極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 材料力學(xué)中研究的是：?jiǎn)我徊牧?、線彈性、簡(jiǎn)材料力學(xué)中研究的是：?jiǎn)我徊牧?、線彈性、簡(jiǎn) 單結(jié)構(gòu)單結(jié)構(gòu) 實(shí)際工程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比它復(fù)雜實(shí)際工程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比它復(fù)雜 如鋼筋混凝土梁的受彎，從安全角度考慮，需要如鋼筋混凝土梁的受彎，從安全角度考慮，需要 確定其確定其極限受彎承載力極限受彎承載力； 而為控制正常使用階段的而為控制正常使用階段的裂縫和撓度變形裂縫和撓度變形，需要，需要 確定帶裂縫工作階段的受力情況。確定帶裂縫工作階段的受力情況。 采用采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，無(wú)法統(tǒng)一這兩方面的要容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，無(wú)法統(tǒng)一這兩方面的要 求求。 概 述 第1頁(yè)/共37頁(yè)

2、 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 因此，因此，首先根據(jù)工程結(jié)構(gòu)需要滿足實(shí)際使用的各首先根據(jù)工程結(jié)構(gòu)需要滿足實(shí)際使用的各 種要求（種要求（結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)的功能），對(duì)安全可靠有更具體），對(duì)安全可靠有更具體 的科學(xué)定義的科學(xué)定義 另一方面，需要盡可能詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)在不同情況另一方面，需要盡可能詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)在不同情況 下（施工、使用、破壞）可能受到的各種外界下（施工、使用、破壞）可能受到的各種外界 影響的大小和變化情況影響的大小和變化情況 外界影響：外界影響：各種荷載、溫度變化、沉降、收縮各種荷載、溫度變化、沉降、收縮 徐變、地震、侵蝕、凍融等徐變、地震、侵蝕、凍融等 以及結(jié)構(gòu)尺寸、材料強(qiáng)度等的變異情況，以便科以

3、及結(jié)構(gòu)尺寸、材料強(qiáng)度等的變異情況，以便科 學(xué)合理的選定結(jié)構(gòu)可靠度。學(xué)合理的選定結(jié)構(gòu)可靠度。 第2頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 極限狀態(tài) 3.1.1 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力 作用作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用作用在結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力作用在結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力(荷載荷載),以及引以及引起結(jié)構(gòu)約束變形和外加變形的各種原因。起結(jié)構(gòu)約束變形和外加變形的各種原因。 直接作用：直接作用：即作用在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力即作用在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力 荷載荷載 間接作用：間接作用：引起結(jié)構(gòu)約束變形和

4、外加變形的各種原因。引起結(jié)構(gòu)約束變形和外加變形的各種原因。 1. 作用（荷載）的分類(lèi)作用（荷載）的分類(lèi) dead load、live load、accidental load 按時(shí)間變異分類(lèi)：按時(shí)間變異分類(lèi)：1） 永久荷載恒荷載永久荷載恒荷載:在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)。 第3頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 2） 可變荷載活荷載可變荷載活荷載:在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可忽略。樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可忽略。樓

5、面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載。 3.）偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大，且作用時(shí)間很短的荷載。爆炸力、撞擊力。）偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大，且作用時(shí)間很短的荷載。爆炸力、撞擊力。 按空間變異分類(lèi)：按空間變異分類(lèi)：固定作用固定作用 、可動(dòng)作用；、可動(dòng)作用； 按結(jié)構(gòu)反應(yīng)分類(lèi)按結(jié)構(gòu)反應(yīng)分類(lèi)：動(dòng)態(tài)作用，靜態(tài)作用：動(dòng)態(tài)作用，靜態(tài)作用 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S：作用在結(jié)構(gòu)上引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和裂縫。作用在結(jié)構(gòu)上引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和裂縫。如彎矩如彎矩M、軸力、軸力N、剪力、剪力V、扭矩、扭矩T、撓度、撓度 f、裂縫寬度、裂縫寬度 w 等等 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力R：結(jié)構(gòu)

