混凝土基本力學(xué)性能(梁興文)(梁興文)2

1、 教材作者：梁興文教材作者：梁興文課件制作：謝啟芳課件制作：謝啟芳課件審查：李曉文課件審查：李曉文 2012.8結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法荷載和材料強(qiáng)度的取值荷載和材料強(qiáng)度的取值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法荷載和材料強(qiáng)度的取值荷載和材料強(qiáng)度的取值概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用(action)和作用效應(yīng)和作用效應(yīng)(effect of an action) 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中

2、力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。變形或約束變形的原因（地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、混凝土收縮等）。 （1）按隨時(shí)間的變異按隨時(shí)間的變異可分為三類(lèi)：可分為三類(lèi)：永久作用永久作用可變作用可變作用偶然作用偶然作用 結(jié)構(gòu)上的作用可按下列性質(zhì)分類(lèi)：結(jié)構(gòu)上的作用可按下列性質(zhì)分類(lèi)：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用。以忽略不計(jì)的作用。如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊接等。接等。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間

3、變?cè)谠O(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。忽略的作用。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。很短的作用。如樓面活荷載、吊車(chē)荷如樓面活荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、載、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度變化等。溫度變化等。如爆炸力、撞擊力、罕如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。遇的地震等。 （2）按隨空間位置的變異按隨空間位置的變異可分為二類(lèi)：可分為二類(lèi)：固定作用固定作用自由作用自由作用1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用(action)和作用效應(yīng)和作用效應(yīng)(effect of

4、an action) 在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的作在結(jié)構(gòu)上具有固定分布的作用。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)用。其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的空間位置固定不變，但其的空間位置固定不變，但其量值可能具有隨機(jī)性。量值可能具有隨機(jī)性。在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任在結(jié)構(gòu)上一定范圍內(nèi)可以任意分布的作用。意分布的作用。如房屋建筑樓面上位置如房屋建筑樓面上位置固定的設(shè)備荷載、屋蓋固定的設(shè)備荷載、屋蓋上的水箱等。上的水箱等。如樓面的人員荷載、吊如樓面的人員荷載、吊車(chē)荷載等。車(chē)荷載等。靜態(tài)作用靜態(tài)作用動(dòng)態(tài)作用動(dòng)態(tài)作用 （3）按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)可分為二類(lèi)：可分為二類(lèi)： 上述各種作用作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)

5、力和上述各種作用作用在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱(chēng)為變形（如軸力、剪力、彎矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱(chēng)為作用效應(yīng)作用效應(yīng)。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計(jì)的作用。作用。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計(jì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度不可忽略不計(jì)的作用。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般均應(yīng)考慮其作用。在結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般均應(yīng)考慮其動(dòng)力效應(yīng)。動(dòng)力效應(yīng)。如結(jié)構(gòu)自重、住宅或辦如結(jié)構(gòu)自重、住宅或辦公樓的樓面活荷載公樓的樓面活荷載如吊車(chē)荷載、地震作用、如吊車(chē)荷載、地震作用、大型動(dòng)力設(shè)備的作用、大型動(dòng)力設(shè)備的作用、高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載等。高聳結(jié)構(gòu)上的

6、風(fēng)荷載等。1 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用(action)和作用效應(yīng)和作用效應(yīng)(effect of an action) 2 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力(resistance) 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力。能力。 影響抗力的主要因素影響抗力的主要因素有：有：材料性能的不確定性材料性能的不確定性幾何參數(shù)的不確定性幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算模式的不確定性計(jì)算模式的不確定性強(qiáng)度、變形模量等強(qiáng)度、變形模量等構(gòu)件尺寸等構(gòu)件尺寸等抗力計(jì)算所采用的基本假設(shè)抗力計(jì)算所采用的基本假設(shè)和計(jì)算公式不夠精確等和計(jì)算公式不夠精確等3 結(jié)構(gòu)可

7、靠性結(jié)構(gòu)可靠性(reliability)及可靠度及可靠度(degree of reliability) 結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)可靠性是指結(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)定功是指結(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)定功能的能力。能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度就是結(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)定功就是結(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。即結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。能的概率。即結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。 規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間是指設(shè)計(jì)使用年限。是指設(shè)計(jì)使用年限。 規(guī)定的條件規(guī)定的條件是指正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用的條件。是指正常設(shè)計(jì)、正常施工

