水工溷凝土規(guī)范講義PPT課件

1、講 授 提 綱1 結(jié)構(gòu)可靠度理論研究的發(fā)展概況2 國外工程結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的發(fā)展動態(tài)3 國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的設(shè)計方法及安全度設(shè)置水平的比較第1頁/共60頁 我國水電工程行業(yè)標準SL/T 191-96水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（以下簡稱96規(guī)范）于1997年5月1日開始實施，同時原標準SDJ 20-78水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（試行）（以下簡稱78規(guī)范）可繼續(xù)執(zhí)行。根據(jù)水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局的標準修編安排，規(guī)范修訂組在96規(guī)范的基礎(chǔ)上，整合96規(guī)范和78規(guī)范的內(nèi)容，并根據(jù)96規(guī)范發(fā)布實施以來應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題及近年來的技術(shù)發(fā)展和實踐經(jīng)驗總結(jié)，對現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行修訂補充。第2頁/

2、共60頁1 結(jié)構(gòu)可靠度理論研究的發(fā)展概況結(jié)構(gòu)可靠度理論研究的發(fā)展概況 早在20世紀初，前蘇聯(lián)學(xué)者就開始應(yīng)用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法研究荷載及材料強度的離散性，從而開辟了概率理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。自20世紀40年代以來，結(jié)構(gòu)設(shè)計理論研究開始進入應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的階段。 1947年前蘇聯(lián)的提出了一次二階矩理論的基本概念和計算結(jié)構(gòu)失效概率的方法；同期美國學(xué)者提出了全概率分析方法，初步確立了應(yīng)用概率理論來分析結(jié)構(gòu)可靠度的基礎(chǔ)。第3頁/共60頁 直到1969年美國的將結(jié)構(gòu)的可靠指標定義為結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的均值與標準差之比，并提出與失效概率相聯(lián)系的可靠指標作為衡量結(jié)構(gòu)安全性的數(shù)量指標，結(jié)構(gòu)可靠度理論才開始進入實

3、用階段。 1971年加拿大的提出了將可靠指標轉(zhuǎn)化為易于為工程界所接受的分項系數(shù)的表達形式，極大地推動了結(jié)構(gòu)可靠度理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的應(yīng)用。 1974年Hasofer和Ang及A.H.-S.與Lind提出由失效面到原點的最小距離定義可靠度指標，使得采用對應(yīng)于同一失效面的失效方程的不同表達形式，得到的可靠指標是唯一的 。第4頁/共60頁 1976年Rackwitz和Fiessler提出了將非正態(tài)變量在驗算點處當量正態(tài)化，通過迭代計算，使兩者的可靠指標在計算上近似等價，這一方法解決了隨機變量非正態(tài)分布情況下的可靠度計算問題，拓寬了一次二階矩法的應(yīng)用范圍，由于這種方法具有良好的適用性，后來被JCSS

4、(國際安全度聯(lián)合委員會)所采納，并正式命名為JC法。 之后，國內(nèi)外許多研究者就結(jié)構(gòu)可靠度理論及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中的應(yīng)用方面，開展了更為廣泛和深入的研究工作，使結(jié)構(gòu)可靠度理論逐漸由理論研究階段進入了實際應(yīng)用階段。第5頁/共60頁2 國外工程結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的發(fā)展動態(tài)國外工程結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的發(fā)展動態(tài) 關(guān)于結(jié)構(gòu)可靠度理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中的應(yīng)用方面，早在20世紀80年代初，國際上由7個著名的國際學(xué)術(shù)組織CEB、FIP、CIB、CECM、IABSE、IASS、RILEM等聯(lián)合成立了國際安全度聯(lián)合委員會JCSS，并于1981年提出了結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計總原則的建議。 在此基礎(chǔ)上，國際標準化組織ISO于1985年制訂了

5、一個國際標準草案ISO/DIS 2394，并于1986年正式發(fā)布為國際標準ISO 2394:1986結(jié)構(gòu)可靠性總原則，這一國際標準是指導(dǎo)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范按概率極限狀態(tài)設(shè)計原則進行 修 編 的 一 個 國 際 基 本 文 件 。 1 9 9 8 年 出 版 的 I S O 2394:1998結(jié)構(gòu)可靠性總原則是這一國際標準的最新版本。第6頁/共60頁 與1986年版相比，概率極限狀態(tài)設(shè)計法在國際上又有了新的發(fā)展，首次明確提出了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法和分項系數(shù)設(shè)計表達式的具體規(guī)定，首次提出了設(shè)計壽命的概念和相應(yīng)的設(shè)計規(guī)定。在ISO 2394中，對于承載能力極限狀態(tài)，建議目標可靠指標可

