8荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法ppt課件

1、第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.1第8章 構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.2構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征資料強(qiáng)度的規(guī)范值和設(shè)計值資料強(qiáng)度的規(guī)范值和設(shè)計值思索題思索題本章內(nèi)容本章內(nèi)容第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.3一、構(gòu)造構(gòu)件資料性能的不定性 構(gòu)造構(gòu)件資料性能的不定性，主要是指資料質(zhì)要素以及工藝、加荷、環(huán)境、尺寸等要素引起的構(gòu)造中資料性能的變異性。 構(gòu)造構(gòu)件資料性能的不定性，可用隨機(jī)變量 表達(dá)：(8-1)式中， ， 構(gòu)造構(gòu)件中資料性能

2、值及試件資料性能值； 規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造構(gòu)件資料性能值；規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造構(gòu)件資料性能規(guī)范值； 規(guī)范規(guī)定的反映構(gòu)造構(gòu)件資料性能與試件資料性能差別的系數(shù)，如思索缺陷、外形、尺寸、施工質(zhì)量、加載速度、實驗方法、時間等要素影響的各種系數(shù)及其函數(shù)。 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性001ccsfkskfffk fff sfcf0kw fkf0w第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.4令：令：那么：那么： (8-2) 式中，式中， 反映構(gòu)造構(gòu)件資料性能與試件資料性能差別的隨機(jī)變量；反映構(gòu)造構(gòu)件資料性能與試件資料性能差別的隨機(jī)變量； 反映試件資料性能不定性的隨機(jī)變量。反映試件資料性能

3、不定性的隨機(jī)變量。從而從而 ， 的平均值的平均值 和變異系數(shù)和變異系數(shù) 為：為： (8-3) (8-4)式中，式中， 試件資料性能試件資料性能 的平均值及隨機(jī)變量的平均值及隨機(jī)變量 、 的平均值；的平均值； 試件資料性能試件資料性能 的變異系數(shù)及隨機(jī)變量的變異系數(shù)及隨機(jī)變量 的變異系數(shù)。的變異系數(shù)。 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性01 , csskffff 0101f 01fff001001ffkf022ff01 , , f0 , f第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.5 【例【例8.1】 某鋼筋資料屈服強(qiáng)度的平均值某鋼筋資料屈服強(qiáng)度的平均值 280.3MPa

4、，規(guī)范差，規(guī)范差 21.3MPa。由于加荷速度及上、下屈服點(diǎn)的差別，構(gòu)件中資料的屈服強(qiáng)度低于試件資料的屈服由于加荷速度及上、下屈服點(diǎn)的差別，構(gòu)件中資料的屈服強(qiáng)度低于試件資料的屈服強(qiáng)度，兩者比值強(qiáng)度，兩者比值的平均值的平均值 =0.92，規(guī)范差，規(guī)范差 =0.032。規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件資料屈。規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件資料屈服強(qiáng)度值為服強(qiáng)度值為 = 240MPa。試求該鋼筋資料屈服強(qiáng)度。試求該鋼筋資料屈服強(qiáng)度fy的統(tǒng)計參數(shù)。的統(tǒng)計參數(shù)。解：解：(1) 求求 和和 的變異系數(shù)。的變異系數(shù)。 (2) 計算屈服強(qiáng)度計算屈服強(qiáng)度 的統(tǒng)計參數(shù)。的統(tǒng)計參數(shù)。由式由式(8-3)、式、式(8-4)可得：可得： 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不

5、定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性yfyf000kf0yf0000.0320.0350.9221.30.076280.3yyyfff00022220.92280.31.0762400.0350.0760.084yffyfkff第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.6 我國對各種常用構(gòu)造資料的強(qiáng)度性能進(jìn)展過大量的統(tǒng)計研討，得出的統(tǒng)計參數(shù)我國對各種常用構(gòu)造資料的強(qiáng)度性能進(jìn)展過大量的統(tǒng)計研討，得出的統(tǒng)計參數(shù)見表見表8-1。表表8-1 各種構(gòu)造資料各種構(gòu)造資料 的統(tǒng)計參數(shù)的統(tǒng)計參數(shù) 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性f第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.7二、

