砌體結(jié)構(gòu)圖文PPT課件

1、學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 了解我國(guó)規(guī)范關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論； 掌握我國(guó)規(guī)范的砌體結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法； 掌握砌體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值的計(jì)算原則。 第1頁(yè)/共102頁(yè)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，在可靠性方面經(jīng)歷了從定量的、經(jīng)驗(yàn)的到概率的發(fā)展。 1 許可應(yīng)力法 在材料力學(xué)和彈性力學(xué)方法發(fā)展以后，早期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是容許應(yīng)力法。假設(shè)材料為均勻彈性體，分析結(jié)構(gòu)上所受到的荷載作用，用力學(xué)的方法算出構(gòu)件中的應(yīng)力分布，確定危險(xiǎn)點(diǎn)上的工作應(yīng)力值，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)資料確定容許應(yīng)力。設(shè)計(jì)時(shí)保證最大應(yīng)力不超過材料的容許應(yīng)力。第2頁(yè)/共102頁(yè)1.許可應(yīng)力設(shè)計(jì)法許可應(yīng)力設(shè)計(jì)法

2、以軸壓短構(gòu)件為例KfANm/根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出的一個(gè)總安全系數(shù)我國(guó)在解放前時(shí)使用此法，我國(guó)在解放前時(shí)使用此法，目前歐美某些國(guó)家仍用這一目前歐美某些國(guó)家仍用這一表達(dá)式表達(dá)式第3頁(yè)/共102頁(yè) 容許應(yīng)力法使用方便，設(shè)計(jì)者對(duì)它很熟悉，按此法設(shè)計(jì)可以滿足正常使用的要求，所以此法能較長(zhǎng)時(shí)期被應(yīng)用，目前一些規(guī)范仍然采用此設(shè)計(jì)方法。但此法存在明顯的缺點(diǎn)：第4頁(yè)/共102頁(yè) 1）該法按照線彈性理論以一點(diǎn)的強(qiáng)度來(lái)確定整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否安全可靠，這對(duì)于脆性材料制作的結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)說(shuō)有一定的合理性，但是對(duì)于彈塑性材料制作的構(gòu)件而言，由于沒有考慮結(jié)構(gòu)在非彈性階段仍具有承受荷載的能力，以及沒有將荷載、結(jié)構(gòu)抗力等作為隨機(jī)因素加以考慮

3、，所以是不合理的。第5頁(yè)/共102頁(yè) 2）此法所給定的容許應(yīng)力不能保證各種結(jié)構(gòu)具有比較一致的可靠度水平。 3）此法認(rèn)為荷載的變化具有相同的比例，采用單一安全系數(shù)法。 20世紀(jì)30年代后期，前蘇聯(lián)注意到彈性理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果不符的問題。而對(duì)偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，開始采用了修正系數(shù)；第6頁(yè)/共102頁(yè) 我國(guó)1952年已開始照前蘇聯(lián)1943年規(guī)定，對(duì)偏心受壓計(jì)算采用修正系數(shù)以較正確的估算承載力，以后又采用破壞階段和三系數(shù)計(jì)算方法； 我國(guó)1973年頒布的磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按材料平均強(qiáng)度的單一安全系數(shù)進(jìn)行，而安全系數(shù)k則是采用多系數(shù)分析、單一系數(shù)表達(dá)的半統(tǒng)計(jì)、半經(jīng)驗(yàn)的方法確定的。第7頁(yè)/

4、共102頁(yè)2. 破壞階段設(shè)計(jì)法破壞階段設(shè)計(jì)法AfKNm以軸壓短構(gòu)件為例根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出的一個(gè)總安全系數(shù)不是以截面最大應(yīng)力作為衡量截面承載力的標(biāo)準(zhǔn)，而是在考慮截面應(yīng)力重分布后，以全截面承載力為標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)在解放前初期按前蘇聯(lián)磚石規(guī)范的表達(dá)式第8頁(yè)/共102頁(yè)3. 三系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法三系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法)(AkfmNnkk以軸壓短構(gòu)件為例超載系數(shù)（荷載系數(shù)）荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸力結(jié)構(gòu)實(shí)際工作條件系數(shù)，考慮構(gòu)件及材料在不同工作條件下能夠充分發(fā)揮作用的程度砌體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料系數(shù)1956年后，我國(guó)砌體結(jié)構(gòu)按前蘇聯(lián)55年的規(guī)范的表達(dá)式第9頁(yè)/共102頁(yè)3. 三系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法三系數(shù)表達(dá)的極

