混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法課件

1、混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1.1混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)目 錄1.3混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.1混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)目 領(lǐng)會(huì)識(shí)記 極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)的可靠性；設(shè)計(jì)使用年限；混凝土結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)極限狀態(tài)。 概率論：隨機(jī)現(xiàn)象、隨機(jī)變量、隨機(jī)事件；頻率和概率；頻率直方圖；平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)；概率密度函數(shù)、概率分布函數(shù)和特征值。 結(jié)構(gòu)可靠度的概念、定義；用失效概率來(lái)描述可靠度的方法；用可靠指標(biāo)來(lái)度量結(jié)構(gòu)可靠度的主要原則；可靠指標(biāo)的實(shí)用性與近似性。 目標(biāo)可靠度的概念；用分

2、項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的方法等。 用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式的主要精神，包括：按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法的基本思路；承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式的 內(nèi)容及各符號(hào)的意義；正常使用極限狀態(tài)中荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合的具體內(nèi)容及各符號(hào)的意義。第1章 混凝土結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 能計(jì)算簡(jiǎn)支梁、板的豎向荷載和跨中正截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)用領(lǐng)會(huì)識(shí)記 極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的功能要求；結(jié)構(gòu)的1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)的可靠度一. 結(jié)構(gòu)的功能要求1.在正常施工作用和使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； 2.在正常使用時(shí)具有良好的工作性能； 3

3、.在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能； 4.在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如局部爆炸或撞擊事故等）發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 安全性適用性耐久性安全性 如荷載、外加變形（超靜定結(jié)構(gòu)的支座不均勻沉降）、約束變形（溫度和收縮變形受到約束時(shí)）等作用。 如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形（撓度、側(cè)移）、振動(dòng)（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過(guò)大的裂縫寬度。 在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。不應(yīng)發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)

4、的功能要求與結(jié)構(gòu)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)的可靠性 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，稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)設(shè)計(jì)工作壽命=50年結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問(wèn)題。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.1 結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 結(jié)構(gòu)的設(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)件不需要進(jìn)行大修即可按達(dá)到其預(yù)定功能的使用時(shí)期。 設(shè)計(jì)年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定，也可經(jīng)過(guò)主管部門(mén)

5、的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年。注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計(jì)使用年限與建筑物的使用壽命。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.3 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后的影響程度建筑物的類(lèi)型一級(jí)很?chē)?yán)重重要的建筑物二級(jí)嚴(yán)重一般的建筑物三級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重性，即危機(jī)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，建筑結(jié)構(gòu)可劃分為三個(gè)安全等級(jí)。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.3 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一. 承載力極限狀態(tài) 結(jié)

6、構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或者達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性功能要求。達(dá)到承載力能力極限狀態(tài)表現(xiàn) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力（包括疲勞）；結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）；結(jié)構(gòu)塑性變形過(guò)大而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)二. 正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)，稱為正常使用極

7、限狀態(tài)。超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的適用性和耐久性的功能要求。達(dá)到正常使用極限狀態(tài)表現(xiàn) 過(guò)大變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正 常使用（吊車(chē)）等）； 過(guò)大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過(guò)大的振動(dòng)（不舒適）； 其他正常使用要求。1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度一. 荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性直接作用即荷載，如恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載和雪荷載等。間接作用指引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的其他作用，如地震、地基沉降、混凝土收縮、溫度變化和焊接變形等。 結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（如彎矩、剪力

8、、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)，用 S 表示。不論恒荷載或活荷載，其數(shù)值都不是定值，有的變異大些，有的變異小些。 1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度一. 1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)抗力R抗力的隨機(jī)性 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受荷載效應(yīng)的能力，如承載能力、剛度等，稱為結(jié)構(gòu)抗力，記作 R 。 材料強(qiáng)度的離散性是造成結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)性質(zhì)的主要原因。 可見(jiàn)荷載效應(yīng) S 和結(jié)構(gòu)抗力 R 都是具有各自分布規(guī)律的隨機(jī)變量。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度二. 結(jié)構(gòu)抗力R抗力的隨機(jī)性 1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度三. 結(jié)構(gòu)

9、的失效概率結(jié)構(gòu)的狀態(tài)可用下面的狀態(tài)函數(shù)表示：Z=R-S對(duì)應(yīng)的：Z=R-S0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； Z=R-S0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效（破壞）狀態(tài)。失效概率Pf = P （R-S0）1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度三. 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)的狀態(tài)可用下1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度四. 結(jié)構(gòu)的可靠度 ps Ps = P （R-S 0） =1- Pf 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量即為結(jié)構(gòu)可靠度。 結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度四. 結(jié)