6、分別采用3.1、3.8及4.3，與我國現(xiàn)行的幾本工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準的取值是十分相近的。 ISO 2394標準，在國際上有很大影響，很多國家有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的編制、修訂都參考了該標準。第7頁/共60頁 歐盟各國為了提高在國際市場競爭中的地位，實行統(tǒng)一貨幣、統(tǒng)一標準化等，歐盟專門成立了歐洲標準化委員會CEN，從20世紀80年代末開始，歐洲標準化委員會CEN已編制了一整套采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法的歐洲工程結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一規(guī)范，共10卷58冊，從1992年起已開始陸續(xù)發(fā)布。 這套規(guī)范是根據(jù)ISO 2394的原則制訂的，完成后將成為當代采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則的最完整的一套地區(qū)性國際標準。目前，歐洲工

7、程結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一規(guī)范正在實施過程中。由于歐洲規(guī)范采用了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，這也就意味著在歐洲共同體范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法正逐步向可靠性設(shè)計法過渡。第8頁/共60頁 國際標準化組織ISO與歐洲標準化委員會CEN在1991年已達成維也納協(xié)議，規(guī)定今后的國際標準與歐洲統(tǒng)一規(guī)范將相互協(xié)調(diào)一致，也就是說，國際結(jié)構(gòu)設(shè)計標準也將采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。近年來亞太地區(qū)正在編制的地區(qū)性結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，也提出了要向歐洲統(tǒng)一規(guī)范靠攏。可見，概率極限狀態(tài)設(shè)計法經(jīng)過近20多年的發(fā)展，已影響到近半個世界。第9頁/共60頁 國際上發(fā)達國家對結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計方法的研究與應(yīng)用給予了很大關(guān)注。 美國是結(jié)構(gòu)可靠度理論研究與應(yīng)

8、用的代表之一，也是國際上較早開展結(jié)構(gòu)可靠度研究的國家之一。20世紀6070年代，美國在發(fā)生了一些房屋安全事故后，引發(fā)了對建筑物安全問題的重新思考，逐漸認識到傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計法的缺陷，并認識到保證結(jié)構(gòu)在極端情況下的安全性以及正常使用情況下的良好工作性能具有重要意義。結(jié)合當時可靠性理論的研究，探討了考慮荷載和材料性能隨機性的可靠度設(shè)計方法。第10頁/共60頁 1978年，在美國建筑技術(shù)中心結(jié)構(gòu)分部工作的Ellingwood教授主持了基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計原則的基金項目。研究成果反映在1980年出版的美國國家標準局NBS特別報告577“美國國家標準A58基于概率的荷載準則”中，隨后的工作則是基于概

9、率的設(shè)計理論在各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的應(yīng)用。NBS 特別報告577的概率荷載準則首次在1982年版的美國國家標準ANSI A 58.1-1982: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures中得到應(yīng)用，該標準采用了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計原則，以可靠指標度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進行設(shè)計。第11頁/共60頁 該標準從1985年開始由美國土木工程師學(xué)會(ASCE)按標準7出版，其最新版本為ASCE/SEI 7-05Minimum Design Loads for Buildings and Other Stru

10、ctures，自1982年至今一直作為作為美國各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范統(tǒng)一的概率設(shè)計準則和荷載取值依據(jù)，包括美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會AISC的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范AISC(1986、1994、2001和2005年版) 和美國混凝土協(xié)會ACI的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范ACI 318(95、99、02、05、08年版)等 。 第12頁/共60頁 美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會1986年版的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(荷載抗力系數(shù)設(shè)計規(guī)范LRFD)，根據(jù)美國國家標準A58.1-1982的規(guī)定，首次采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)可靠度理論，筆者目前收集到的是該規(guī)范2005年的最新版本ANSI/AISC 360-05，以及按ASCE 7的概率極限狀態(tài)設(shè)計原則