5、限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率密度荷載荷載平均值荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載計(jì)算值概率密度材料強(qiáng)度強(qiáng)度平均值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度計(jì)算值第10頁(yè)/共102頁(yè)3. 多系數(shù)分析總安全系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法多系數(shù)分析總安全系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法AfKNm總安全系數(shù)（不是經(jīng)驗(yàn)取值）平均強(qiáng)度以軸壓短構(gòu)件為例1973年，我國(guó)自行編制的第一部磚石結(jié)構(gòu)規(guī)范（GBJ3-73）的表達(dá)式第11頁(yè)/共102頁(yè)3. 多系數(shù)分析總安全系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法多系數(shù)分析總安全系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法CKKKKKK)(54321砌體強(qiáng)度變異系數(shù)：抗壓1.5，抗彎、拉、剪：1.65缺乏系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)砌體強(qiáng)度變異性的影響系數(shù)1.15砌筑質(zhì)量影響系數(shù)1.1構(gòu)件尺寸偏

6、差影響系數(shù)1.1荷載變異影響系數(shù)1.2組合系數(shù)1.2對(duì)于軸壓3 . 29 . 0)2 . 11 . 11 . 115. 15 . 1 (K第12頁(yè)/共102頁(yè)4. 1998年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法承載能力極限狀態(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)砌體結(jié)構(gòu)中，對(duì)墻及柱而言以承載能力極限狀態(tài)為主第13頁(yè)/共102頁(yè)4. 1998年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法RS 0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)安全等級(jí)一級(jí)：1.1；二級(jí)1.0；三級(jí)0.9),(2111kniikQiQiQikQQkGGafRRQCQCGCS5 . 1,645.

7、 1,ffmkfkffff第14頁(yè)/共102頁(yè)4. 1998年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法對(duì)一般單層和多層房屋，可采用簡(jiǎn)化公式RQCGCSniikQiQikGG)(10第15頁(yè)/共102頁(yè) 根據(jù)國(guó)家頒布的建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068-2001規(guī)定的，采用近似概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。第16頁(yè)/共102頁(yè)5. 2001年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法一般情況下砌體結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)),()4 . 12 . 1 (2110kniikQiQiQikQkGafRQCQCGCfmkfkffff645. 1,確

8、定材料分項(xiàng)系數(shù)時(shí)引入了施工質(zhì)量控制等級(jí)（等級(jí)的劃分見教材表2-2）第17頁(yè)/共102頁(yè)5. 2001年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法0的取值一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年以上：年以上： 1.1二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年：年： 1.0三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年以下：年以下： 0.9在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)破壞概率足夠小在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)破壞概率足夠小第18頁(yè)/共102頁(yè)5. 2001年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法年以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法以自重為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算nikikQiCikGafRQCGC10)

9、,()4 . 135. 1 (新引入的重力荷載分項(xiàng)系數(shù)第19頁(yè)/共102頁(yè)3.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 (Limit state design method)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 整個(gè)結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)物的一部分超過某一特定狀態(tài)時(shí)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。 設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩類：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。第20頁(yè)/共102頁(yè)承載力極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形。 在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都需要按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，以保證各個(gè)控制截面不發(fā)生破壞。

