土建結(jié)構(gòu)基本計(jì)算原則PPT課件

1、12.12.1結(jié)構(gòu)上的作用和結(jié)構(gòu)的承載力結(jié)構(gòu)上的作用和結(jié)構(gòu)的承載力一一. .結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用1.1.作用的定義：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)作用的定義：使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、應(yīng)力、位移等）的因素。（內(nèi)力、應(yīng)力、位移等）的因素。2.2.作用的分類：作用的分類： （1 1）直接作用（如荷載）；）直接作用（如荷載）； （2 2）間接作用（如溫差、不均勻沉降）間接作用（如溫差、不均勻沉降）第1頁/共21頁23.3.荷載的分類荷載的分類（1 1）永久荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)大小、方向、作用點(diǎn)及形式不隨時(shí)間變化，或者其變化可）永久荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)大小、方向、作用點(diǎn)及形式不隨時(shí)間變化，或者其變化可忽略

2、不計(jì)，通常稱為恒載；忽略不計(jì)，通常稱為恒載；（2 2）可變荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)大小、方向、作用點(diǎn)及形式等任意因素隨時(shí)間變化，通常）可變荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)大小、方向、作用點(diǎn)及形式等任意因素隨時(shí)間變化，通常稱為活載；稱為活載；（3 3）偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一般不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短。）偶然荷載：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一般不出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短。第2頁/共21頁34.4.荷載的標(biāo)準(zhǔn)值荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（1 1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值的定義：具有一定概率的最大荷載值；）荷載標(biāo)準(zhǔn)值的定義：具有一定概率的最大荷載值；（2 2）確定方法：荷載標(biāo)準(zhǔn)值為其平均值減去）確定方法：荷載標(biāo)準(zhǔn)值為其平均

3、值減去1.6451.645倍標(biāo)準(zhǔn)差，此時(shí)所對應(yīng)的出現(xiàn)概率為倍標(biāo)準(zhǔn)差，此時(shí)所對應(yīng)的出現(xiàn)概率為95%95%。二二. .結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求1.1.結(jié)構(gòu)的安全等級結(jié)構(gòu)的安全等級（1 1）確定原則：根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重性；）確定原則：根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重性；（2 2）等級標(biāo)準(zhǔn)。）等級標(biāo)準(zhǔn)。第3頁/共21頁42.22.2結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求一、結(jié)構(gòu)的使用年限一、結(jié)構(gòu)的使用年限（1 1）結(jié)構(gòu)使用年限的概念：結(jié)構(gòu)保持規(guī)定的可靠性的時(shí)間；）結(jié)構(gòu)使用年限的概念：結(jié)構(gòu)保持規(guī)定的可靠性的時(shí)間；（2 2）結(jié)構(gòu)使用年限的規(guī)定：）結(jié)構(gòu)使用年限的規(guī)定：A.A.一般房屋結(jié)構(gòu)為一般房屋結(jié)構(gòu)為5050年；年；B.B.

4、橋梁結(jié)構(gòu)和水工結(jié)構(gòu)超過橋梁結(jié)構(gòu)和水工結(jié)構(gòu)超過5050年，可根據(jù)業(yè)主要求確定；年，可根據(jù)業(yè)主要求確定；C.C.結(jié)構(gòu)使用時(shí)間超過規(guī)定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。結(jié)構(gòu)使用時(shí)間超過規(guī)定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。第4頁/共21頁5二、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求二、建筑結(jié)構(gòu)的功能要求（1 1）安全性：在使用年限期間能承受各種）安全性：在使用年限期間能承受各種作用；作用；（2 2）適用性：在使用年限期間能良好工作；）適用性：在使用年限期間能良好工作；（3 3）耐久性：在使用年限期間保持安全和）耐久性：在使用年限期間保持安全和適用。適用。第5頁/共21頁62.32.3結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)功能的

