混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 按近似概率理論極限狀態(tài)設(shè)計法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 按近似概率理論極按近似概率理論極 限狀態(tài)設(shè)計法限狀態(tài)設(shè)計法 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1極限狀態(tài) 3.1 3.1 極限狀態(tài)極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求 1.結(jié)構(gòu)的安全等級結(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 2 第1頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1極限狀態(tài) 3.1 3.1 極限狀態(tài)極限狀態(tài) 2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是

2、指設(shè)計規(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)定功能的使用時期。要進(jìn)行大修即可按達(dá)到其預(yù)定功能的使用時期。 設(shè)計年限可按設(shè)計年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定，也確定，也 可經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)可經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu) 的設(shè)計使用年限為的設(shè)計使用年限為50年。年。 注意：注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計使用年限與建筑物的使用壽命。區(qū)別建筑物的設(shè)計使用年限與建筑物的使用壽命。 3 第2頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1極限狀態(tài) 3. 3. 結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)的功能 安全性安全性 能夠承受可能

3、出現(xiàn)的各種作用能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（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、外加變形正常施工、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（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）等的作用。收縮變形受到約束時）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(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)破壞而造成生命財能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)

4、破壞而造成生命財 產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。 通過承載力的驗算來滿足安全性的要求通過承載力的驗算來滿足安全性的要求 4 第3頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1極限狀態(tài) 適用性適用性 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（頻率、影響正常使用的過大的變形（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、 振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。 通過驗算通過驗算撓度、裂縫寬度來滿足要求撓度、裂縫寬度來滿足要求 耐久性耐久性 結(jié)構(gòu)在正

5、常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)具有足夠的耐久結(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（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)結(jié) 構(gòu)的承載力和剛度構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不應(yīng)隨時間有過大的降低，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。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)造要求來滿足要求主要通過構(gòu)造要求來滿足要求 5 第4頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總

6、稱安全性、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)計工作壽命=50年）年） ，在規(guī)定的條件下（，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護(hù)正常設(shè)計、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)造價投資越大。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價投資越大。 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，就是設(shè)計方，就是設(shè)計方 法要解決的問題。法要解決的問題。 6 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

7、面的影響，如國顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國 家經(jīng)濟(jì)實力、設(shè)計工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。家經(jīng)濟(jì)實力、設(shè)計工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計方法，是這種均衡的最低限度，也是規(guī)范規(guī)定的設(shè)計方法，是這種均衡的最低限度，也是 國家法律。國家法律。 設(shè)計人員可以根據(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)計水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的 可靠度。可靠度。 經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費用，還應(yīng)考經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費用，還應(yīng)考 慮維修，損失及修復(fù)的費用慮維修，損失及修復(fù)的費用 7

8、 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) 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿整個結(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)計規(guī)定的某一功能要求，此特定階段稱為該功能的極限足設(shè)計規(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)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

9、工作狀態(tài)稱為的臨界工作狀態(tài)稱為“極極 限狀態(tài)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)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) 8 第7頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 承載力能力極限狀態(tài)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)定的安全性功能要求超過該極限狀態(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)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使

10、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)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)） 3.1 極限狀態(tài) 9 第8頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1 極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(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。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）；正常使用（吊車）

11、等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動（不舒適）；過大的振動（不舒適）； 其他正常使用要求。其他正常使用要求。 10 第9頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.1 極限狀態(tài) 3.2極限狀態(tài)設(shè)計方法方程極限狀態(tài)設(shè)計方法方程 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)的主要內(nèi)容 本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容 3.2.1 功能函數(shù)、極限狀態(tài)方程功能函數(shù)、極限狀態(tài)方程 11 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：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可用下

12、面的極限狀態(tài)函數(shù)表示： Z=R-S 對應(yīng)的：對應(yīng)的： Z=R-S0 時，時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時，時，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； Z=R-S R) 14 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)計法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 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) 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 15 第14頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極

13、限狀態(tài)設(shè)計法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 3.3 荷載的代表值荷載的代表值 荷載代表值是指設(shè)計中用以驗算極限狀態(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.定義定義 荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 500092001)規(guī)定規(guī)定 的荷載基本代表值，為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值的荷載基本代表值，為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值 (如均值、眾值、中值或某個分位值如均值、眾值、中值或某個分位值)。 2.確定確定 a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和荷載規(guī)范給定的材料重力結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和荷載規(guī)范給定的材料