6、構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性 構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性，主要是指制造尺寸偏向和安裝誤差等引起的構(gòu)件幾何參數(shù)的變異性，它反映了所設(shè)計的構(gòu)件和制造安裝后的實踐構(gòu)件之間幾何上的差別。根據(jù)對構(gòu)造構(gòu)件抗力的影響程度，普通構(gòu)件可僅思索截面幾何參數(shù)(如寬度、有效高度、面積、面積矩、抵抗矩、慣性矩、箍筋間距及其函數(shù)等)的變異。構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性可采用隨機(jī)變量 表達(dá)： (8-5)式中， ， 構(gòu)造構(gòu)件的幾何參數(shù)及幾何參數(shù)規(guī)范值。從而， 的平均值 和變異系數(shù) 為： (8-6) (8-7)式中， ， 構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的平均值及變異系數(shù)。 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性0waakaa aakaaaaa第第8

7、章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.8 構(gòu)造構(gòu)件實踐幾何參數(shù)的統(tǒng)計參數(shù)，可根據(jù)正常消費(fèi)情況下構(gòu)造構(gòu)件幾何尺寸的實構(gòu)造構(gòu)件實踐幾何參數(shù)的統(tǒng)計參數(shù)，可根據(jù)正常消費(fèi)情況下構(gòu)造構(gòu)件幾何尺寸的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析得到。當(dāng)實測數(shù)據(jù)缺乏時，也可根據(jù)有關(guān)規(guī)范中規(guī)定的幾何尺寸公測數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析得到。當(dāng)實測數(shù)據(jù)缺乏時，也可根據(jù)有關(guān)規(guī)范中規(guī)定的幾何尺寸公差，經(jīng)分析判別確定。差，經(jīng)分析判別確定。 普通來說，幾何參數(shù)的變異系數(shù)隨幾何尺寸的增大而減小，故鋼筋混凝土構(gòu)造和普通來說，幾何參數(shù)的變異系數(shù)隨幾何尺寸的增大而減小，故鋼筋混凝土構(gòu)造和砌體構(gòu)造截面尺寸的變異系數(shù)，通常小于鋼構(gòu)造和薄壁型鋼構(gòu)造的相應(yīng)值

8、。值得指出，砌體構(gòu)造截面尺寸的變異系數(shù)，通常小于鋼構(gòu)造和薄壁型鋼構(gòu)造的相應(yīng)值。值得指出，構(gòu)造構(gòu)件截面幾何特性的變異對其可靠度影響較大，不可忽視；而構(gòu)造構(gòu)件長度、跨度構(gòu)造構(gòu)件截面幾何特性的變異對其可靠度影響較大，不可忽視；而構(gòu)造構(gòu)件長度、跨度變異的影響那么相對較小，有時可按確定量來思索。變異的影響那么相對較小，有時可按確定量來思索。 【例【例8.2】 根據(jù)鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范，經(jīng)統(tǒng)計，某預(yù)制梁截面寬度根據(jù)鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范，經(jīng)統(tǒng)計，某預(yù)制梁截面寬度 允許允許偏向偏向 b為為( 5mm，2mm)，截面高度，截面高度 允許偏向允許偏向 h為為( 5mm，2mm)。截面尺寸規(guī)范值。截