11、編制的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范ANSI/AISC 341-05 。 第13頁/共60頁 美國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(Building Code Requirements for Structural Concrete) ACI 318-95和ACI 318-99，均在附錄C中采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計原則，即ACI 318-95和ACI 318-99的附錄C都采用了ASCE 7關(guān)于概率極限狀態(tài)設(shè)計法的有關(guān)規(guī)定。在美國新版的ACI 318-02、ACI 318-05及ACI 318-08規(guī)范中，則將ACI 318-95和ACI 318-99采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法的附錄C移到了新規(guī)范的正文中，而將原來版本中未采

12、用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則的設(shè)計規(guī)定移到了新規(guī)范的附錄C中。 第14頁/共60頁 目前，美國為增強國際競爭力，由統(tǒng)一建筑規(guī)范UBC、國家建筑規(guī)范NBC、標準建筑規(guī)范SBC聯(lián)合制訂的國際建筑規(guī)范IBC 2009“International Building Code”，該規(guī)范也是按ASCE 7的概率極限狀態(tài)設(shè)計原則編制的。 由此可見，美國的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范也都相繼采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)可靠度理論。第15頁/共60頁 國外一些發(fā)達國家的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，也都相繼引入了概率極限狀態(tài)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)可靠度理論，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進行設(shè)計。例如： 加拿大國家研究委員會1980年發(fā)布了以結(jié)構(gòu)可靠度理

13、論為基礎(chǔ)的加拿大房屋建筑規(guī)范； 德國標準化協(xié)會DIN于1981發(fā)表了以結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)安全要求總原則。第16頁/共60頁 英國標準化協(xié)會BSI于1982年發(fā)布了基于可靠度理論的BS 5400鋼、混凝土和組合橋梁設(shè)計規(guī)范，1997年發(fā)布了基于可靠度理論的BS 8110:1997混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范; 日本從1998年開始進行結(jié)構(gòu)可靠度理論用于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的研究，并于2002年發(fā)布了建筑及公共設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，該規(guī)范是按結(jié)構(gòu)可靠度理論編制的，其目的是通過這一規(guī)范的基本原則，將結(jié)構(gòu)可靠度理論引入各行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，并與ISO 2394:1998的概率極限狀態(tài)設(shè)計原則相協(xié)調(diào)。第17頁/

14、共60頁 綜上，國外的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，大都引入了概率極限狀態(tài)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)可靠度理論。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中積極推廣應(yīng)用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)可靠度理論，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進行設(shè)計，確已成為當代國際工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一個共同的發(fā)展趨向。 第18頁/共60頁3 國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的設(shè)計方法及安全度設(shè)置水平的比較3.1 96規(guī)范的分項系數(shù)取值方案及安全度設(shè)置水平規(guī)范的分項系數(shù)取值方案及安全度設(shè)置水平規(guī)范的分項系數(shù)取值方案規(guī)范的分項系數(shù)取值方案 96規(guī)范根據(jù)GB 50199-94水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準的有關(guān)規(guī)定，摒棄了原78規(guī)范采用的半經(jīng)驗半概率的單一安全系數(shù)設(shè)計法，采用了以概率

15、理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，以可靠指標度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，并據(jù)此采用五個分項系數(shù)(結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0，設(shè)計狀況系數(shù)，荷載分項系數(shù)G、Q，材料性能分項系數(shù)c、s，結(jié)構(gòu)系數(shù)d)的設(shè)計表達式進行設(shè)計。 第19頁/共60頁 96規(guī)范承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式中的分項系數(shù)是按下列原則和方法確定的： 根據(jù)可靠度校準分析所確定的目標可靠指標和各基本變量變異性的大小，事先選定合適的作用分項系數(shù)和材料性能分項系數(shù)，然后用概率方法經(jīng)優(yōu)化計算并適當考慮工程經(jīng)驗，確定設(shè)計表達式中的最后一個分項系數(shù)，即結(jié)構(gòu)系數(shù)。第20頁/共60頁 96規(guī)范的作用分項系數(shù)取值，是在按超載系數(shù)的概念確定的作用分項系數(shù)的基礎(chǔ)上，采用概率方法