10、第21頁(yè)/共102頁(yè) 當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了承載力極限狀態(tài)： 整個(gè)結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)物的一部分作為剛體失 去平衡；(如傾覆等) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過而破壞；(包括疲勞破壞) 結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系； 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定。(如壓曲等)第22頁(yè)/共102頁(yè)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定極限。如變形過大、裂縫過大、振動(dòng)過大等影響正常使用，即超過了正常使用極限狀態(tài)。 在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，主要通過構(gòu)造措施加以保證，一般不進(jìn)行驗(yàn)算。僅僅在個(gè)別情況下，才需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行變形驗(yàn)算。第23頁(yè)/共102頁(yè)

11、新規(guī)范：對(duì)于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起嚴(yán)重后果的重要結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)第24頁(yè)/共102頁(yè)逐漸破壞極限狀態(tài) 指偶然作用后產(chǎn)生的次生災(zāi)害限度，即結(jié)構(gòu)因偶然作用造成局部破壞后，其余部分不致發(fā)生連續(xù)破壞的狀態(tài)。 偶然作用包括超過設(shè)計(jì)烈度的地震、爆炸、車輛撞擊及基礎(chǔ)塌陷等等。第25頁(yè)/共102頁(yè)逐漸破壞極限狀態(tài) 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循的原則為：1 1）按考慮偶然事件所造成的荷載效應(yīng)的偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)或采取保護(hù)措施，使主要承重結(jié)構(gòu)不致因偶然事件而喪失承載力；2 2）應(yīng)使主要承重結(jié)構(gòu)因偶然事件而發(fā)生局部破壞后，其剩余部分仍具有適當(dāng)?shù)陌踩?，在一段時(shí)間內(nèi)不致于連續(xù)倒塌，以避免生命和經(jīng)濟(jì)的重大損失，并為

12、修復(fù)提供條件。第26頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況（根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響）1、持久狀況在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長(zhǎng)(一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí))的狀況。2、短暫狀況在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比，持續(xù)期很短的狀況。如施工和維修等。3、偶然狀況在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如火災(zāi)、爆炸、撞擊等。第27頁(yè)/共102頁(yè) 建筑結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況應(yīng)分別進(jìn)行極限狀態(tài)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)狀況應(yīng)分別進(jìn)行極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1 1、對(duì)三種狀況，、對(duì)三種狀況，均均應(yīng)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)2 2、對(duì)持久狀況，、對(duì)持久狀

13、況，尚尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3 3、對(duì)短暫狀況，、對(duì)短暫狀況，可可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)第28頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力和結(jié)構(gòu)抗力R 結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S：作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)（內(nèi)力）等。 結(jié)構(gòu)抗力R：是指整個(gè)機(jī)構(gòu)構(gòu)件而言，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件所能抵抗的內(nèi)力。 由于作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R都不是確定性變量，而隨荷載、材料強(qiáng)度、計(jì)算模式及幾何尺寸等的變異具有明顯的隨機(jī)性，應(yīng)采用隨機(jī)變量或隨機(jī)過程加以描述。第29頁(yè)/共102頁(yè)概率論概率論愛因斯坦： “你（波爾）相信擲色子的上帝，我卻信仰客觀存在的世界中完備的定律

14、和秩序”。 誰(shuí)錯(cuò)誰(shuí)對(duì)？第30頁(yè)/共102頁(yè) 結(jié)構(gòu)可靠度的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 1 1 事件與概率 2 2 概率的基本公理與法則 3 3 隨機(jī)變量概率分布 4 4 隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)特征 5 5 結(jié)構(gòu)可靠度分析中常用的概率分布 6 6 統(tǒng)計(jì)參數(shù)的應(yīng)用第31頁(yè)/共102頁(yè)1 1 事件與概率 在自然界中，存在大量的一類現(xiàn)象，他們?cè)谝欢l件下可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為隨機(jī)事件隨機(jī)事件，通常簡(jiǎn)稱為事件事件。 A.某地今后10年內(nèi)要遭受烈度為8度的地震； B.某地今后10年內(nèi)要遭受烈度不超過8度的地震； 概率概率是指與其他事件有關(guān)的某一事件發(fā)生的可能性。從定量上講，概率是與一組事件有關(guān)的某事件發(fā)生的可能性的數(shù)值