8、和正常使用的條件。 預(yù)定功能預(yù)定功能指滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性要求。指滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性要求。4 4 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限(design working life)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（design reference period) 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)件不需進(jìn)行大修即可按其是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。 設(shè)計(jì)使用年限設(shè)計(jì)使用年限的概念不同于的概念不同于實(shí)際壽命實(shí)際壽命、耐久年限耐久年限或或設(shè)計(jì)基

9、準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。建建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。規(guī)定了各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。類(lèi)別類(lèi)別設(shè)計(jì)使用年限（年）設(shè)計(jì)使用年限（年）示例示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物 設(shè)計(jì)使用年限分類(lèi)設(shè)計(jì)使用年限分類(lèi) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。時(shí)間參數(shù)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。年。5

10、5 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)(safety class) 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及人的生命、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果破壞后果建筑物類(lèi)型建筑物類(lèi)型一級(jí)一級(jí)很?chē)?yán)重很?chē)?yán)重重要的房屋重要的房屋二級(jí)二級(jí)嚴(yán)嚴(yán) 重重一般的房屋一般的房屋三級(jí)三級(jí)不嚴(yán)重不嚴(yán)重次要的房屋次要的房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 建筑物中各類(lèi)建筑物中各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)宜與宜與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)相同相同，但，但允

11、許允許對(duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?duì)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)其重要程度和綜合效益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整。6 6 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法(calculation method for design) 容容 許許 應(yīng)應(yīng) 力力 法法：最早的計(jì)算理論，沿用彈性理論假設(shè)。：最早的計(jì)算理論，沿用彈性理論假設(shè)。 破破 壞壞 階階 段段 法法：與容許應(yīng)力法的主要區(qū)別是在考慮材料塑性性能：與容許應(yīng)力法的主要區(qū)別是在考慮材料塑性性能 極極 限限 狀狀 態(tài)態(tài) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 法法：明確規(guī)定結(jié)構(gòu)按三種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是工程：明確規(guī)定結(jié)構(gòu)按三種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是工程 概率極限狀態(tài)

12、設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法：在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上考慮結(jié)構(gòu)的可靠：在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上考慮結(jié)構(gòu)的可靠的基礎(chǔ)上，按破壞階段計(jì)算構(gòu)件截面的承載能力。的基礎(chǔ)上，按破壞階段計(jì)算構(gòu)件截面的承載能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展。水準(zhǔn)水準(zhǔn) 半概率法半概率法水準(zhǔn)水準(zhǔn) 近似概率法近似概率法水準(zhǔn)水準(zhǔn) 全概率法全概率法概率，按發(fā)展階段，該法可分為三個(gè)水準(zhǔn)。概率，按發(fā)展階段，該法可分為三個(gè)水準(zhǔn)。1 1 荷載的統(tǒng)計(jì)特性荷載的統(tǒng)計(jì)特性(statistical characteristic of a load) 我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各種恒載、民用房屋樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各種恒載、民

13、用房屋樓面活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載進(jìn)行了大量的調(diào)查和實(shí)測(cè)工作。對(duì)所取得的資料應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法處理后，進(jìn)行了大量的調(diào)查和實(shí)測(cè)工作。對(duì)所取得的資料應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法處理后，得到了這些荷載的概率分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)。得到了這些荷載的概率分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)。 永久荷載永久荷載 正態(tài)分布正態(tài)分布 可變荷載可變荷載 可變荷載隨時(shí)間的變異可統(tǒng)一用隨可變荷載隨時(shí)間的變異可統(tǒng)一用隨機(jī)過(guò)程來(lái)描述。對(duì)可變荷載隨機(jī)過(guò)機(jī)過(guò)程來(lái)描述。對(duì)可變荷載隨機(jī)過(guò)程的樣本函數(shù)處理后可得到可變荷程的樣本函數(shù)處理后可得到可變荷載在任意時(shí)點(diǎn)的概率分布和在設(shè)計(jì)載在任意時(shí)點(diǎn)的概率分布和在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值的概率分布?；鶞?zhǔn)期內(nèi)的最大值的概率分布。 極值極值型分布

