混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)道理按近似概率實(shí)際極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)道理按近似概率實(shí)際極混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)道理按近似概率實(shí)際極 限狀態(tài)設(shè)計(jì)法限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 3.1 極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的功能要求 1.結(jié)構(gòu)的安全等級 安全等級 破壞后的影響 程度 建筑物的類型 一級很嚴(yán)重重要的建筑物 二級嚴(yán)重一般的建筑物 三級不嚴(yán)重次要的建筑物 第1頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 3.1 極限狀態(tài) 2.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)行大修即可按達(dá) 到其預(yù)定功能的使用時(shí)期。 設(shè)計(jì)年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定，也可經(jīng)過主管部

2、門的批 準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年。 注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計(jì)使用年限與建筑物的使用壽命。 第2頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 3. 結(jié)構(gòu)的功能 安全性 能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），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)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。 通過承載力的驗(yàn)算來滿足安全性的要求 第3頁/共

3、30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 適用性 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大的 裂縫寬度。 通過驗(yàn)算撓度、裂縫寬度來滿足要求 耐久性 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），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過大的降低 ，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。 主要通過構(gòu)造要求來滿足要求 第4頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的可靠性 可靠性安

4、全性、適用性和耐久性的總稱 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 （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。 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，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問題。 第5頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國家經(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，也是國家法律。 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。 經(jīng)濟(jì)的概念不

5、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 第6頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1 極限狀態(tài) 3.1.3 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài) 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功 能要求，此特定階段稱為該功能的極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)是“可靠”的或“有效”的。 反之，則結(jié)構(gòu)為“不可靠”或“失效”。 區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)” 極限狀態(tài)分為兩類：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài) 第7頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 承載力能力極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定

6、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)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)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)） 3.1 極限狀態(tài)第8頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1 極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài) 超過該極限狀態(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。 過大的變形、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） 等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求。 第9頁/共30頁

7、第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1 極限狀態(tài) 3.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法方程 S R 失效 結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容 本課程的主要內(nèi)容 3.2.1 功能函數(shù)、極限狀態(tài)方程 第10頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.1極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可用下面的極限狀態(tài)函數(shù)表示： Z=R-S 對應(yīng)的： Z=R-S0 時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； Z=R-S R) 第13頁/共30頁 f(Z) z z Pf Z = R - S 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)功能函數(shù) Z = R - S Pf =P (S R) =P(

8、Z 0) 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) 標(biāo)準(zhǔn)差 平均值 第14頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 3.3 荷載的代表值 荷載代表值是指設(shè)計(jì)中用以驗(yàn)算極限狀態(tài)所采用的荷載量值，如標(biāo)準(zhǔn)值、 組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。 3.3.1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1.定義 荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 500092001)規(guī)定的荷載基本代表值，為 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計(jì)分布的特征值(如均值、眾值、中值或某個(gè)分位值)。 2.確定 a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和荷載規(guī)范給定的材料重力

9、密度確定； b.可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)時(shí)直接查荷載規(guī)范 第15頁/共30頁 3.3.2 荷載準(zhǔn)永久值 1.定義 荷載準(zhǔn)永久值是指可變荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一半的 荷載值?？勺兒奢d準(zhǔn)永久值為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) q 。 2.確定 荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)q GB500092001 給出。如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/m2，荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)q 為 0.4，則活荷載準(zhǔn)永久值為 2 .0 0. 4 = 0 .8 kN/m2 。 第16頁/共30頁 3.3.3 荷載頻遇值 1.定義 荷載頻遇值是指可變荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為規(guī)定的較小比率 或超越頻率為規(guī)

10、定頻率的荷載值。 2.確定 可變荷載頻遇值為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載頻遇值系數(shù) f 。荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) f 由 GB 500092001 給出。如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/m2，荷載頻遇 值系數(shù) f 為 0.5，則活荷載準(zhǔn)永久值為 2 . 0 0 . 5 = 1. 0 kN/m2。 第17頁/共30頁 3.3.4 荷載組合值 1、定義 荷載組合值是指對可變荷載，使組合后的荷載效應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)內(nèi)的超越概率，能與 該荷載單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)的相應(yīng)概率趨于一致的荷載值；或使組合后的結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一規(guī)定的可靠 指標(biāo)的荷載值。 2、確定 如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/m2，荷載組合值系數(shù) c 為 0

11、.7，則活荷載組合 值為 2 . 0 0 . 7 = 1 . 4 kN/m2。 第18頁/共30頁 3.4 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值 3.4.1 鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值 對有明顯屈服點(diǎn)的熱軋鋼筋，取國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)值。 對無明顯屈服點(diǎn)的碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋及冷拔低碳鋼絲，取國家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限抗拉強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值，但設(shè)計(jì)時(shí)取 0.8 f su （極限抗拉強(qiáng)度) 作為條件屈服點(diǎn)。 對冷拉鋼筋，取其冷拉后的屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與其標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系為： 第19頁/共30頁 3.4.2 混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值 第20頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀

12、態(tài)設(shè)計(jì)法 3.5 概率極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 3.5.1 分項(xiàng)系數(shù) 采用概率極限狀態(tài)方法用可靠指標(biāo) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì) 算可靠指標(biāo)比較復(fù)雜，GB 500682001 提出了便于實(shí)際使用的設(shè)計(jì)表達(dá)式， 稱為實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。采用了以荷載和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值分別與荷載分項(xiàng)系數(shù) 和材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)相聯(lián)系的荷載設(shè)計(jì)值、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值來表達(dá)的方式。 3.5.2 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式為： 第21頁/共30頁 荷載效應(yīng)組合分為基本組合和偶然組合。 對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 應(yīng)從下列組合值中取最不利值確 定。 由可變荷載效應(yīng)控制的組合： 由永久荷載效應(yīng)

13、控制的組合： 第22頁/共30頁 第23頁/共30頁 第24頁/共30頁 3.5.3 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 對于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合 或準(zhǔn)永久組合，并應(yīng)按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)： S C 對于標(biāo)準(zhǔn)組合，載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 按下式采用： 對于頻遇組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 按下式采用： 對于準(zhǔn)永久組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 按下式采用： 第25頁/共30頁 第26頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 )(1 0 2 110 ，hbA ff RQiCQCGC s sk c ck n i kQiQ

14、iQikQQkGG 規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式 g0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 表 4.1 承載能力極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù) 分項(xiàng)系數(shù) 我 國 MC90 恒載分項(xiàng)系數(shù) G 1.20 1.0(G 有利時(shí)) 1.35 活載分項(xiàng)系數(shù) Q 1.40 1.30(q4kN/m 2) 1.50 砼材料分項(xiàng)系數(shù) c 1.40 1.50 鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù) s 1.101.5 1.15 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1.0 第27頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 RRB400(20MnSi) c ck c f f s yk y f f 表 4.2 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2） 混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級 強(qiáng)度種類符號 C15C20C25C30C35C40 軸心抗壓強(qiáng)度fc7.29.611.914.316.719.1 軸心抗拉強(qiáng)度ft0.911.101.271.431.571.71 混 凝 土 強(qiáng) 度 等 級 C45C5