載能力設(shè)計采用下列設(shè)計表達(dá)式： 第65頁/共670頁 .),( skksss UafSUU n i iKQiCikQKGs QCQCGCS 2 11 .),( lkklll UafSUU n i iKQiqiKGl QCGCS 1 第十講：第十講：計算原則（計算原則（26/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(5/6) (2)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 組合情況： 短期效應(yīng)組合 長期效應(yīng)組合 在作用的短期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達(dá)式： 在作用的長期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達(dá)式： 第66頁/共670頁 * RSS QG RQKQGKG RSS/ 0 G Q 第十講：第

37、十講：計算原則（計算原則（27/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(6/6) 3、分項(xiàng)系數(shù)的確定 (1)確定的原則：以驗(yàn)算點(diǎn)法為基礎(chǔ) (2)方 法： 在驗(yàn)算點(diǎn)處將極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的方程 對于驗(yàn)算點(diǎn)法 對于分項(xiàng)系數(shù)法 等價求分項(xiàng)系數(shù)。 確定原則：對不同材料、荷載和結(jié)構(gòu)，取統(tǒng)一值； 在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值等給定的前提下，誤差最小。 (3)優(yōu)化結(jié)果 荷載分項(xiàng)系數(shù) =1.2, =1.4 結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù) :進(jìn)一步分離成材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù) 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) =1.1,1.0, 0.9 第67頁/共670頁 第十講：第十講：計算原則（計算原則（28/28） 本章要點(diǎn)（本章要點(diǎn)（1/1

38、） 1、了解結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性； 2、掌握荷載、材料強(qiáng)度的代表值； 3、掌握結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)等基本概念； 4、理解結(jié)構(gòu)可靠性的概念和原理，掌握可靠度指標(biāo)概念和取值； 5、了解可靠性設(shè)計的一般設(shè)計方法和設(shè)計基本表達(dá)式； 6、掌握以概率為基礎(chǔ)的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計表達(dá)式； 7、理解分項(xiàng)系數(shù)的概念，熟悉分項(xiàng)系數(shù)的種類和取值。 第68頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十 一 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 第69頁/共670頁 第11講：材料的性能(1/34) 內(nèi)容提要 一、鋼材的物理力學(xué)性能 二、混凝土的物理力學(xué)性能 三、砌體的材料及力學(xué)性能 四、本章

39、要點(diǎn) 第70頁/共670頁 第11講：材料的性能(2/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（1/13） 1、簡單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 曲線形式： 有明顯流幅的： 彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮階段 沒有明顯流幅的： 沒有明顯的屈服階段 曲線簡化： 屈服前：完全彈性的； 屈服后：完全塑性的。 第71頁/共670頁 第11講：材料的性能(3/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（2/13） (2)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度：設(shè)計時鋼材允許達(dá)到的最大應(yīng)力 有明顯流幅的鋼材：取屈服點(diǎn)的應(yīng)力； 無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 條件屈服強(qiáng)度：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對應(yīng)的應(yīng)力。 極限強(qiáng)度：材料能承受的最

40、大應(yīng)力反映安全儲備 屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度 (3)鋼材的塑性指標(biāo) 伸長率：拉斷后構(gòu)件伸長率 截面收縮率：拉斷后面積縮小率 冷彎性能：以冷彎的角度來衡量 第72頁/共670頁 第11講：材料的性能(4/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（3/13） 2、復(fù)雜應(yīng)力下鋼材的性能 (1)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件 判別方法：用能量理論建立屈服條件，用折算應(yīng)力判別 當(dāng) 時，鋼材沒有屈服 當(dāng) 時，鋼材屈服。 折算應(yīng)力 以主應(yīng)力表示： 以應(yīng)力分量表示 yzs f zs 2 13 2 32 2 21 )()()( 2 1 zs )(3)( 222222 zxyzxyxzzyyxzyxzs yzs f 第73頁/

41、共670頁 第11講：材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13） 分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號時，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號時，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。 (2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程 沒有明顯的變形，脆性破壞 第74頁/共670頁 第11講：材料的性能（1） 下一講的主要內(nèi)容 1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 2、影響鋼材性能的一般因素 第75頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十二 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 第

42、76頁/共670頁 第12講：材料的性能（2） 上一講的主要內(nèi)容 1、鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 有明顯流幅的鋼材和沒有明顯流幅的鋼材 2、鋼材的強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和屈強(qiáng)比 3、鋼材的塑性指標(biāo) 伸長率、截面收縮率和冷彎性能 4、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件 第77頁/共670頁 第12講：材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13） 分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號時，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號時，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。 (2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個