6、抵抗作用效應(yīng)的能力。結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力。 3.1 極限狀態(tài) SRSR 第4頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能 3.1.2 3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求 Functions of Structure 1.結(jié)構(gòu)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)安全等級(jí) 2 2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值基本代表值； 具有一定概率的最大荷載值稱(chēng)為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。具有一定概率的最大荷載值稱(chēng)為荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 是隨機(jī)變量，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)是隨機(jī)變量，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)-概率的方法處理。概率的方法處理。 結(jié)構(gòu)自重恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，用設(shè)計(jì)尺寸乘以材料容重確定結(jié)構(gòu)自重恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，用設(shè)計(jì)尺寸

7、乘以材料容重確定 。 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓面荷載活荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓面荷載 屋面荷載屋面荷載 風(fēng)荷載風(fēng)荷載 雪荷載雪荷載 。 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某 個(gè)分位值確定。個(gè)分位值確定。 第5頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 .2結(jié)構(gòu)的功能 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不 需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。 一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年。年。 建筑結(jié)構(gòu)超過(guò)了

8、其設(shè)計(jì)使用年限，并不是不能使建筑結(jié)構(gòu)超過(guò)了其設(shè)計(jì)使用年限，并不是不能使 用，而是可靠度降低了。用，而是可靠度降低了。 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)安全等級(jí) 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0 第6頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 .2結(jié)構(gòu)的功能 安全性安全性 Safety 如（如（MMu） 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為一般為50年年），應(yīng)能承受在），應(yīng)能承受在 正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加 變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（變形（如超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（ 如溫度和收縮變形受

9、到約束時(shí)）等的作用。如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng) 能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生 命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。 第7頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能 適用性適用性 Serviceability 如（如（f f ） 結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的

10、工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。 耐久性耐久性 Durability 如（如（wmax wmax） 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕混凝土碳化、鋼筋銹蝕），），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)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)隨時(shí)間有過(guò)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。 第8頁(yè)/

11、共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能 結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 reliability 可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱(chēng)安全性、適用性和耐久性的總稱(chēng) 結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設(shè)計(jì)工作壽命就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設(shè)計(jì)工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。 如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就

12、是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。 第9頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 結(jié)構(gòu)的功能 顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國(guó)顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國(guó) 家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是 國(guó)家法律。國(guó)家法律。 設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和 情況，以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的情況，以及業(yè)主的要求，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的 可靠度

13、?？煽慷?。 經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考 慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用 第10頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 極限狀態(tài) 3.1.3 3.1.3 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài) Limit State （兩類(lèi)）（兩類(lèi)） 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱(chēng)結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱(chēng)結(jié)構(gòu)是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，則結(jié)構(gòu)為的。反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠不可靠”或或“失效失效”。 區(qū)分結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠可靠”與與“失效失效”的臨界工作狀態(tài)稱(chēng)為的臨界工作狀態(tài)稱(chēng)為“極限狀態(tài)極限狀態(tài)”

14、 表4.1 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的可靠、失效和極限狀態(tài)概念 結(jié)構(gòu)的功能可靠極限狀態(tài)失效 安全性受彎承載力M Mu 適用性撓度變形f f 耐久性裂縫寬度wmax wmax 第11頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 1. 承載力能力極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State 超過(guò)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超過(guò)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 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)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)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(guò)大而不適于

15、繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)使用 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)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(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)） 3.1 極限狀態(tài) 極限狀態(tài)極限狀態(tài) Limit State分為分為 承載力能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài) 兩類(lèi)兩類(lèi) 第12頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 極限狀態(tài) 2. 2. 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State 超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐

16、久性超過(guò)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。的功能要求。 過(guò)大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正過(guò)大的變形、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(chē)）等）；常使用（吊車(chē)）等）； 過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）；過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求。其他正常使用要求。 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算后，還應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。 第13頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.1 極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)功能的表達(dá)結(jié)構(gòu)功能的表達(dá) S R 失效失效 結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)力學(xué)