15、度量。第32頁(yè)/共102頁(yè)2 2 概率的基本公理與法則 一、概率的基本公理，加法法則 n個(gè)互不相容事件之和的概率，等于各事件的概率之和。 11()()nniiiiPAP A 所謂兩事件A與B之和，是指A、B中至少有一個(gè)事件實(shí)現(xiàn)。所謂A與B互不相容，是指A與B不能同時(shí)出現(xiàn)。第33頁(yè)/共102頁(yè)二、概率的乘法定理()( )()( )()P ABP AP B AP BP A B 兩事件乘積的概率等于一事件的概率，乘以在這一事件發(fā)生的條件下另一事件的條件概率。即式中： 是指事件B在事件A發(fā)生的條件下的概率，稱為條件概率。 ()P B A第34頁(yè)/共102頁(yè) 所謂兩事件之積兩事件之積，是指A與B同時(shí)實(shí)現(xiàn)

16、的意思。若A與B中任一事件的概率與另一事件是否發(fā)生無(wú)關(guān)，則稱A、B是相互獨(dú)立的相互獨(dú)立的。 與隨機(jī)事件有密切聯(lián)系的一個(gè)重要概率是隨機(jī)變量。所謂隨機(jī)變量隨機(jī)變量，是指在一定條件的實(shí)驗(yàn)中，每次都取一個(gè)不能預(yù)先確知數(shù)值的變量。()( )()( ) ( )P B AP BP ABP A P B第35頁(yè)/共102頁(yè) 一、隨機(jī)變量分布函數(shù) 設(shè)X是隨機(jī)變量，對(duì)任意實(shí)數(shù)x，事件Xx的概率PXx稱為隨機(jī)變量X的分布函數(shù)。記為F(x)，即 F(x)P Xx. 易知，對(duì)任意實(shí)數(shù)a, b (ab), P a X bPX bPX a F(b)F(a).( )F x3 隨機(jī)變量概率分布第36頁(yè)/共102頁(yè)二、分布函數(shù)的性

17、質(zhì)二、分布函數(shù)的性質(zhì) 1）、單調(diào)不減性：若）、單調(diào)不減性：若x1x2, 則則F(x1) F(x2); 2）、歸一）、歸一 性：對(duì)任意實(shí)數(shù)性：對(duì)任意實(shí)數(shù)x，0 F(x) 1，且且 對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)變量對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)變量 ;1)x(Flim)(F, 0)x(Flim)(Fxx ( )( )xF xf x dx第37頁(yè)/共102頁(yè) 1） 定義定義：對(duì)于隨機(jī)變量對(duì)于隨機(jī)變量X，若存在非負(fù)函數(shù)若存在非負(fù)函數(shù)p(x)，(- x+ )，使對(duì)任意實(shí)數(shù)使對(duì)任意實(shí)數(shù)x，都有都有( )()( )xF xP Xxf u du則稱X為連續(xù)型隨機(jī)變量， f(x)為X的概率密度函數(shù)，簡(jiǎn)稱概率密度或密度函數(shù). 常記為 X f(

18、x) , (-x+)三、概率密度函數(shù)第38頁(yè)/共102頁(yè)2） 概率密度函數(shù)的性質(zhì)概率密度函數(shù)的性質(zhì) (1) 非負(fù)性非負(fù)性 :f(x) 0，(- x0,DY0，則 cov(, )XYX YDXDY第42頁(yè)/共102頁(yè)5 5 結(jié)構(gòu)可靠度分析中常用的概率分布 (1)正態(tài)分布 概率密度函數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 若隨機(jī)變量X服從 ，則可以通過標(biāo)準(zhǔn)化變換 化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，可以證明Y服從（0，1）分布。)(，N211( )exp() ()22xf xx ) 10( ，N2121( )()2xf xex ( ,)N ()YX 第43頁(yè)/共102頁(yè)(2)對(duì)數(shù)正態(tài)分布 設(shè)X服從 ， 的密度函數(shù)為 這個(gè)分布稱為對(duì)數(shù)正態(tài)