5、極限狀態(tài)1.1.極限狀態(tài)的一般定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能極限狀態(tài)的一般定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足某一功能要求的特定狀態(tài)；滿足某一功能要求的特定狀態(tài)；2.2.極限狀態(tài)的物理意義：未達(dá)到極限狀態(tài)極限狀態(tài)的物理意義：未達(dá)到極限狀態(tài)則處于有效狀態(tài)；超過極限狀態(tài)則處于失則處于有效狀態(tài)；超過極限狀態(tài)則處于失效狀態(tài)。效狀態(tài)。第6頁/共21頁73.3.極限狀態(tài)的分類極限狀態(tài)的分類（1 1）承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失承載能力或不能繼續(xù)承載的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為材）承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失承載能力或不能繼續(xù)承載的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為材料破壞、喪失穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)機(jī)動(dòng)。料破壞、喪失穩(wěn)定或結(jié)構(gòu)機(jī)動(dòng)。（2 2）正常使用極限狀態(tài)

6、：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用時(shí)的規(guī)定限值的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為過）正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用時(shí)的規(guī)定限值的狀態(tài)；其主要表現(xiàn)為過大變形、裂縫過寬或較大振動(dòng)；大變形、裂縫過寬或較大振動(dòng)；第7頁/共21頁8（3 3）兩種極限狀態(tài)之間的關(guān)系：結(jié)構(gòu)或構(gòu)）兩種極限狀態(tài)之間的關(guān)系：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件件必須必須進(jìn)行承載力極限狀態(tài)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)計(jì)算計(jì)算，必要時(shí)，必要時(shí)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算驗(yàn)算。第8頁/共21頁94.4.極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程（1 1）極限狀態(tài)函數(shù)：）極限狀態(tài)函數(shù)：Z=R-SZ=R-S 上式中，上式中，R R表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，它與材料的表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力，它與材料的力學(xué)

7、指標(biāo)及材料用量有關(guān)；力學(xué)指標(biāo)及材料用量有關(guān)；S S表示作用（荷載）表示作用（荷載）效應(yīng)及其組合，它與作用的性質(zhì)有關(guān)；效應(yīng)及其組合，它與作用的性質(zhì)有關(guān)；（2 2）極限狀態(tài)函數(shù)中各量的數(shù)學(xué)意義：）極限狀態(tài)函數(shù)中各量的數(shù)學(xué)意義： R R和和S S均可視為隨機(jī)變量，均可視為隨機(jī)變量，Z Z為復(fù)合隨機(jī)變量，為復(fù)合隨機(jī)變量，它們之間的運(yùn)算規(guī)則應(yīng)按概率理論進(jìn)行。它們之間的運(yùn)算規(guī)則應(yīng)按概率理論進(jìn)行。第9頁/共21頁10（3 3）極限狀態(tài)函數(shù)的物理意義：）極限狀態(tài)函數(shù)的物理意義： Z=R-S0Z=R-S0，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=0Z=R-S=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)

8、； Z=R-S0Z=R-S0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；第10頁/共21頁112.42.4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)法一一. .結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)的可靠度（1 1）傳統(tǒng)方法存在的問題：缺乏科學(xué)性）傳統(tǒng)方法存在的問題：缺乏科學(xué)性（2 2）發(fā)展方向：應(yīng)采用概率來描述結(jié)構(gòu)）發(fā)展方向：應(yīng)采用概率來描述結(jié)構(gòu)的可靠性。的可靠性。 （3 3）結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間）結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力；內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力；第11頁/共21頁12（4 4）結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)）結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)

9、定的條件下完成預(yù)定功能的概率；和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率；（5 5）規(guī)定的時(shí)間：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；）規(guī)定的時(shí)間：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；（6 6）規(guī)定的條件：正常設(shè)計(jì)、正常施工和）規(guī)定的條件：正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用。正常使用。第12頁/共21頁13二二. .可靠指標(biāo)和失效概率可靠指標(biāo)和失效概率（1 1）失效概率的求解根據(jù)極限狀態(tài)函數(shù)，由概率論可知如下關(guān)系成立：）失效概率的求解根據(jù)極限狀態(tài)函數(shù)，由概率論可知如下關(guān)系成立： (a) (a) ，為失效概率；，為失效概率； ( (b) b) ，為可靠概率；，為可靠概率； ( (c) c) ，失效和可靠一定發(fā)生。，失效和可靠一定發(fā)生。0ZfdZfp0ZsdZf