16、經(jīng)優(yōu)化計算并適當考慮工程經(jīng)驗優(yōu)選確定的。 按概率方法優(yōu)化作用分項系數(shù)時，與SDJ 20-78規(guī)范可靠度校準分析一樣，選擇了水工混凝土結(jié)構(gòu)中常用的7種典型構(gòu)件，考慮了5種不同的作用效應(yīng)組合及若干個不同的作用效應(yīng)比值 的影響。為簡明起見，優(yōu)化計算作用分項系數(shù)時，以結(jié)構(gòu)安全級別為級（2、3級建筑物）的構(gòu)件為基準，且只考慮一種材料組合(C20+級鋼筋)和永久作用效應(yīng)+一種可變作用效應(yīng)的簡單組合情況。優(yōu)化的目標是：第21頁/共60頁 （1）按所選定的G、Q進行設(shè)計時各構(gòu)件的計算可靠指標與規(guī)定的目標可靠指標之間，在總體上誤差最小； （2）選定G、Q的取值時，還應(yīng)滿足各構(gòu)件在不同的作用效應(yīng)組合下的結(jié)構(gòu)系數(shù)盡

17、可能地相等或相近。 估計永久作用分項系數(shù)的可能取值為G=1.0，1.05，1.4，可變作用分項系數(shù)的可能取值為=1.0，1.05，1.9，故G、Q可能取值的組合共171組。根據(jù)上述優(yōu)化目標，利用最小二乘法的原理，從G、Q可能的171組組合中，由給定的目標可靠指標，用概率方法求得作用分項系數(shù)的優(yōu)化計算結(jié)果為G=1.05，Q=1.051.3(見表1)。根據(jù)優(yōu)化計算結(jié)果同時適當考慮工程經(jīng)驗，96規(guī)范采用的作用分項系數(shù)取值也列于表1。第22頁/共60頁第23頁/共60頁 結(jié)構(gòu)系數(shù)d是采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法時，為達到承載能力極限狀態(tài)規(guī)定的目標可靠指標而設(shè)置的分項系數(shù)。d主要用來涵蓋下列不定性因素：作用效

18、應(yīng)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計算模式的不定性；G、Q、c、s等分項系數(shù)未能反映的其它各種變異性。 計算結(jié)構(gòu)系數(shù)時，由于G、Q、c、s均已事先選定，由給定的目標可靠指標，用概率方法即可確定設(shè)計表達式中的最后一個分項系數(shù)，即結(jié)構(gòu)系數(shù)d。第24頁/共60頁 為了使最終確定的結(jié)構(gòu)系數(shù)為最優(yōu)值，即按此結(jié)構(gòu)系數(shù)與事先選定的其它分項系數(shù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同的設(shè)計條件下均具有較佳的可靠度一致性，與SDJ 20-78規(guī)范可靠度校準分析一樣，計算結(jié)構(gòu)系數(shù)時選擇了水工混凝土結(jié)構(gòu)常用的7種典型構(gòu)件，并考慮了5種不同材料組合和5種不同作用效應(yīng)組合及若干個不同作用效應(yīng)比值的影響；在計算過程中，還利用最小二乘法的原理進行了優(yōu)化計算。

19、最后取不同材料組合與不同作用效應(yīng)組合及不同 值下的結(jié)構(gòu)系數(shù)的加權(quán)平均值，作為該構(gòu)件最優(yōu)的結(jié)構(gòu)系數(shù)，參見表2。第25頁/共60頁 96規(guī)范給出的結(jié)構(gòu)系數(shù)，是在上述優(yōu)化計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，按照規(guī)范修訂前后材料用量不致波動不大及實用方便的原則并適當考慮工程經(jīng)驗，對最后所得結(jié)構(gòu)系數(shù)進行了適當?shù)臍w并與調(diào)整。96規(guī)范承載能力極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系數(shù)取值也列于表2。第26頁/共60頁 規(guī)范的安全度設(shè)置水平規(guī)范的安全度設(shè)置水平 為了便于將分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)為了便于將分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)與單一安全系數(shù)作一個直觀的比較，由分項系數(shù)設(shè)計表與單一安全系數(shù)作一個直觀的比較，由分項系數(shù)設(shè)計表達式和分項系