14、型分布2 2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值(characteristic value of a load) ) 荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)采用的荷載基本代表值。荷是建筑結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)采用的荷載基本代表值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值可由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的某一分位值確定，若為正態(tài)分載標(biāo)準(zhǔn)值可由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期最大荷載概率分布的某一分位值確定，若為正態(tài)分布，則如圖中的布，則如圖中的 。kP荷載標(biāo)準(zhǔn)值的概率含義荷載標(biāo)準(zhǔn)值的概率含義 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 規(guī)定的尺寸和材料容重平均值確定。規(guī)定的尺寸和材料容重平均值確定。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各類(lèi)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值及各種材料容重可由

15、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各類(lèi)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值及各種材料容重可由荷載規(guī)范荷載規(guī)范查取。查取。 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值3 3 材料強(qiáng)度的變異性及統(tǒng)計(jì)特性材料強(qiáng)度的變異性及統(tǒng)計(jì)特性(variability and statistical characteristic of material strength ) 材料強(qiáng)度的變異性材料強(qiáng)度的變異性主要是指材質(zhì)以及工藝、加載、尺寸等因素引起的主要是指材質(zhì)以及工藝、加載、尺寸等因素引起的材料強(qiáng)度的不確定性。材料強(qiáng)度的不確定性。 鋼筋強(qiáng)度鋼筋強(qiáng)度 正態(tài)分布正態(tài)分布 混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度

16、 正態(tài)分布正態(tài)分布某鋼廠(chǎng)鋼材屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料某鋼廠(chǎng)鋼材屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料 某預(yù)制構(gòu)件廠(chǎng)對(duì)某工程所作使塊的統(tǒng)計(jì)資料某預(yù)制構(gòu)件廠(chǎng)對(duì)某工程所作使塊的統(tǒng)計(jì)資料 4 4 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(characteristic value of a material strength) 鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)采用是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)采用的材料強(qiáng)度基本代表值。材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度的的材料強(qiáng)度基本代表值。材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的材料強(qiáng)度的概率分布的某一分位值確定。概率分布的某一分位值確定。 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的

17、概率含義材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的概率含義 鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有具有95%保證率的強(qiáng)度值保證率的強(qiáng)度值具有不小于具有不小于95%保證率的強(qiáng)度值保證率的強(qiáng)度值1 1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)(limit state) 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)就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的功能要求，此特定狀態(tài)稱(chēng)為該功能的極限狀態(tài)極限狀態(tài)。極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)上是上是區(qū)分結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)可靠與失效可靠與失效的界限。的界限。 極限狀態(tài)分為兩類(lèi)：極限狀態(tài)分為兩類(lèi)： 承載能力

18、極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)安全性安全性適用性、耐久性適用性、耐久性 通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使通常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計(jì)算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗(yàn)算。2 2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況（design situation) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種下列三種設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況： 持久狀況持久狀況 短暫狀況短暫

19、狀況 偶然狀況偶然狀況在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，持在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中一定出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的狀況續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的狀況在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概在結(jié)構(gòu)施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比持續(xù)時(shí)間很短的狀況持續(xù)時(shí)間很短的狀況在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況且持續(xù)期很短的狀況均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)偶然狀況，允許主要承計(jì)；對(duì)偶然狀況，允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連分具有在一段

20、時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度；對(duì)持久狀況，續(xù)倒塌的可靠度；對(duì)持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)短暫狀況，可根據(jù)需要計(jì)；對(duì)短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3 3 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)(performance function)和極限狀態(tài)方程和極限狀態(tài)方程(limit state equation) 按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定的預(yù)定功能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來(lái)表達(dá)，即能，這可用包括各有關(guān)變量在內(nèi)的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)來(lái)表達(dá)

21、，即12(,)nZg XXX12(,)0nZg XXX極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程 當(dāng)功能函數(shù)中僅包括作用效應(yīng)當(dāng)功能函數(shù)中僅包括作用效應(yīng) 和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力 兩個(gè)基本變量時(shí)，可得兩個(gè)基本變量時(shí)，可得( , )Zg R SRSRS 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0Z 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于可靠可靠狀態(tài)狀態(tài) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于失效失效狀態(tài)狀態(tài)結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于極限極限狀態(tài)狀態(tài)功能函數(shù)功能函數(shù)0Z 0Z 結(jié)構(gòu)所出的狀態(tài)結(jié)構(gòu)所出的狀態(tài)4 4 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率(probability of failure) fp 由于作用效應(yīng)由于作用效應(yīng) 和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力 都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過(guò)程，因此