17、的主要內(nèi)容 本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容 3.1.4 極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程 承載能力極限狀態(tài)函數(shù)承載能力極限狀態(tài)函數(shù) Z= R-S 極限狀態(tài)極限狀態(tài) 第14頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.3 結(jié)構(gòu)中的不確定性 3.2 3.2 按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 2 )( 8 1 lqgM 恒載恒載 g與構(gòu)件尺寸、材料容重等有關(guān)與構(gòu)件尺寸、材料容重等有關(guān) 活載活載 q（樓面活載、雪荷載）的數(shù)值是隨（樓面活載、雪荷載）的數(shù)值是隨 時(shí)在變化的時(shí)在變化的 計(jì)算跨度計(jì)算跨度 l 的不準(zhǔn)確的不準(zhǔn)確 bfk Af khAfM c sy syu 1 20 )1 ( 材料強(qiáng)度材

18、料強(qiáng)度 fy 和和 fc 的離散的離散 截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工誤差的施工誤差 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系參數(shù)應(yīng)變關(guān)系參數(shù) k1 和和 k2 u MM 不一定安全（可靠不一定安全（可靠 ） 3.2.1 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度 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 第15頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 由于結(jié)構(gòu)工程中的不確定性，為取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的均衡，在設(shè)計(jì)中需要考慮這些不確定性的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就是處理這種安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的矛盾。由于結(jié)構(gòu)工程中的不確定性

19、，為取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的均衡，在設(shè)計(jì)中需要考慮這些不確定性的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就是處理這種安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理的矛盾。 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 k f 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能不是彈性的；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能不是彈性的； 結(jié)構(gòu)中一點(diǎn)達(dá)到容許應(yīng)力，結(jié)構(gòu)即認(rèn)為失效；結(jié)構(gòu)中一點(diǎn)達(dá)到容許應(yīng)力，結(jié)構(gòu)即認(rèn)為失效； 沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求；沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求； 安全系數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，缺乏科學(xué)依據(jù)。安全系數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，缺乏科學(xué)依據(jù)。 第16頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 破損階段設(shè)計(jì)法破損階段設(shè)計(jì)法 K M M u 整個(gè)截面達(dá)到極限承載力才認(rèn)為失效，

20、考慮了整個(gè)截面達(dá)到極限承載力才認(rèn)為失效，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。由試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)件的總安全度較為明確。 但但安全系數(shù)安全系數(shù)K仍然仍然憑經(jīng)驗(yàn)確定，憑經(jīng)驗(yàn)確定， 沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求的問(wèn)題。沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求的問(wèn)題。 第17頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 除要求對(duì)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還包括的撓度和裂縫寬度（適用性）的極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。除要求對(duì)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還包括的撓度和裂縫寬度（適用性）的極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。

21、 對(duì)于承載力極限狀態(tài)，針對(duì)荷載、材料的不同變異性，不再采用單一的安全系數(shù)，而采用的多系數(shù)表達(dá)，對(duì)于承載力極限狀態(tài)，針對(duì)荷載、材料的不同變異性，不再采用單一的安全系數(shù)，而采用的多系數(shù)表達(dá)， )()( 0 ，hbA k f k f MqkM s s sk c ck uikqi 材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度 fck 和和 fsk 是根據(jù)統(tǒng)計(jì)后按一定保證率取其下限分是根據(jù)統(tǒng)計(jì)后按一定保證率取其下限分 位值，反映的材料強(qiáng)度的變異性。位值，反映的材料強(qiáng)度的變異性。 荷載值荷載值 qik 也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計(jì)資料，按一定保也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計(jì)資料，按一定保 證率取其上限分位值。證率取其上限分位值。 荷載系數(shù)

22、荷載系數(shù) kqi ，材料強(qiáng)度系數(shù)材料強(qiáng)度系數(shù) kc 和和 ks 仍按經(jīng)驗(yàn)確定，但對(duì)仍按經(jīng)驗(yàn)確定，但對(duì) 于不同荷載的變異大小，可取不同的荷載系數(shù)。于不同荷載的變異大小，可取不同的荷載系數(shù)。 第18頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.2.2 3.2.2 可靠指標(biāo)與失效概率可靠指標(biāo)與失效概率 由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無(wú)論如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無(wú)論如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的