19、分布，常記為 當(dāng)X服從正態(tài)分布時(shí)，則Y=exp(X)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布；反之，當(dāng)Y服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，則X=lnY服從正態(tài)分布。211 lnexp() ,0( )220,0Yxxfxxx)(，Nexp( )Yx( ,)LN 第44頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標(biāo) （Reliability index） 建筑結(jié)構(gòu)的可靠性指結(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。 包括安全性、適用性和耐久性三項(xiàng)要求。 結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，其定義是：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用維護(hù)），完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)

20、可靠度。第45頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：5050年年 為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而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)。選用的時(shí)間參數(shù)。設(shè)計(jì)使用年限：設(shè)計(jì)使用年限： 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)期目的使用的時(shí)期。預(yù)期目的使用的時(shí)期。 即房屋結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正即房屋結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限，如達(dá)不到這個(gè)年限常維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限，如達(dá)不到這個(gè)年限則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用與維修的某一環(huán)節(jié)上則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用

21、與維修的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因。出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因。第46頁(yè)/共102頁(yè)類類別別設(shè)計(jì)使用年限（年）設(shè)計(jì)使用年限（年）示示 例例1 15 5臨時(shí)性結(jié)構(gòu)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)2 22525易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件3 35050普通房屋和構(gòu)筑物普通房屋和構(gòu)筑物4 4100100紀(jì)念性建筑和特別重要的建紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)筑結(jié)構(gòu) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB500682001規(guī)定：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分類第47頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程 結(jié)構(gòu)可靠度通常受到各種荷載、材料性能、結(jié)構(gòu)可靠度通常受到各種荷載、材料性能、幾何參數(shù)、計(jì)算公式等精確性等因素的影幾何參數(shù)、計(jì)算公

22、式等精確性等因素的影響。這些因素一般具有隨機(jī)性，稱為基本響。這些因素一般具有隨機(jī)性，稱為基本變量，記作變量，記作 分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般由功能函數(shù)分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般由功能函數(shù)加以描述。當(dāng)有加以描述。當(dāng)有n n個(gè)隨機(jī)變量影響結(jié)構(gòu)的可個(gè)隨機(jī)變量影響結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為：靠度時(shí)，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為：),(21nxxxgZ), 2 , 1(nixi第48頁(yè)/共102頁(yè) 引入函數(shù)Z，令Z=R-S=g (R, S),則結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)可用函數(shù)Z的不同取值加以描述： Z=R-S0，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)； Z=R-S0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。 在可靠度設(shè)計(jì)中，一

23、般把Z=g (R, S)稱為功能函數(shù)，而Z=0則稱為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的極限狀態(tài)方程。單一的荷載效應(yīng)或荷載效應(yīng)組合相對(duì)最大值第49頁(yè)/共102頁(yè) 若R (R , R)，S (S , S) ，且R、S 相互獨(dú)立 Z=R-S(z , z) ， z = R - S ， 2z= 2R + 2S2011(0)exp22ZrZZzPP Zdz可靠度1frPP結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的定義結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的定義 12002102ZZZfZPP Zf Z dZedZ失效概率第50頁(yè)/共102頁(yè)失效概率 即陰影部分面積 0f(0)( )pP Zf z dzf (z)zfpf1p0zz第51頁(yè)/共102頁(yè) fSR0RS 由圖可知，當(dāng)R的

24、平均值 大于S的平均值 時(shí)，并不能說(shuō)明結(jié)構(gòu)是絕對(duì)安全的，因?yàn)檫@兩條曲線還有相互交叉的部分，這就說(shuō)明存在RS的概率，所謂結(jié)構(gòu)的可靠度是指RS這一事件的概率。RS第52頁(yè)/共102頁(yè) 事實(shí)上，P P f f 不僅與R和S的均值有關(guān)，而且還與它們的方差有關(guān)。傳統(tǒng)的安全系數(shù)沒有反映這一特征，而 解決了這個(gè)問題。第53頁(yè)/共102頁(yè) 設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用近似概率法，并規(guī)定采用平均值和標(biāo)準(zhǔn)值及可靠指標(biāo)代替失效概率來(lái)近似的估定結(jié)構(gòu)的可靠度。 一般按標(biāo)準(zhǔn)差正態(tài)分布函數(shù)，對(duì)脆性破壞一般要求 ，相應(yīng)的失效概率 。zzu3.741 10fp zRSuuu22zRS第54頁(yè)/共102頁(yè) 公式公式 1fp推導(dǎo)推導(dǎo) 令