22、要絕對(duì)都是隨機(jī)變量或隨機(jī)過(guò)程，因此要絕對(duì)地保證地保證 總是大于總是大于 是不可能的。是不可能的。RSSR 由圖可見(jiàn)，在多數(shù)情況下，由圖可見(jiàn)，在多數(shù)情況下， 大于大于 。但是，由于。但是，由于 和和 的離散性，在的離散性，在它們概率密度曲線(xiàn)的重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn)它們概率密度曲線(xiàn)的重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn) 小于小于 的情況，這的情況，這種可能性的大小用概率來(lái)表示就是失效概率種可能性的大小用概率來(lái)表示就是失效概率 。RRRSSSfp 和和 的概率密度曲線(xiàn)的概率密度曲線(xiàn)RS 當(dāng)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中僅有兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量當(dāng)結(jié)構(gòu)功能函數(shù)中僅有兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量 和和 ，且都服從正態(tài)分，且都服從正

23、態(tài)分布時(shí)，功能函數(shù)布時(shí)，功能函數(shù) 的概率密度曲線(xiàn)如圖所示。的概率密度曲線(xiàn)如圖所示。ZRS 功能函數(shù)的概率密度曲線(xiàn)功能函數(shù)的概率密度曲線(xiàn) 結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過(guò)結(jié)構(gòu)的失效概率可直接通過(guò) 的概率（圖中陰影面積）來(lái)表達(dá)，即的概率（圖中陰影面積）來(lái)表達(dá)，即0f(0)( )ZZpP Zf Z dZ0Z 4 4 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的失效概率(probability of failure) fp5 5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)(reliability index) 令令22RSZZRS則則f()ZZp 由上式可見(jiàn)，由上式可見(jiàn)， 與與 具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也具有與具有數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也具有與

24、 相對(duì)應(yīng)的物相對(duì)應(yīng)的物理意義。理意義。 越大，越大， 就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故就越小，即結(jié)構(gòu)越可靠，故 稱(chēng)為稱(chēng)為可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)。fp 當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)僅有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個(gè)基本變量且均按正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)可按上式計(jì)算；當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指的可靠指標(biāo)可按上式計(jì)算；當(dāng)基本變量為非正態(tài)分布時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。標(biāo)應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用效應(yīng)和抗力當(dāng)量正態(tài)分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按上式計(jì)算。fpfp6 6 一次二階矩法一次二階矩法 當(dāng)功能函數(shù)包含多個(gè)正態(tài)或非正態(tài)

25、變量、極限狀態(tài)方程為線(xiàn)形或非線(xiàn)形當(dāng)功能函數(shù)包含多個(gè)正態(tài)或非正態(tài)變量、極限狀態(tài)方程為線(xiàn)形或非線(xiàn)形時(shí)，時(shí)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)采用采用一次二階矩法一次二階矩法求解可靠指標(biāo)。求解可靠指標(biāo)。兩個(gè)基本變量時(shí)可靠指標(biāo)與極限狀態(tài)方程的關(guān)系兩個(gè)基本變量時(shí)可靠指標(biāo)與極限狀態(tài)方程的關(guān)系 三個(gè)基本變量時(shí)可靠指標(biāo)與極限狀態(tài)方程的關(guān)系三個(gè)基本變量時(shí)可靠指標(biāo)與極限狀態(tài)方程的關(guān)系7 7 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) (reliability index for design) 設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的、作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)所應(yīng)達(dá)到的可靠指標(biāo)，稱(chēng)為稱(chēng)為設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)

26、，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以，它是根據(jù)設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的結(jié)構(gòu)可靠度而取定的，所以又稱(chēng)為又稱(chēng)為目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)。 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，理論上應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性、破壞性質(zhì)（延性、設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，理論上應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性、破壞性質(zhì)（延性、脆性）幾失效后果，用優(yōu)化方法分析確定。限于目前統(tǒng)計(jì)資料不夠完備，并脆性）幾失效后果，用優(yōu)化方法分析確定。限于目前統(tǒng)計(jì)資料不夠完備，并考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，一般采用考慮到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)實(shí)繼承性，一般采用“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”確定。所謂確定。所謂“校準(zhǔn)法校準(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)所采用就是通過(guò)