20、數(shù)的取值方案，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)推演，可達式和分項系數(shù)的取值方案，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)推演，可以方便地寫出與分項系數(shù)設(shè)計表達式相對應(yīng)的相當安全以方便地寫出與分項系數(shù)設(shè)計表達式相對應(yīng)的相當安全系數(shù)的計算公式。下面以系數(shù)的計算公式。下面以9696規(guī)范為例給出相當安全系規(guī)范為例給出相當安全系數(shù)的計算公式。對于一般的鋼筋混凝土構(gòu)件，承載能力數(shù)的計算公式。對于一般的鋼筋混凝土構(gòu)件，承載能力極限狀態(tài)基本組合的設(shè)計表達式可寫成：極限狀態(tài)基本組合的設(shè)計表達式可寫成：第27頁/共60頁第28頁/共60頁 式中，K相當安全系數(shù)；KS相當作用系數(shù)；KR相當抗力系數(shù)；Sk作用效應(yīng)組合的標準值；Rk結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標準值；Rck、

21、Rsk分別為混凝土及鋼筋的抗力標準值；c、s分別為混凝土及鋼筋抗力的計算模式系數(shù)； Q1 一般可變作用效應(yīng)的標準值與永久作用效應(yīng)標準值的比值； Q可控制的可變作用效應(yīng)標準值與一般可變作用效應(yīng)標準值的比值； R 鋼筋抗力標準值與混凝土抗力標準值的比值；其余符號意義同前。第29頁/共60頁 由公式(5)可以看出，當求得KS和KR后，即可利用公式(4)求出相應(yīng)的相當安全系數(shù)K。由此可見，分項系數(shù)與單一安全系數(shù)是相互關(guān)聯(lián)，可以相互轉(zhuǎn)換的。 96規(guī)范分項系數(shù)設(shè)計表達式各基本構(gòu)件在不同作用效應(yīng)組合和不同材料組合與不同配筋(箍)率以及不同作用效應(yīng)比值下，相當安全系數(shù)的平均值與78規(guī)范的單一安全系數(shù)的比較見表

22、3。現(xiàn)分析如下。第30頁/共60頁第31頁/共60頁 (1) 由表3可以看出，與78規(guī)范的單一安全系數(shù)相比，96規(guī)范的相當安全系數(shù)與78規(guī)范的單一安全系數(shù)基本持平。 (2) 96規(guī)范的、級構(gòu)件中，梁受剪、受扭、軸壓、小偏壓和板受沖切等構(gòu)件的相當安全系數(shù)與78規(guī)范相應(yīng)級別構(gòu)件的安全系數(shù)相比有所提高，級構(gòu)件提高約5%17%左右，級構(gòu)件提高約2%13%左右；而軸拉、梁受彎和大偏壓等構(gòu)件的相當安全系數(shù)則與78規(guī)范相應(yīng)級別構(gòu)件的安全系數(shù)基本持平。 第32頁/共60頁 （3 3）與78規(guī)范4、5級水工建筑物的構(gòu)件相比，96規(guī)范級構(gòu)件中，板受沖切的安全度設(shè)置水平有所提高，其提高的幅度約為8%左右；大偏心受壓

23、構(gòu)件的安全度設(shè)置水平則有所下降，其降低幅度約為7%左右；其余構(gòu)件的相當安全系數(shù)則是有增有減，但其增減幅度均可基本控制在5%以內(nèi)。第33頁/共60頁 規(guī)范與規(guī)范與78規(guī)范設(shè)計表達式的對比分析規(guī)范設(shè)計表達式的對比分析 要比較混凝土結(jié)構(gòu)單一安全系數(shù)設(shè)計表達式與分項系要比較混凝土結(jié)構(gòu)單一安全系數(shù)設(shè)計表達式與分項系數(shù)設(shè)計表達式的差異，用軸心受拉構(gòu)件進行對比具有代表性。數(shù)設(shè)計表達式的差異，用軸心受拉構(gòu)件進行對比具有代表性。下面以我國下面以我國7878規(guī)范和規(guī)范和9696規(guī)范中的軸心受拉構(gòu)件為例，說明單規(guī)范中的軸心受拉構(gòu)件為例，說明單一安全系數(shù)設(shè)計表達式與分項系數(shù)設(shè)計表達式的差異。一安全系數(shù)設(shè)計表達式與分項

24、系數(shù)設(shè)計表達式的差異。 根據(jù)根據(jù)7878規(guī)范的規(guī)定，規(guī)范的規(guī)定，2 2、3 3級水工建筑物的鋼筋混凝土軸級水工建筑物的鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件，基本組合下的強度安全系數(shù)心受拉構(gòu)件，基本組合下的強度安全系數(shù)K K=1.5=1.5。 為了便于比較兩本規(guī)范軸心受拉構(gòu)件的安全系數(shù)，現(xiàn)將為了便于比較兩本規(guī)范軸心受拉構(gòu)件的安全系數(shù)，現(xiàn)將7878規(guī)范的安全系數(shù)與規(guī)范的安全系數(shù)與9696規(guī)范分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全規(guī)范分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)繪制于同一圖形中系數(shù)繪制于同一圖形中( (見圖見圖1)1)。需要說明的是，圖中兩條。需要說明的是，圖中兩條曲線分別是按曲線分別是按9696規(guī)范以永久作用效應(yīng)為主