23、大小，采用概率方法是比較合理的。 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失效概率來(lái)定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失效概率來(lái)定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量稱(chēng)為結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量稱(chēng)為結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度reliability degree。 當(dāng)失效概率當(dāng)失效概率Pf小于某個(gè)值時(shí)，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔(dān)心，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可靠的。該失效概率限值稱(chēng)為小于某個(gè)值時(shí)，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔(dān)心，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可靠的。該失效概率限值稱(chēng)為容許失效概率容許失效概率Pf。 失效概率失效概率 probability of

24、 failure Pf = P (S R) 第19頁(yè)/共37頁(yè) f(Z) z z Pf Z = R - S 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)功能函數(shù)結(jié)構(gòu)功能函數(shù) Z = R - - S Pf =P (S R) =P(Z 0) Z Z f P 值2.73.23.74.2 失效概率 Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 可靠指標(biāo)可靠指標(biāo) reliability index 第20頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，觸電的年死亡率為根據(jù)統(tǒng)計(jì)，觸電的年死亡率為610-6 =3.7時(shí)，時(shí)，Pf=1.110-4，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，按設(shè)計(jì)基

25、準(zhǔn)期50年考慮年考慮 ，年失效概率為，年失效概率為1.110-4/50=2.210-6 50年后并不是結(jié)構(gòu)就失效，而是失效概率增加年后并不是結(jié)構(gòu)就失效，而是失效概率增加 。同時(shí)，結(jié)構(gòu)失效也并不表示結(jié)構(gòu)倒塌，結(jié)構(gòu)倒。同時(shí)，結(jié)構(gòu)失效也并不表示結(jié)構(gòu)倒塌，結(jié)構(gòu)倒 塌也不一定造成人員傷亡。塌也不一定造成人員傷亡。 我國(guó)對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)為延性破壞時(shí)，其我國(guó)對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)，當(dāng)為延性破壞時(shí)，其 可靠指標(biāo)取可靠指標(biāo)取=3.2，對(duì)脆性破壞取，對(duì)脆性破壞取=3.7。 對(duì)于重要的工程結(jié)構(gòu)，應(yīng)提高可靠指標(biāo)。對(duì)于重要的工程結(jié)構(gòu)，應(yīng)提高可靠指標(biāo)。 第21頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.3

26、 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 作用效應(yīng)作用效應(yīng)S的不確定性就主要取決于結(jié)構(gòu)上作用的不確定性就主要取決于結(jié)構(gòu)上作用Q的不確定性的不確定性 QCS 1 1 QCGCS QG 永久荷載永久荷載G 可變荷載可變荷載Q 偶然荷載（作用）偶然荷載（作用） 不同的荷載，其變異情況不同。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以確定一個(gè)不同的荷載，其變異情況不同。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以確定一個(gè) 具有一定保證率（如具有一定保證率（如95%）的上限荷載分位值，該特征值稱(chēng)）的上限荷載分位值，該特征值稱(chēng) 為荷載標(biāo)準(zhǔn)值（符號(hào)為荷載標(biāo)準(zhǔn)值（符號(hào)Gk，Qik）。）。 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值確定的荷載效應(yīng)，稱(chēng)為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值按荷載

27、標(biāo)準(zhǔn)值確定的荷載效應(yīng)，稱(chēng)為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 有多個(gè)可變荷載同時(shí)作用的情況，考慮到它們同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)有多個(gè)可變荷載同時(shí)作用的情況，考慮到它們同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù)值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù)y y， n i k QiQi k QkGk SSSS 2 1 y 第22頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值Rk )( 0 ，hbAffRR sskckk fck、fsk分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，截面尺寸分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，截面尺寸b、h0和配筋和配筋A(yù)s取設(shè)計(jì)值。取設(shè)計(jì)值。 Rk的的具體表達(dá)形式是本課程的主要內(nèi)