27、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)。的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。根據(jù)根據(jù)“校準(zhǔn)法校準(zhǔn)法”的確定結(jié)果，的確定結(jié)果，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件給出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)限狀態(tài)的可靠指標(biāo)。破壞類(lèi)型破壞類(lèi)型安安 全全 等等 級(jí)級(jí)一一 級(jí)級(jí)二二 級(jí)級(jí)三三 級(jí)級(jí)延性破壞延性破壞3.73.22.7脆性破壞脆性破壞4.23.73.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程度宜取度宜取01

28、.5?？赡鏄O限狀態(tài)可逆極限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，將不再保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。不可逆極限狀態(tài)不可逆極限狀態(tài)指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保指產(chǎn)生超越狀態(tài)的作用被移去后，仍將永久保持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。持超越狀態(tài)的一種極限狀態(tài)。7 7 設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo) (reliability index for design) 1 1 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 按荷載效應(yīng)的按荷載效應(yīng)的基本組合基本組合或或偶然組合偶然組合，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：0S

29、Rckskcskkcs(,),ffRR ff aRa0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；( )R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；cs,ff混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；混凝土、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值；ka荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。cksk,ffcs,S 基本組合基本組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)從下列組合中取最不利值確定：可變荷載效應(yīng)控制組合可變

30、荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合永久荷載效應(yīng)控制組合GGkQ1Q1kQiciQik2niSSSS GGkQiciQik1niSSS 偶然組合偶然組合：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定：荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值宜按下列規(guī)定確定：偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；偶然荷載的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)；與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀(guān)測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適與偶然荷載同時(shí)出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀(guān)測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠．?dāng)?shù)拇碇怠? 1 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 荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù) ：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于相同。：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于相同。 荷載

31、分項(xiàng)系數(shù)是根據(jù)下述荷載分項(xiàng)系數(shù)是根據(jù)下述原則原則優(yōu)選確定的。即在各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值已給定優(yōu)選確定的。即在各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值已給定的條件下，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種長(zhǎng)期的荷載效應(yīng)比值和荷載效應(yīng)組合下，的條件下，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種長(zhǎng)期的荷載效應(yīng)比值和荷載效應(yīng)組合下，用不同的分項(xiàng)系數(shù)值，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)各種構(gòu)件并計(jì)算其所具有用不同的分項(xiàng)系數(shù)值，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式設(shè)計(jì)各種構(gòu)件并計(jì)算其所具有的可靠指標(biāo)，然后從中選取一組分項(xiàng)系數(shù)，使按此設(shè)計(jì)所得的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)，然后從中選取一組分項(xiàng)系數(shù)，使按此設(shè)計(jì)所得的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)之間在總體上差異最小。所具有的可靠指標(biāo)與規(guī)定的設(shè)

32、計(jì)可靠指標(biāo)之間在總體上差異最小。 荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。：荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的乘積。 荷載組合值系數(shù)荷載組合值系數(shù) ：考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很：考慮各可變荷載最大值在同一時(shí)刻出現(xiàn)的概率很小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，小，若設(shè)計(jì)中仍采用各荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值疊加，則可能造成結(jié)構(gòu)可靠度不一致，因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。因而必須對(duì)可變荷載設(shè)計(jì)值再乘以調(diào)整系數(shù)，即荷載組合值系數(shù)。,GQci 荷載組合值荷載組合值 ：可變荷載設(shè)計(jì)值乘以荷載組合值系數(shù)。：可變荷載設(shè)計(jì)值乘以荷載組合值系數(shù)。

33、ciikQ1 1 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 材料分項(xiàng)系數(shù)材料分項(xiàng)系數(shù)：考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來(lái)的不利：考慮材料的離散性和施工中不可避免的偏差帶來(lái)的不利影響。影響。 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以材料分項(xiàng)系數(shù)。：材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以材料分項(xiàng)系數(shù)。 確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)確定鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)可靠指標(biāo) 通過(guò)可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)通過(guò)可靠度分析確定；對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的情況，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過(guò)對(duì)規(guī)范為主要依據(jù)，通過(guò)對(duì)規(guī)范(TJ10-74）