25、ZZZX 令令ZZ dXedxepXXf22122121121 1 失效概率 12002102ZZZfZPP Zf Z dZedZ第55頁(yè)/共102頁(yè) 可用結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo) 來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠性 P r +P f =1 = z / z P f P r P f = ( ) =1- ( ) P r=1 P f 1 ( ) = ( )第56頁(yè)/共102頁(yè)為可靠指標(biāo) 1、 是失效概率的度量。 越大，失效概率P f越小，故可靠度P r越大。 2、在某種分布下，當(dāng)z 常量時(shí)， 僅僅隨著z變化。而當(dāng)z增加時(shí)，會(huì)使概率密度曲線由于z增加而向右移動(dòng)， P f將由此減少，從而使可靠度P r增大。 可靠指標(biāo)增加，結(jié)構(gòu)可靠

26、度P r增大； 減小，結(jié)構(gòu)可靠度P r也減小，因此， 可以表示結(jié)構(gòu)可靠程度。第57頁(yè)/共102頁(yè) 與 P f的對(duì)應(yīng)關(guān)系 P f P f1.01.5910-13.26.4010-41.56.6810-23.52.3310-42.02.2810-23.71.1010-42.56.2110-34.03.1710-52.73.5010-34.21.3010-53.01.3510-3第58頁(yè)/共102頁(yè)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068-2001）規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重性，采用根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重性，

27、采用不同的安全等級(jí)。不同的安全等級(jí)。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)劃分為三個(gè)等級(jí)（一級(jí)：重要的建筑物；二級(jí)：大量的一般建筑物；三級(jí)：次要的建筑物）。至于重要建筑物與次要建筑物的劃分，則應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的破壞后果，即危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等的嚴(yán)重程度確定。 第59頁(yè)/共102頁(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)破壞類型破壞類型安全等級(jí)安全等級(jí)一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(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第60頁(yè)/共102頁(yè)可靠指標(biāo)與分項(xiàng)系數(shù)的關(guān)系 現(xiàn)行的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并不采用單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式，而采用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式。例如恒載和活載組合下設(shè)計(jì)表達(dá)式為： 為抗力分項(xiàng)系數(shù)

28、， 為恒載分項(xiàng)系數(shù)， 為活載分項(xiàng)系數(shù)。 RRGGQQ RGQ第61頁(yè)/共102頁(yè) 分項(xiàng)系數(shù)是利用分離函數(shù)得到的。分離函數(shù)的作用，是將其與可靠指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，把安全系數(shù)加以分離，使其表達(dá)為分項(xiàng)系數(shù)的形式。兩種分離法： 1、林德的0.75線性分離法； 2、一般分離法。第62頁(yè)/共102頁(yè) 結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法 1 1 一次二階矩法 2 JC2 JC法 3 3 蒙特卡羅法第63頁(yè)/共102頁(yè)設(shè)計(jì)表達(dá)式（設(shè)計(jì)表達(dá)式（Design equation） 規(guī)范采用以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)方程，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。 值計(jì)算復(fù)雜，需要大量的統(tǒng)計(jì)信息，直接在設(shè)計(jì)中應(yīng)用很不方便。規(guī)范的做法是采用分項(xiàng)系數(shù)的實(shí)用