25、和以可變作用效應(yīng)規(guī)范以永久作用效應(yīng)為主和以可變作用效應(yīng)為主的規(guī)定的計算結(jié)果；在繪制圖為主的規(guī)定的計算結(jié)果；在繪制圖1 1時，時， 9696規(guī)范的相當安全規(guī)范的相當安全系數(shù)是取系數(shù)是取級鋼筋和級鋼筋和級鋼筋下的平均值級鋼筋下的平均值。第34頁/共60頁ddQ1圖1 軸心受拉構(gòu)件分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)與單一安全系數(shù)的比較 第35頁/共60頁 由圖1可以看出： （1）當可變作用效應(yīng)與永久作用效應(yīng)的比值 Q11.66時，軸心受拉構(gòu)件按96規(guī)范的分項系數(shù)設(shè)計表達式確定的相當安全系數(shù)與78規(guī)范的單一安全系數(shù)相等； （2）當 Q11.66時，無論是結(jié)構(gòu)系數(shù)取d1.2，還是取d1.25，相當安全系數(shù)

26、K均小于1.5，也就是說當可變作用效應(yīng)較小時，采用分項系數(shù)設(shè)計表達式進行設(shè)計是較為經(jīng)濟的，或者說采用單一安全系數(shù)進行設(shè)計顯得過于保守； （3） 當 Q11.66時，分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)則隨可變作用效應(yīng)比值的增大而增大，而按單一安全系數(shù)設(shè)計表達式進行設(shè)計時則將偏于不安全 。第36頁/共60頁 3.2 SL 191-2008采用的設(shè)計表達式及安全系數(shù)采用的設(shè)計表達式及安全系數(shù)取值取值 SL 191-2008雖然未采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則，雖然未采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則，但在承載能力極限狀態(tài)的但在承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計表達式中，作用分項系數(shù)設(shè)計表達式中，作用分項系數(shù)和材料性能分項系數(shù)的取

27、值仍基本和材料性能分項系數(shù)的取值仍基本沿用了沿用了96規(guī)范的規(guī)定，規(guī)范的規(guī)定，僅將僅將96規(guī)范的結(jié)構(gòu)規(guī)范的結(jié)構(gòu)系數(shù)系數(shù)d與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0及及設(shè)計狀況設(shè)計狀況系數(shù)系數(shù)予以合并，并將合并后的予以合并，并將合并后的系數(shù)稱為系數(shù)稱為承載力安全系數(shù)，承載力安全系數(shù)，用用K表示（即取表示（即取K =d0）。由此可見，）。由此可見，SL 191-2008規(guī)規(guī)范與范與96規(guī)范關(guān)于承載能力極限狀態(tài)的規(guī)范關(guān)于承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計表達式設(shè)計表達式實質(zhì)上實質(zhì)上是相同的，僅僅是是相同的，僅僅是表達形式有所差別表達形式有所差別，其承載能力極限，其承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計表達式為：狀態(tài)的設(shè)計表達式為： K

28、SR （9）第37頁/共60頁 對于基本組合：對于基本組合： 當永久荷載對結(jié)構(gòu)起不利作用時：當永久荷載對結(jié)構(gòu)起不利作用時： （10） 當永久荷載對結(jié)構(gòu)起有利作用時： （11） 對于偶然組合： （12）Gk1Gk2Qk1Qk21.051.201.201.10SSSSSGk1Gk2Qk1Qk20.950.951.201.10SSSSSGk1Gk2Qk1Qk2Ak1.051.201.201.101.0SSSSSS第38頁/共60頁 SL 191-2008SL 191-2008采用的承載力安全系數(shù)見表采用的承載力安全系數(shù)見表4 4。 SL SL 191-2008191-2008的設(shè)計表達式（的設(shè)計表達