10、p1ppsf第13頁/共21頁14（2 2）求解上述概率存在的困難）求解上述概率存在的困難A.A.概率密度函數(shù)很難確定或不可積分；概率密度函數(shù)很難確定或不可積分；B.B.上述積分運(yùn)算較繁瑣，不便于工程設(shè)計(jì)。上述積分運(yùn)算較繁瑣，不便于工程設(shè)計(jì)。（3 3）關(guān)于可靠指標(biāo)）關(guān)于可靠指標(biāo)A.A.物理意義：簡化積分運(yùn)算；物理意義：簡化積分運(yùn)算；B.B.計(jì)算公式：計(jì)算公式： 式（式（2-12-1）；）；C.C.幾何意義：幾何意義：P14P14圖圖2-12-1；D.D.可靠指標(biāo)與失效概率的數(shù)量關(guān)系：可靠指標(biāo)與失效概率的數(shù)量關(guān)系：P14P14表表2-12-1；)(22SRSRzz第14頁/共21頁15E.E.關(guān)

11、于目標(biāo)可靠指標(biāo)關(guān)于目標(biāo)可靠指標(biāo) a.a.目標(biāo)可靠指標(biāo)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須達(dá)到的指標(biāo)；目標(biāo)可靠指標(biāo)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須達(dá)到的指標(biāo)； b.b.目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定：校準(zhǔn)法；目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定：校準(zhǔn)法； c.c.目標(biāo)可靠指標(biāo)與安全等級的關(guān)系：目標(biāo)可靠指標(biāo)與安全等級的關(guān)系： d.d.延性破壞：破壞前有預(yù)兆；延性破壞：破壞前有預(yù)兆； e.e.脆性破壞：破壞前無預(yù)兆。脆性破壞：破壞前無預(yù)兆。第15頁/共21頁162.5實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式一.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 （2-4）上式的物理意義為：荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值不超過抗力的設(shè)計(jì)值；上式中各符號的意義見P.20RSoiKCiQin2iQiK11Q1QKGGQCQCGCS),f,

12、f(RRkcckssk第16頁/共21頁17二二. .關(guān)于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的可靠性關(guān)于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的可靠性1.1.可靠性的評價(jià)包含在三類分項(xiàng)系數(shù)之中，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)可靠性的評價(jià)包含在三類分項(xiàng)系數(shù)之中，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù) ； 荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù) ； 材料分項(xiàng)系數(shù)材料分項(xiàng)系數(shù) ；2.2.分項(xiàng)系數(shù)的確定原則：由實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式求得的可靠指標(biāo)滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求。分項(xiàng)系數(shù)的確定原則：由實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式求得的可靠指標(biāo)滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求。3.3.引入分項(xiàng)系數(shù)的原因：利用積分求解失效概率困難、計(jì)算可靠指標(biāo)麻煩且不便工程師設(shè)引入分項(xiàng)系數(shù)的原因：利用積分求解失效概率困難、

13、計(jì)算可靠指標(biāo)麻煩且不便工程師設(shè)計(jì)。計(jì)。oQiG,cs,第17頁/共21頁18三三. .正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式1.1.表達(dá)式：類似承載力極限狀態(tài)表達(dá)式，表達(dá)式：類似承載力極限狀態(tài)表達(dá)式，但是將分項(xiàng)系數(shù)全取為但是將分項(xiàng)系數(shù)全取為1.01.0；2.2.理由：正常使用極限狀態(tài)僅用于驗(yàn)算，理由：正常使用極限狀態(tài)僅用于驗(yàn)算，所以可降低可靠度；所以可降低可靠度；第18頁/共21頁193.63.6按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)材料強(qiáng)度和荷載按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)材料強(qiáng)度和荷載的取值的取值1.1.材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等于其均值減去材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等于其均值減去1.6451.645倍標(biāo)差；由概率論知，保證率為倍標(biāo)差；由概率論知，保證率為95%95%；2.2.荷載標(biāo)準(zhǔn)值等于其均值加上荷載標(biāo)準(zhǔn)值等于其均值加上1.6451.645倍標(biāo)倍標(biāo)準(zhǔn)差；由概率論知，保證率為準(zhǔn)差；由概率論知，保證率為95%95%；第19頁/共21頁203 3. .材料和荷載分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)目標(biāo)可靠指標(biāo)確定，材料和荷載分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)目標(biāo)可靠指標(biāo)確定， 且均大于且均大于1.01.0；4.4.標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值之間的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)值與