29、設(shè)計(jì)表達(dá)式，設(shè)計(jì)人員可不必直接計(jì)算可靠指標(biāo)，只需按規(guī)范給定的各分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。第64頁(yè)/共102頁(yè) 砌體結(jié)構(gòu)按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，在考慮結(jié)構(gòu)重要性調(diào)整后的荷載效應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力，即式中， 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； S 內(nèi)力設(shè)計(jì)值； R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力0SR0安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為15年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，00.9安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，01.1安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，01.0第65頁(yè)/共102頁(yè)S承載能力極限狀態(tài)下作用組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值：對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況按作用的基本組合計(jì)算；對(duì)地震設(shè)計(jì)狀況按作用的地震組合計(jì)算； R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值；第66頁(yè)

30、/共102頁(yè) 規(guī)范中對(duì)砌體結(jié)構(gòu)按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按下列公式中最不利組合進(jìn)行計(jì)算：0GkQ1kQcQ kk21.21.4,.nLLiiiiSSSR f a 0GkcQ kk11.351.4,.nLiiiSSRf a第67頁(yè)/共102頁(yè)荷載分項(xiàng)系數(shù)及荷載組合系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)及荷載組合系數(shù)調(diào)查結(jié)果恒載活載變異性小,但往往超載,G=1.2, G=1.35盡管標(biāo)準(zhǔn)荷載高于平均值,但變異性大, Q=1.4一般情況下,ci=0.70, 若活荷載經(jīng)常作用且數(shù)值較大 ci =0.9第68頁(yè)/共102頁(yè)式中， 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； 在基本組合中起控制作用的一個(gè)可 變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； 第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)

31、值的效應(yīng)； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力函數(shù)； 第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)； 第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)； 砌體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。0GkQ1kQcQ kk21.21.4,.nLLiiiiSSSRf a GkSQ1kSQ k iS()R Qicifka一般情況下應(yīng)取0.7第69頁(yè)/共102頁(yè)對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況、短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況，對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況、短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況，當(dāng)用內(nèi)力的形式表達(dá)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用下列承載當(dāng)用內(nèi)力的形式表達(dá)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用下列承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：L0GkQ1kQcQ kk21.21.4,.nLLiiiiSSSR f a 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗

32、力模型不定性系數(shù)。對(duì)靜力設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)使用年限為50a,取1.0；設(shè)計(jì)使用使用年限為100a，取1.1；對(duì)抗震設(shè)計(jì)，采用承載力調(diào)整系數(shù)rRE代替.第70頁(yè)/共102頁(yè) 當(dāng)砌體結(jié)構(gòu)作為一個(gè)剛體，需要驗(yàn)證整體穩(wěn)定性時(shí)，例如傾覆、滑移、漂浮等，應(yīng)采取下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)算：式中， 起有利作用的永久荷載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值; 起不利作用的永久荷載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值.0G2kQ1kQ kG1k21.21.40.8nLLiiSSSSG1kSG2kS0G2kQ kG1k11.351.40.8nLciiiSSS第71頁(yè)/共102頁(yè)砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(Design value）1. 砌體

33、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fk fk 是考慮砌體強(qiáng)度的變異性，按設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的要求統(tǒng)一規(guī)定為強(qiáng)度的概率密度函數(shù)的0.05分位值，即強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有95%的保證率，這說(shuō)明強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是一個(gè)偏低的強(qiáng)度取值。由統(tǒng)計(jì)資料可知，各類砌體強(qiáng)度服從正態(tài)分布，則kmf1 1.645ff砌體強(qiáng)度變異系數(shù)第72頁(yè)/共102頁(yè)砌體類型砌體抗壓強(qiáng)度砌體抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度各種磚、砌塊、毛料石砌體 0.17 0.20 毛石砌體 0.24 0.26 砌體強(qiáng)度變異系數(shù)第73頁(yè)/共102頁(yè) 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值以材料的強(qiáng)度概率分布的某一分位值來(lái)確定，在國(guó)際上也成為材料強(qiáng)度特征值。 砌體的抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為：kt,ktm,kv