43、過程 沒有明顯的變形，脆性破壞 第78頁/共670頁 第12講：材料的性能(6/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（5/13） 影響因素： 荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等 應(yīng)力循環(huán)特征：(應(yīng)力比 ) 靜載（=1） 同號循環(huán)（0） 脈沖循環(huán)(=0) 異號循環(huán)(0) 完全對稱循環(huán)（-1） 循環(huán)次數(shù): 應(yīng)力比一定時， 疲勞強(qiáng)度與荷載的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。 maxmin / 第79頁/共670頁 第12講：材料的性能(7/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（6/13） 疲勞極限：當(dāng)最大應(yīng)力小于某一數(shù)值， 反復(fù)荷載循環(huán)無窮次，材料也不會破壞。 疲勞曲線(試驗(yàn)結(jié)果) 循環(huán)N次 包絡(luò)線ABCD 簡化疲勞曲線 ABCD的方程

44、BCD(拉為主) AB(壓為主) 6 102N min0max k k p 1 0 max k p0 min 第80頁/共670頁 第12講：材料的性能(8/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（7/13） 3 影響鋼材性能的一般因素 (1)化學(xué)成分 碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。 錳：提高強(qiáng)度，改善脆性；但對可焊性和耐銹力不利。 硅：提高強(qiáng)度，但含量過高，對塑性可焊性耐銹力不利。 硫：高溫時變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力。 磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低塑性可焊性等。 (2)鋼材缺陷 偏析:鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性 裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的 分層

45、：在厚度方向分成多層，各層相互連接，并不脫離 夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等 第81頁/共670頁 第12講：材料的性能（2） 下一講的主要內(nèi)容 1、鋼材的硬化性能 2、溫度對鋼材性能的影響 3、鋼材的應(yīng)力集中問題 4、鋼材的分類 5、土木結(jié)構(gòu)對鋼材的要求。 第82頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十三 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 第83頁/共670頁 第13講：材料的性能（3） 上一講的主要內(nèi)容 1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 影響因素：應(yīng)力循環(huán)特征、循環(huán)次數(shù) 疲勞破壞、疲勞極限、疲勞強(qiáng)度和疲勞曲線 2、化學(xué)成分對鋼材性能的影響 3、鋼材缺陷對鋼材性能的影響

46、第84頁/共670頁 第13講：材料的性能(9/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（8/13） (3)鋼材的硬化 時效硬化：現(xiàn)象：時間增加，強(qiáng)度提高，塑性下降。 特點(diǎn)：過程很長，反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生。 冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形后屈服點(diǎn)提高，塑性降低。 應(yīng)變時效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn) 生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化。 第85頁/共670頁 第13講：材料的性能(10/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（9/13） (4)溫度 在正常溫度下：基本不隨溫度變化 在高溫度下：溫度升高，強(qiáng)度、彈性模量均有下降趨勢 藍(lán)脆現(xiàn)象：250左右，抗拉強(qiáng)度反而提高， 塑性和韌性下降。 在低溫時：溫

47、度降低，強(qiáng)度略提高， 塑性等下降，有脆性傾向。 冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時， 材料變脆。 第86頁/共670頁 第13講：材料的性能(11/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（10/13） (5)應(yīng)力集中 現(xiàn)象：當(dāng)構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時，應(yīng)力分布 不均勻，出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力，促使鋼材變脆。 影響因素：截面變化愈劇烈，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈明顯。 第87頁/共670頁 第13講：材料的性能(12/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（11/13） 4、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求及鋼材的分類 (1)結(jié)構(gòu)對鋼材的要求 具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度； 具有良好的塑性和韌性 具有良好的工藝加工性能； 良好的耐銹蝕能

48、力 與混凝土良好的粘結(jié)力 (2)鋼材的選擇： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的類型及重要性； 作用的性質(zhì)（靜力和動力作用）； 連接方式（焊接、鉚接或螺栓連接）； 工作環(huán)境（溫度和腐蝕等）。 第88頁/共670頁 第13講：材料的性能(13/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（12/13） (3)結(jié)構(gòu)用鋼材的分類 碳素鋼： 強(qiáng)度等級：按屈服強(qiáng)度分五個品種，Q195Q275。 質(zhì)量等級：A、B、C、D四級，對沖擊韌性要求不同 脫氧方式：鎮(zhèn)靜、半鎮(zhèn)靜、沸騰和特殊鎮(zhèn)靜，用ZbF和TZ 示例：Q235Bb表示屈服強(qiáng)度為235，B級半鎮(zhèn)靜鋼 低合金鋼： 強(qiáng)度等級：按屈服強(qiáng)度分五個品種，Q295Q460。 質(zhì)量等級：A、B、C、D