9、面尺寸規(guī)范值bk=200mm，hk=500mm。假定截面尺寸符合正態(tài)分布，合格率應(yīng)到達(dá)。假定截面尺寸符合正態(tài)分布，合格率應(yīng)到達(dá)95%。試求該鋼。試求該鋼筋混凝土預(yù)制梁截面寬度和高度的統(tǒng)計參數(shù)。筋混凝土預(yù)制梁截面寬度和高度的統(tǒng)計參數(shù)。 解：解：(1) 截面寬度截面寬度b 和截面高度和截面高度 h的均值和方差。的均值和方差。 根據(jù)所規(guī)定的允許偏向，截面尺寸平均值為：根據(jù)所規(guī)定的允許偏向，截面尺寸平均值為： 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性25200198.5 mm22bkbbb第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.9由正態(tài)分布函數(shù)的性質(zhì)可知，當(dāng)合格率為由正態(tài)分布函數(shù)的

10、性質(zhì)可知，當(dāng)合格率為95%時，有時，有 ，而：，而：那么有：那么有：同理：同理：(2) 計算截面寬度計算截面寬度 和截面高度和截面高度 的統(tǒng)計參數(shù)。的統(tǒng)計參數(shù)。根據(jù)式根據(jù)式(8-6)、式、式(8-7)可得可得 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性25500498.5 mm22hkhhh min1.645bbbmin2 53.5 mm22bbbbmin3.52.128 mm1.6451.645bbbmin3.52.128 mm1.6451.645hhh198.52.1280.993 0.011200198.5bbbbbkbb，498.52.1280.997 0.004500498.5hhhh

11、hkhh，第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.10 我國對各種構(gòu)造構(gòu)件的幾何尺寸，進(jìn)展了大量的實測統(tǒng)計任務(wù)，得出的有關(guān)統(tǒng)計我國對各種構(gòu)造構(gòu)件的幾何尺寸，進(jìn)展了大量的實測統(tǒng)計任務(wù)，得出的有關(guān)統(tǒng)計參數(shù)列于表參數(shù)列于表8-2中。中。表表8-2 各種構(gòu)造構(gòu)件幾何特征各種構(gòu)造構(gòu)件幾何特征 的統(tǒng)計參數(shù)的統(tǒng)計參數(shù) 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性a第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.11三、構(gòu)造構(gòu)件計算方式的不定性 構(gòu)造構(gòu)件計算方式的不定性，主要是指在抗力計算中，采用的根本假定和計算公式的不準(zhǔn)確等引起的變異性。一切這些近似的處置，必然會導(dǎo)致實踐的構(gòu)造構(gòu)

12、件抗力與給定公式計算的抗力之間的差別。構(gòu)造構(gòu)件計算方式的不定性，可用隨機(jī)變量 表達(dá)： (8-8)式中， ， 構(gòu)造構(gòu)件的實踐抗力值(可取實驗實測值或準(zhǔn)確計算值)及按規(guī)范公式的計算抗力值。 式(8-8)中 應(yīng)根據(jù)資料性能和幾何尺寸的實測值按規(guī)范給定的公式計算，以排除 、 的變異性對分析 的影響。 構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性構(gòu)造構(gòu)件抗力的不定性0R0PcRR cRPfa第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.12一、構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計參數(shù) 對于由幾種資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，在思索上述3種主要要素的情況下，其抗力可采用以下方式表達(dá)： (8-9a)或?qū)懗桑?(8-9b)那么： (8-10)式中

13、， 由計算公式確定的構(gòu)造構(gòu)件抗力， ，其中 為抗力函數(shù)； 構(gòu)造構(gòu)件中第 種資料的構(gòu)件性能； 與第 種資料相應(yīng)的構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)； 構(gòu)造構(gòu)件中第 種資料的資料性能隨機(jī)變量及其試件規(guī)范值； 與第 種資料相應(yīng)的構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)隨機(jī)變量及其規(guī)范值。 構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征1122,PPPcccnnRRR fa fafaL 12PciiRRf ain L， ，0 1 2PfiikiaikiRRfain L， ， ，pR( )pRR( )R cifiafikif 、aikia 、第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.13 按隨機(jī)變量函數(shù)統(tǒng)計參數(shù)的運(yùn)算法那么，求出