34、,kffff、第74頁(yè)/共102頁(yè)2. 砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f 一般情況下，宜按施工控制等級(jí)為B級(jí)考慮，取材料分項(xiàng)系數(shù) ，當(dāng)施工控制等級(jí)為C級(jí)時(shí)，取材料分項(xiàng)系數(shù) 。當(dāng)為A級(jí)時(shí)，取1.5。 砌體的抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為：kfff考慮到結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度與試件強(qiáng)度的區(qū)別，以及幾何參數(shù)和計(jì)算模式不定性對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的影響，將材料強(qiáng)度進(jìn)一步降低。f1.6f1.8ttmvffff、第75頁(yè)/共102頁(yè) 我國(guó)砌筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50203-2002規(guī)定了施工強(qiáng)度控制等級(jí)，它根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理、砂漿和混凝土強(qiáng)度、砂漿拌和方式及砌筑工人技術(shù)等級(jí)等方面綜合水平，將施工質(zhì)量控制等級(jí)分為A、B

35、、C三級(jí)。施工質(zhì)量控制等級(jí)的選擇由設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位商定，并應(yīng)在工程設(shè)計(jì)圖中明確設(shè)計(jì)采用的施工質(zhì)量等級(jí)。第76頁(yè)/共102頁(yè)砌體施工質(zhì)量控制等級(jí)砌體施工質(zhì)量控制等級(jí)第77頁(yè)/共102頁(yè) 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出了齡期為28d的以毛截面計(jì)算的各類砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級(jí)為B級(jí)時(shí)，應(yīng)根據(jù)塊體和砂漿的強(qiáng)度等級(jí)分別按下列規(guī)定采用：第78頁(yè)/共102頁(yè)第79頁(yè)/共102頁(yè)第80頁(yè)/共102頁(yè)第81頁(yè)/共102頁(yè)第82頁(yè)/共102頁(yè) 單排孔混凝土對(duì)孔砌筑時(shí)，灌孔砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值單排孔混凝土對(duì)孔砌筑時(shí)，灌孔砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ： gfgc0.6fff第83頁(yè)/共102頁(yè) 砌塊砌體灌孔混凝土強(qiáng)

36、度等級(jí)Cb20，也不宜低于兩倍的塊體強(qiáng)度等級(jí)。 灌孔混凝土的強(qiáng)度等級(jí)Cb*等同于對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)C*的強(qiáng)度指標(biāo)。第84頁(yè)/共102頁(yè)孔洞率35%的雙排孔或多排孔輕骨料混凝土砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 第85頁(yè)/共102頁(yè)第86頁(yè)/共102頁(yè)第87頁(yè)/共102頁(yè) 單排孔混凝土對(duì)孔砌筑時(shí)，灌孔砌體的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ：式中， 灌孔砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa) vgf0.55vgg0.2ffgf第88頁(yè)/共102頁(yè)塊體高度為180350mm第89頁(yè)/共102頁(yè)第90頁(yè)/共102頁(yè) 下列情況的各類砌體，其砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù) ：(1) 有吊車房屋砌體、跨度不小于9m的梁下燒結(jié)普通磚砌體、跨度不小于7.5m的梁下燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體，混凝土和輕骨料混凝土砌塊砌體， ； a0.9這是考慮廠房受吊車動(dòng)力作用和較大跨度多層房屋墻，柱受力情況較為復(fù) 雜而采取的降低抗力、保證安全的措施。a第91頁(yè)/共102頁(yè)(2) 對(duì)于無(wú)筋砌體構(gòu)件，其截面面積A0.3m2時(shí)， ；對(duì)配筋砌體構(gòu)件，當(dāng)砌體截面面積A0.2m2時(shí)， 。構(gòu)件截面面積以m2計(jì)；a0.7Aa0.8A 考慮局部破損或缺陷對(duì)小截面砌體構(gòu)件的相對(duì)影響較大，個(gè)別塊體強(qiáng)度的變異可能影響到全面截面的強(qiáng)度，局部受壓計(jì)算中強(qiáng)度不乘以此系數(shù)。第92頁(yè)/共102頁(yè)