29、式（9 9）在形式上）在形式上7878規(guī)范的形式是規(guī)范的形式是相同的，但作用效應(yīng)組合仍然采用了分項系數(shù)的形式，相同的，但作用效應(yīng)組合仍然采用了分項系數(shù)的形式，即作用效應(yīng)組合仍然需考慮作用分項系數(shù)即作用效應(yīng)組合仍然需考慮作用分項系數(shù)G G和和Q1Q1、Q2Q2，材料強度設(shè)計值仍然考慮了材料性能分項系數(shù)材料強度設(shè)計值仍然考慮了材料性能分項系數(shù)c c和和s s。由于作用分項系數(shù)和材料性能分項系數(shù)已部分地由于作用分項系數(shù)和材料性能分項系數(shù)已部分地反映了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全儲備，因而式（反映了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全儲備，因而式（9 9）中的安全系）中的安全系數(shù)數(shù)K K與與7878規(guī)范中的單一安全系數(shù)，在意義上及概念上

30、不規(guī)范中的單一安全系數(shù)，在意義上及概念上不完全相同，即完全相同，即SL 191-2008SL 191-2008的單一安全系數(shù)并不是其真的單一安全系數(shù)并不是其真正的承載力安全系數(shù)，可稱之為正的承載力安全系數(shù)，可稱之為“中老中老K K”。第39頁/共60頁 3.3 國內(nèi)外規(guī)范設(shè)計方法的比較國內(nèi)外規(guī)范設(shè)計方法的比較 國標國標GB 500102002 采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按3種分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計： SR 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：0GGkQ1Q1k()SSSn0GGkQQ k1(0.9)iiiSSSn0GGkQcQ k1()iiiiSSS cyk

31、(,)RR ffaykckkcs(,)ffRa第40頁/共60頁 式中，對、級結(jié)構(gòu)0別不應(yīng)小于1.11.1，1.01.0，0.90.9；G=1.2(1.2(不利) ) ，1.35(永久荷載控制) ；Q=1.4 ,1.3(1.4 ,1.3(qk4kN/m2 ) )；c1.41.4；s1.111.11、1.21.2。第41頁/共60頁 前蘇聯(lián)前蘇聯(lián) 采用半經(jīng)驗、半概率的極限狀態(tài)設(shè)計方法，按采用半經(jīng)驗、半概率的極限狀態(tài)設(shè)計方法，按5 5種分種分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計：項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計： 0F 式中，式中，1.0，0.95，0.90；01.25，1.20，1.15，1.10；f0.81.

32、4，c1.3；s1.051.2；w1.0；ci0.91.2，si1.1。wRfiiFScicnsisncscs (RRRR )第42頁/共60頁 美國美國ACI 318-02 采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，按采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，按2 2種種分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計：分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計： Rn U =1.4(D+F) U=1.2(D+F+T)+1.6(L+H)+0.5(Lr or S or R)； U =1.2D+1.6(LrorSorR)+(1.0L or 0.8W)； U =1.2D+1.6W+1.0L+0.5(Lr or S or R)； U =

33、1.2D+1.0E+1.0L+0.2S； U =0.9D+1.6W+1.6H；U =0.9D+1.0E+1.6H Rn=R 式中，式中，i見公式中的系數(shù)；見公式中的系數(shù)；0.9(受彎、受拉受彎、受拉)；0.65(軸壓軸壓)；0.75(受剪、受扭受剪、受扭)；0.650.9(偏壓偏壓)。iiQc ky kk(,)ffa，第43頁/共60頁 英國英國BS 8110：1997 采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按2 2種種分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計：分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計： S SR R 式中，式中，G G1.41.4，1.2(1.2(有風載有風載

34、) )，1.0(1.0(有利有利) )；Q Q1.61.6；c c1.51.5；s s1.051.05。GGkQQkSSSykckkcs(,)ffRRa第44頁/共60頁 歐洲歐洲EN 1992 Eurocode2（2001年版）年版） 采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按2 2種種分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計：分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計： SR 式中，式中，G1.351.35，1.0(1.0(有利有利) )；Q1.51.5；c1.51.5；s1.151.15。GGkQQkSSSykckkcs(,)ffRRa第45頁/共60頁 由上述可以看出： （