49、、E五級，對沖擊韌性要求不同 脫氧方式：鎮(zhèn)靜和特殊鎮(zhèn)靜鋼 熱處理鋼 第89頁/共670頁 第13講：材料的性能(14/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（13/13） (4)(4)鋼材的規(guī)格 鋼板：以“寬度厚度長度”或“寬度厚度”表示 型鋼：角鋼：等邊“L肢寬厚度”；不等邊“L長肢寬短肢寬厚度” 工字鋼：普通工字鋼以I+截面的高度；輕型工字鋼前面加Q 槽鋼：有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，用截面的高度編號 H H型鋼：熱扎和焊接兩種，“高度*寬度*腹板厚度*翼緣厚度” 鋼管：有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管。以“外徑壁厚”表示 薄壁型鋼：用薄鋼板冷軋而成，形式及尺寸可以變化。 鋼筋 按照表面形狀：有光面鋼筋和變

50、形鋼筋 鋼筋種類： 熱軋鋼筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三級，符號+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絲：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕鋼絲三種，符號+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絞線：多根鋼絲絞合制成?！?股數(shù)公稱直徑”表示 熱處理鋼筋：HT+鋼筋表示 第90頁/共670頁 第13講：材料的性能（3） 下一講的主要內(nèi)容 1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 2、簡單受力下混凝土的強(qiáng)度 第91頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十四 講 主講教師： 曹雙寅 舒贛平 第92頁/共670頁 第14講：材料的性能（4） 上一講的主要內(nèi)容 1、鋼材的硬化 時效硬化、冷作硬化和應(yīng)變時效 2、

51、溫度的影響 常溫度下、高溫下和低溫時 藍(lán)脆現(xiàn)象和冷脆現(xiàn)象 3、應(yīng)力集中的現(xiàn)象和影響因素 4、鋼材的分類和規(guī)格 5、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求 第93頁/共670頁 第14講：材料的性能(15/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（1/11） 1、簡單受力下混凝土的性能 (1)受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 曲線特征 應(yīng)力小：近似線性關(guān)系 應(yīng)力大：非線性關(guān)系 近峰值:不穩(wěn)定非線性 下降段：反彎點(diǎn)后平緩 主要影響因素 混凝土強(qiáng)度：強(qiáng)度提高,峰值點(diǎn)應(yīng)變高；下降段陡延性差 加載速度：愈大，強(qiáng)度高，峰值應(yīng)變低；下降段陡延性差 第94頁/共670頁 第14講：材料的性能(16/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（2/11） 數(shù)學(xué)模型

52、 普通混凝土：(C50以下) =0.002 ，n=2 0.002(均勻壓),0.0033(不均勻壓、彎) 高強(qiáng)混凝土(C50以上) n c cc f 0 11 0 cu 5 ,0 10)50(5 . 0002. 0 kcu f 5 , 10)50(0033. 0 kcucu f )50( 60 1 2 , kcu fn 第95頁/共670頁 第14講：材料的性能(17/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（3/11） (2)簡單受力下混凝土的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)方法制作,邊長150mm立方體, 28天齡期，進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)得到的破壞時試件的平均壓應(yīng)力。 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：95

53、%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度值。 用途：力學(xué)性能的基本代表值，混凝土強(qiáng)度等級劃分依據(jù)。 強(qiáng)度等級：按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分為14級，“C+標(biāo)準(zhǔn)值” 軸心抗壓強(qiáng)度 立方體受壓不是處于單軸受力狀態(tài)！ 采用棱柱體，中間基本上是處于軸心受壓。 ,*cu f ,*c f 第96頁/共670頁 第14講：材料的性能(18/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（4/11） 影響因素：材料成分、養(yǎng)護(hù)、齡期、實(shí)驗(yàn)方法和試件尺寸 與立方體強(qiáng)度的關(guān)系 關(guān)系系數(shù)(比值)：小于等于C50時，取0.76； 大于C50時： 考慮混凝土脆性的折減系數(shù)，小于C40時，不折減取1.0； 大于C40時： 軸心抗拉強(qiáng)度 試驗(yàn)方法：直接拉伸、

54、彎折和劈裂 與立方體強(qiáng)度的關(guān)系 mcumc ff ,21, 88. 0 1 )50(002. 076. 0 ,1 kcu f 2 )40(00325. 01 ,2 kcu f 55. 0 ,2, 395. 088. 0 mcumt ff 第97頁/共670頁 第14講：材料的性能（4） 下一講的主要內(nèi)容 1、混凝土的模量 2、復(fù)合應(yīng)力下混凝土強(qiáng)度和變形 3、長期荷載下混凝土的變形 第98頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十五 講 主講教師：曹雙寅 舒贛平 第99頁/共670頁 第15講：材料的性能（5） 上一講的主要內(nèi)容 1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 曲線特征、