14、抗力按隨機(jī)變量函數(shù)統(tǒng)計參數(shù)的運(yùn)算法那么，求出抗力R的統(tǒng)計參數(shù)：的統(tǒng)計參數(shù)： (8-11) (8-12) (8-13) 式中，式中， 表示函數(shù)表示函數(shù) 的有關(guān)變量的有關(guān)變量 和和 表示計算偏導(dǎo)數(shù)時變量均表示計算偏導(dǎo)數(shù)時變量均用各自的平均值賦值。用各自的平均值賦值。 從而，構(gòu)造構(gòu)件抗力從而，構(gòu)造構(gòu)件抗力R的統(tǒng)計參數(shù)可按下式計算：的統(tǒng)計參數(shù)可按下式計算： (8-14) (8-15)構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征 1 2PiiRfcaRinL， ，122221 12PnPRxiiiRinXL， ，PPPRRRiX( )R cif 1 2 ia inL， ， ，PPRRRkkRR22PPR

15、R第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.14 式中，式中， 按規(guī)范規(guī)定的資料性能和幾何參數(shù)規(guī)范值以及抗力計算公式求得的構(gòu)造按規(guī)范規(guī)定的資料性能和幾何參數(shù)規(guī)范值以及抗力計算公式求得的構(gòu)造構(gòu)件抗力值。構(gòu)件抗力值。 構(gòu)造構(gòu)件抗力值構(gòu)造構(gòu)件抗力值 可表達(dá)為可表達(dá)為 (8-16) 假設(shè)構(gòu)造構(gòu)件僅由單一資料構(gòu)成，那么抗力計算可簡化為：假設(shè)構(gòu)造構(gòu)件僅由單一資料構(gòu)成，那么抗力計算可簡化為： (8-17)式中：式中： 那么：那么： (8-18) (8-19)構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征pfaRRkR222PfaRkRkR0() 1 2kikikiRRfainL， ， ，0P

16、fkakPfakRfaR 0kkkRfa第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.15 對于鋼筋混凝土、配筋磚砌體等由兩種或兩種以上資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，可采用式對于鋼筋混凝土、配筋磚砌體等由兩種或兩種以上資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，可采用式(8-14)、式、式(8-15)計算抗力的統(tǒng)計參數(shù)。對于鋼、木等由單一資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，可采用式計算抗力的統(tǒng)計參數(shù)。對于鋼、木等由單一資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，可采用式(8-18)、式、式(8-19)計算抗力的統(tǒng)計參數(shù)。計算抗力的統(tǒng)計參數(shù)。二、二、 構(gòu)造構(gòu)件抗力的分布類型構(gòu)造構(gòu)件抗力的分布類型 對于由幾種資料構(gòu)成的構(gòu)造構(gòu)件，在思索由式對于由幾種資料構(gòu)成

17、的構(gòu)造構(gòu)件，在思索由式(8-9a)、式、式(8-17)可知，構(gòu)件抗力可知，構(gòu)件抗力 由多個由多個隨機(jī)變量相乘而得，所以普通以為構(gòu)造構(gòu)件抗力服從對數(shù)正態(tài)分布。隨機(jī)變量相乘而得，所以普通以為構(gòu)造構(gòu)件抗力服從對數(shù)正態(tài)分布。構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征構(gòu)造構(gòu)件抗力的統(tǒng)計特征第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.16 資料強(qiáng)度的規(guī)范值資料強(qiáng)度的規(guī)范值f K f K 是構(gòu)造設(shè)計時所用的資料強(qiáng)度是構(gòu)造設(shè)計時所用的資料強(qiáng)度f f的根本代表值，它不僅是設(shè)計表的根本代表值，它不僅是設(shè)計表達(dá)式中資料性能取值的根據(jù)，而且也是消費(fèi)中控制資料性能質(zhì)量的主要根據(jù)。達(dá)式中資料性能取值的根據(jù)，而且也是消費(fèi)中控制