35、1）在設(shè)計方法上，除我國78規(guī)范和前蘇聯(lián)的規(guī)范是采用的半經(jīng)驗、半概率的極限狀態(tài)設(shè)計法以外，其余規(guī)范大都是采用的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法； （2）在設(shè)計表達式方面，除我國78規(guī)范及SL 191-2008是采用的單一安全系數(shù)的設(shè)計表達式以外，其余混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范大都是采用的分項系數(shù)的設(shè)計表達式。 由此可見，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中積極采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法和分項系數(shù)的設(shè)計表達式，確已成為當前國際工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一個共同的發(fā)展趨向。第46頁/共60頁 3.4國內(nèi)外規(guī)范安全度設(shè)置水平的比較國內(nèi)外規(guī)范安全度設(shè)置水平的比較 相當安全系數(shù)的計算條件相當安全系數(shù)的計算條件 為簡明起見，這里利

36、用分項系數(shù)設(shè)計表達式的相當安全系數(shù)的概念，對國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的安全度設(shè)置水平作一初步比較。 計算相當安全系數(shù)時，對于不同構(gòu)件，應(yīng)考慮不同的作用效應(yīng)組合情況和不同的材料組合及不同的配筋(箍)率的影響，有關(guān)計算條件詳見表5，材料強度標準值均按表6取值。計算過程中以96規(guī)范的設(shè)計表達式為基準進行換算。現(xiàn)對有關(guān)情況作一些補充說明。第47頁/共60頁 (1) 構(gòu)件類型。計算相當安全系數(shù)時，按照96規(guī)范的設(shè)計表達式，分別選擇了水工混凝土結(jié)構(gòu)中常用的軸拉、梁受彎(正截面)、梁受剪(斜截面)、受扭、軸壓(短柱)、小偏壓、大偏壓和板受沖切等8種基本構(gòu)件。在計算過程中，分別考慮了三種設(shè)計狀況和若干種常見的

37、作用效應(yīng)組合情況及若干組不同的材料組合情況，在每一種作用效應(yīng)組合中還考慮了若干個不同的作用效應(yīng)比值的影響；在材料組合中還考慮了若干組配筋率或配箍率的影響，詳見表5。 (2) 結(jié)構(gòu)安全級別和設(shè)計狀況。限于篇幅，對于每一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件，僅計算、級構(gòu)件在持久狀況基本組合下的相當安全系數(shù)，即取01.1、1.0和0.9；1.0。第48頁/共60頁 (3) 作用效應(yīng)組合和作用效應(yīng)比值 作用效應(yīng)的基本組合考慮了兩種組合工況：一般可變作用參與組合的情況；可控制的可變作用參與組合的情況。在上述作用效應(yīng)組合中還考慮了若干個常遇作用效應(yīng)比值的影響， Q1取0.1、0.25、0.5、1.0、2.0共5個常遇值； Q2取1

38、.0、2.0、4.0、8.0、16.0共5個常遇值。第49頁/共60頁第50頁/共60頁第51頁/共60頁 相當安全系數(shù)的計算結(jié)果與分析相當安全系數(shù)的計算結(jié)果與分析 根據(jù)相當安全系數(shù)的計算公式和上述計算條件，可求得根據(jù)相當安全系數(shù)的計算公式和上述計算條件，可求得各本規(guī)范各本規(guī)范8 8種基本構(gòu)件在不同作用效應(yīng)組合和不同材料組合種基本構(gòu)件在不同作用效應(yīng)組合和不同材料組合下的相當安全系數(shù)。為簡明起見，這里僅給出不同材料組合下的相當安全系數(shù)。為簡明起見，這里僅給出不同材料組合與不同配筋與不同配筋( (箍箍) )率以及不同作用效應(yīng)比值下相當安全系數(shù)的率以及不同作用效應(yīng)比值下相當安全系數(shù)的平均值，作為各本規(guī)范基本構(gòu)件的相對安全度水平。計算結(jié)平均值，作為各本規(guī)范基本構(gòu)件的相對安全度水平。計算結(jié)果詳見表果詳見表77表表9 9。對于。對于9696規(guī)范和電口報批稿而言，表中分子規(guī)范和電口報批稿而言，表中分子上的數(shù)據(jù)為一般可變作用參與組合時的相當安全系數(shù)的平均上的數(shù)據(jù)為一般可變作用參與組合時的相當安全系數(shù)的平均值；分母上的數(shù)據(jù)為可控制的可變作用參與組合時的相當安值；分母上的數(shù)據(jù)為可控制的可變作用參與組合時的相