55、影響因素和數(shù)學(xué)模型 2、簡單受力下混凝土的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度 3、混凝土強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系 第100頁/共670頁 第15講：材料的性能(19/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（5/11） (3)混凝土的變形模量 原點(diǎn)彈性模量 定義：過原點(diǎn)作切線的斜率 取值： 變形模量 定義：原點(diǎn)和任意點(diǎn)作割線的斜率。 關(guān)系： 彈性特征系數(shù) 切線模量：過任一點(diǎn)作切線的斜率為時的切線模量 剪切模量：根據(jù)彈性模量和泊松比確定： kcu c f E , 5 7 .34 2 . 2 10 cc ce c c ce c c c EE c c c c c E E G4 . 0 ) 1(2 第

56、101頁/共670頁 第15講：材料的性能(20/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（6/11） 2、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的性能 (1)復(fù)合應(yīng)力下混凝土強(qiáng)度和變形 多向受壓 雙向壓：強(qiáng)度提高； 三向壓(約束受壓)：強(qiáng)度和延性明顯提高， 雙向受拉:影響不大 一拉一壓：強(qiáng)度降低 剪壓或剪拉： 剪拉：強(qiáng)度降低 剪壓： 壓應(yīng)力較?。嚎辜魪?qiáng)度隨壓應(yīng)力增加而增大； 壓應(yīng)力較大：抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增加而降低。 rccc kff 第102頁/共670頁 第15講：材料的性能(21/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（7/11） (2)長期荷載下混凝土的變形 混凝土的徐變 現(xiàn)象：在荷載長期作用下，變形將隨時間而增加；

57、原因：凝膠體的粘性流動，內(nèi)部微裂縫不斷產(chǎn)生和發(fā) 展等 影響：導(dǎo)致變形增大，應(yīng)力重分布和內(nèi)力分布等。 混凝土徐變曲線 特點(diǎn)：開始增長較快， 以后逐漸減慢， 逐漸趨于穩(wěn)定(收斂) 卸載時變形恢復(fù): 瞬時彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變 第103頁/共670頁 第15講：材料的性能(22/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（8/11） 影響徐變的主要因素 應(yīng)力水平：應(yīng)力越大，徐變也越大 應(yīng)力小于0.5fc，線性徐變；大于0.5fc，非線性徐變。 齡期：加載時齡期越短，徐變越大 組成：水泥用量越多，水灰比越大，徐變也越大； 骨料強(qiáng)度和彈性模量越高，徐變越小。 養(yǎng)護(hù)和使用環(huán)境：養(yǎng)護(hù)溫度高，濕度大，徐變越小；

58、受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。 第104頁/共670頁 第15講：材料的性能（5） 下一講的主要內(nèi)容 1、重復(fù)荷載下混凝土性能 2、鋼筋與混凝土的粘結(jié) 第105頁/共670頁 東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 第 十六 講 主講教師：曹雙寅 舒贛平 第106頁/共670頁 第16講：材料的性能（6） 上一講的主要內(nèi)容 1、混凝土的變形模量 彈性模量、變形模量切線模量和剪切模量 2、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的強(qiáng)度和變形 三向受壓 雙向受壓、雙向受拉、一拉一壓 剪壓或剪拉 3、混凝土的徐變 徐變曲線、影響因素 第107頁/共670頁 第16講：材料的性能(23/34) 二、混凝

59、土的物理力學(xué)性能（9/11） (3)重復(fù)荷載下混凝土性能 一次重復(fù)加載下 加載：隨應(yīng)力增加應(yīng)變增加 卸載：不重復(fù)加載軌跡，有彈性后效和殘余變形 多次重復(fù)加載下 峰值小于疲勞強(qiáng)度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線； 峰值大于疲勞強(qiáng)度：開始與小應(yīng)力的相似； 成直線后，凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴(yán)重 混凝土疲勞破壞：因荷載重復(fù)作用而引起的破壞 混凝土疲勞強(qiáng)度：疲勞破壞需要重復(fù)荷載的最小應(yīng)力峰值 (4)混凝土的收縮、膨脹和溫度變形 第108頁/共670頁 第16講：材料的性能(24/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（10/11） 3、鋼筋與混凝土的粘結(jié) (1)鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用 作用：保證

60、力的相互傳遞，是共同工作的基本條件 單元分析： 假設(shè)：一端力T，另端為T+dT 根據(jù)平衡條件： 分析結(jié)果 應(yīng)力變化大，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小 當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒有變化時，粘結(jié)應(yīng)力等于零 dx dA dx dT ss 第109頁/共670頁 第16講：材料的性能(25/34 ) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（11/11） 有關(guān)的設(shè)計問題 鋼筋端部的錨固 裂縫間應(yīng)力的傳遞 裂縫截面：拉力為零 離開一段距離：混凝土有拉力 兩條裂縫中間：混凝土拉力最大 (2)粘結(jié)力的組成 化學(xué)吸附 摩擦 機(jī)械咬合 附加咬合等作用 第110頁/共670頁 第16講：材料的性能（6） 下一講的主要內(nèi)容 1、砌體的材料及種類 2、