18、資料性能質(zhì)量的主要根據(jù)。資料強(qiáng)度規(guī)范值應(yīng)根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的資料性能的概率分布的某一分位值確定。從當(dāng)前的資料強(qiáng)度規(guī)范值應(yīng)根據(jù)符合規(guī)定質(zhì)量的資料性能的概率分布的某一分位值確定。從當(dāng)前的開展來看，普通將資料強(qiáng)度規(guī)范值開展來看，普通將資料強(qiáng)度規(guī)范值f Kf K定義在設(shè)計限定質(zhì)量相應(yīng)的資料強(qiáng)度定義在設(shè)計限定質(zhì)量相應(yīng)的資料強(qiáng)度f f概率分布的概率分布的0.050.05分位值上，這時相應(yīng)的偏低率分位值上，這時相應(yīng)的偏低率PKPK為為5%5%。當(dāng)資料強(qiáng)度。當(dāng)資料強(qiáng)度f f服從正態(tài)分布時有：服從正態(tài)分布時有： (8-20)(8-20) 當(dāng)資料強(qiáng)度符合式當(dāng)資料強(qiáng)度符合式(8-20)(8-20)所定義的規(guī)范值時，可

19、近似地以為其在質(zhì)量上等同于極限質(zhì)所定義的規(guī)范值時，可近似地以為其在質(zhì)量上等同于極限質(zhì)量程度。量程度。 資料強(qiáng)度設(shè)計值是荷載分項系數(shù)與荷載規(guī)范值的乘積。荷載的分項系數(shù)是根據(jù)規(guī)定的資料強(qiáng)度設(shè)計值是荷載分項系數(shù)與荷載規(guī)范值的乘積。荷載的分項系數(shù)是根據(jù)規(guī)定的目的可靠目的和不同活荷載與恒載比值，對不同類型的構(gòu)件進(jìn)展反算后，得出相應(yīng)的分項目的可靠目的和不同活荷載與恒載比值，對不同類型的構(gòu)件進(jìn)展反算后，得出相應(yīng)的分項系數(shù)，從中經(jīng)過優(yōu)選，得出適宜的數(shù)值而確定的。分項系數(shù)確定后，即可確定資料強(qiáng)度的系數(shù)，從中經(jīng)過優(yōu)選，得出適宜的數(shù)值而確定的。分項系數(shù)確定后，即可確定資料強(qiáng)度的設(shè)計值。設(shè)計值。資料強(qiáng)度的規(guī)范值和設(shè)計

20、值資料強(qiáng)度的規(guī)范值和設(shè)計值1.645Kfffff第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.17思索題思索題1. 影響構(gòu)造抗力的要素有哪些？影響構(gòu)造抗力的要素有哪些？2. 構(gòu)造構(gòu)件資料性能的不定性是什么緣由引起的？構(gòu)造構(gòu)件資料性能的不定性是什么緣由引起的？3. 什么是構(gòu)造計算方式的不定性？如何統(tǒng)計？什么是構(gòu)造計算方式的不定性？如何統(tǒng)計？4. 構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性主要包括哪些？構(gòu)造構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性主要包括哪些？5. 構(gòu)造構(gòu)件的抗力分布可近似為什么類型？其統(tǒng)計參數(shù)如何計算？構(gòu)造構(gòu)件的抗力分布可近似為什么類型？其統(tǒng)計參數(shù)如何計算？第第8章章 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計分析1.18習(xí)習(xí) 題題 1. 試求試求16Mn鋼筋屈服強(qiáng)度的統(tǒng)計參數(shù)。鋼筋屈服強(qiáng)度的統(tǒng)計參數(shù)。 知：試件鋼筋本身屈服強(qiáng)度的平均值知：試件鋼筋本身屈服強(qiáng)度的平均值 =380MPa，變異系數(shù)，變異系數(shù) =0.053。由于加。由于加荷速度及上、下屈服點(diǎn)的差別，構(gòu)件中資料的屈服強(qiáng)度低于試件資料的屈服強(qiáng)度，經(jīng)荷