14、重力 密度確定；密度確定； b.可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計時直接查荷載規(guī)范可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計時直接查荷載規(guī)范 16 第15頁/共30頁 3.3.2 荷載準(zhǔn)永久值 1.定義定義 荷載準(zhǔn)永久值是指可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時荷載準(zhǔn)永久值是指可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時 間約為設(shè)計基準(zhǔn)一半的荷載值?？勺兒奢d準(zhǔn)永久值為可變荷載標(biāo)間約為設(shè)計基準(zhǔn)一半的荷載值。可變荷載準(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)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) q 。 2.確定確定 荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)q GB500092001 給出。如住宅，樓面均給出。如住宅，樓面均 布荷載標(biāo)準(zhǔn)為布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/

15、m2，荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)，荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)q 為為 0.4，則活荷，則活荷 載準(zhǔn)永久值為載準(zhǔn)永久值為 2 .0 0. 4 = 0 .8 kN/m2。 17 第16頁/共30頁 3.3.3 荷載頻遇值 1.定義定義 荷載頻遇值是指可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時荷載頻遇值是指可變荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時 間約為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。間約為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值。 2.確定確定 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)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)。荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) f 由由 GB 5000920

16、01 給出。如住宅，給出。如住宅， 樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/m2，荷載頻遇值系數(shù)，荷載頻遇值系數(shù) f 為為 0.5， 則活荷載準(zhǔn)永久值為則活荷載準(zhǔn)永久值為 2 . 0 0 . 5 = 1. 0 kN/m2。 18 第17頁/共30頁 3.3.4 荷載組合值 1、定義、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)計基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)計基 準(zhǔn)內(nèi)的超越概率，能與該荷載單獨出現(xiàn)時的相應(yīng)概率趨于一致的荷準(zhǔn)內(nèi)的超越概率，能與該荷載單獨出現(xiàn)時的相應(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。載值；或使組合后的結(jié)構(gòu)

17、具有統(tǒng)一規(guī)定的可靠指標(biāo)的荷載值。 2、確定、確定 如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為 2.0kN/m2，荷載組合值系數(shù)，荷載組合值系數(shù) c 為為 0.7，則活荷載組合值為，則活荷載組合值為 2 . 0 0 . 7 = 1 . 4 kN/m2。 19 第18頁/共30頁 3.4 材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值 3.4.1 鋼筋強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值鋼筋強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值 對有明顯屈服點的熱軋鋼筋，取國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服點 作為標(biāo)準(zhǔn)值。 對無明顯屈服點的碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋及冷 拔低碳鋼絲，取國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限抗拉強度作為標(biāo)準(zhǔn) 值，但設(shè)計時取 0.8 f

18、su （極限抗拉強度)作為條件屈服 點。 對冷拉鋼筋，取其冷拉后的屈服點作為強度標(biāo)準(zhǔn)值。 鋼筋強度設(shè)計值與其標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系為： 20 第19頁/共30頁 3.4.2 混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值 21 第20頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.5 概率極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式概率極限狀態(tài)實用設(shè)計表達(dá)式 3.5.1 分項系數(shù)分項系數(shù) 采用概率極限狀態(tài)方法用可靠指標(biāo) 進(jìn)行設(shè)計，需要大 量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算可靠指標(biāo)比較復(fù)雜，GB 500682001 提出了便于實際使用的設(shè)計表達(dá)式，稱為實用設(shè)計表達(dá)式。 采用了以荷載和材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值分別與荷載分項系數(shù)和 材料強度分項系數(shù)相聯(lián)系的荷載

19、設(shè)計值、材料強度設(shè)計值 來表達(dá)的方式。 3.5.2 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式為： 22 第21頁/共30頁 荷載效應(yīng)組合分為荷載效應(yīng)組合分為基本組合基本組合和和偶然組合偶然組合。 u 對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 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： 23 第22頁/共30頁 24 第23頁/共30頁 25 第24頁/共30頁 3.5.3 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(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)計表達(dá)式進(jìn) 行設(shè)計： S C 對于標(biāo)準(zhǔn)組合，載效應(yīng)組合的設(shè)計值 S 按下式采用： 對于頻遇組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 S 按下式采用： 對于準(zhǔn)永久組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 S 按下式采用： 26 第25頁/共30頁 27 第26頁/共30頁 第三章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 )(1 0 2 110 ，hbA ff RQiCQCGC s sk c ck n i kQiQiQikQQkGG 規(guī)范設(shè)計表達(dá)式規(guī)范設(shè)計表達(dá)式 0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 表 4.1 承載能力