28、容。具體表達(dá)形式是本課程的主要內(nèi)容。 f(S) SSk f(R) RRk 第23頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 Sk f (S)，f (R) S，R Rk 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 第24頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第25頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第26頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn) S*=R* 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式

29、實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 Pf = Pf Sk f (S)，f (R) S，R Rk 第27頁(yè)/共37頁(yè) 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 *RS ff PP kS SS* 作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值，作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值， S作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù) R k R R * 結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值，結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值， R結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù)結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù) n i k QiQiQi k QQkGGkS SSSSS 2 11 *y )(* 0 ，hbA ff R R R s s sk c ck R k 第28頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 )( 0 2 110 ，hbA ff RSSS s sk

30、 c ck n i k QiciQi k QQkGG y 規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式 0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) )( 0 1 0 ，hbA ff RSS s sk c ck n i k QiciQikGG y 由可變荷載效應(yīng)控制的組合由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久荷載效應(yīng)控制的組合由永久荷載效應(yīng)控制的組合二者取大值二者取大值 第29頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.3 結(jié)構(gòu)中的不確定性 3.3.3 3.3.3 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)的可靠度問(wèn)題正常使用極限狀態(tài)的可靠度問(wèn)題 可變荷載代表值：荷載效應(yīng)組合可變荷載代表值：荷載效應(yīng)組合 短期效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)組合

31、、短期效應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn)組合、 頻遇組合）頻遇組合）長(zhǎng)期效應(yīng)（準(zhǔn)永久組合）長(zhǎng)期效應(yīng)（準(zhǔn)永久組合） 3.3.4 3.3.4 材料強(qiáng)度和荷載的取值材料強(qiáng)度和荷載的取值 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)，可靠度要求可適當(dāng)降低，所有分項(xiàng)系數(shù)取，可靠度要求可適當(dāng)降低，所有分項(xiàng)系數(shù)取1.0 n i k Qici k QkG SSSS 2 1 y n i k Qiqi k QfikG SSSS 2 1 yy 標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合 頻遇組合頻遇組合 n i k QiqikG SSS 1 y 準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合 第30頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 c ck c f

32、 f s yk y f f 表 4-6 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2） 混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級(jí) 強(qiáng)度種類(lèi)符號(hào) C15C20C25C30C35C40 軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c7.29.611.914.316.719.1 軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)t0.911.101.271.431.571.71 混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級(jí) C45C50C55C60C65C70C75C80 21.223.125.327.529.731.833.835.9 1.801.891.962.042.092.142.182.22 表 4-7 普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2） 種 類(lèi)符號(hào)fy y f HPB235(Q235)210210 H

33、RB335(20MnSi)300300 熱 軋 鋼 筋 HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi) RRB400(20MnSi) 360360 第31頁(yè)/共37頁(yè) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 小結(jié) 極限狀態(tài)：極限狀態(tài)：點(diǎn)點(diǎn)截面截面構(gòu)件構(gòu)件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度可靠性的概率度量可靠性的概率度量 失效概率、可靠指標(biāo)失效概率、可靠指標(biāo) 作用作用 作用效應(yīng)作用效應(yīng) 作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 小小 結(jié)結(jié) 第32頁(yè)/共37頁(yè) 例題 廠房采用廠房采用1.5x6m的大型屋面板。恒載標(biāo)準(zhǔn)值為的大型屋面板。恒載標(biāo)準(zhǔn)值為2.7kN/m2，屋面活荷載為，屋面活荷載為0.7kN/m2， 屋面積灰荷載為屋面積灰荷載為0.5kN/m2，雪荷載，雪荷載 0.4kN/m2，縱肋計(jì)算跨度，縱肋計(jì)算跨度L=5.87m. 求縱肋跨中彎矩的基本組合設(shè)計(jì)值。求縱肋跨中彎矩的基本組合設(shè)計(jì)值。 答案：答案：1.荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （1）恒載：）恒載：Gk=2.7x1.5/2=2.025kN/m （2）活載：屋面活荷載）活載：屋面活荷載Q1K=0.7x1.5/2=0.525kN/m c=0.7 積灰荷載積灰荷載Q2K=0.5x1.5