10、構(gòu)的可靠度 ps Ps =1.2.3 結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo) 失效概率計(jì)算困難，所以用結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)來(lái)表示結(jié)構(gòu)的可靠度。 在砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式中，目標(biāo)可靠指標(biāo)是用三個(gè)分項(xiàng)系數(shù)來(lái)表達(dá)的：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)來(lái)表達(dá)的。1.2 結(jié)構(gòu)的可靠度與可靠指標(biāo)1.2.3 結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo) 失效概率計(jì)算困難1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3.1 目標(biāo)可靠指標(biāo) 與失效概率限值pf相對(duì)應(yīng)的可靠指標(biāo)稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)，記為。采用“校標(biāo)法”確定：通過(guò)對(duì)現(xiàn)行規(guī)范可靠度的反演計(jì)算和綜合分析，確定今后設(shè)計(jì)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件目標(biāo)可指標(biāo)，其實(shí)質(zhì)是從總體上繼承現(xiàn)有的可靠度水準(zhǔn)。破

11、壞類(lèi)型安全等級(jí)一二三pfpfpf延性破壞3.71.010-43.26.810-42.73.410-3脆性破壞4.20.1310-43.71.010-43.26.810-41.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3.1 1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 一. 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)是計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力時(shí)引入的與建筑物安全等級(jí)有關(guān)的分項(xiàng)系數(shù)，記作0。安全等級(jí)設(shè)計(jì)使用年限0一級(jí)100年及以上不應(yīng)小于1.1二級(jí)50年不應(yīng)小于1.0三極5年及以下不應(yīng)小于0.9在抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系

12、數(shù)1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 一. 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 二. 材料分項(xiàng)系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 1.鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值：相當(dāng)于一個(gè)比算術(shù)平均值偏低的強(qiáng)度值。 2.混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值：混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相當(dāng)于立方體抗壓強(qiáng)度平均值減去1.645倍的標(biāo)準(zhǔn)差，相當(dāng)于具有95%的保證率。（一）材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值就是材料的強(qiáng)度檢驗(yàn)指標(biāo)。 材料分項(xiàng)系數(shù)是材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比，砼的材料分項(xiàng)系數(shù)為1.4；鋼筋的項(xiàng)系數(shù)與鋼筋種類(lèi)有關(guān)。（二）材料分項(xiàng)系數(shù)1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 二. 材料分項(xiàng)系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似1.3.2 分

13、項(xiàng)系數(shù) 三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式（一）荷載的種類(lèi) 按作用時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)，荷載分為三類(lèi)：永久荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載?？勺兒奢d 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。偶然荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時(shí)間很短的荷載。1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)（二）荷載的代表值 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同荷

14、載應(yīng)采用不同的代表值。 可變荷載的代表值有標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、準(zhǔn)永久值和頻遇值四種。 永久荷載的代表值只有標(biāo)準(zhǔn)值一種。1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)（二）荷載的代表值 定義 結(jié)構(gòu)在使用期間可能出現(xiàn)的最大荷載值。作為荷載的基本代表值。 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 永久荷載代表值一般相當(dāng)于永久荷載的平均值?？砂唇Y(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和材料的重力密度確定；可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 我國(guó)規(guī)范中規(guī)定了屋面活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車(chē)荷載等可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的具體數(shù)值或計(jì)算方法，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接使用。

15、1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)（三）荷載的分項(xiàng)系數(shù)荷載的分項(xiàng)系數(shù)等于荷載的設(shè)計(jì)值與荷載的標(biāo)準(zhǔn)值之比值。 永久荷載設(shè)計(jì)值 可變荷載設(shè)計(jì)值 式中 G 永久荷載分項(xiàng)系數(shù) Q 可變荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3.2 分項(xiàng)系數(shù) 三. 荷載分項(xiàng)系數(shù)（三）荷載的分項(xiàng)系數(shù)G - 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)Q - 可變荷載分項(xiàng)系數(shù)當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí) 對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合一般取1.2； 對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合一般取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí) 一般取1.0； 對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆，滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。 一般取1.4； 樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2工業(yè)房屋樓面活荷載應(yīng)取1.3。 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3.2 1.3 砼結(jié)構(gòu)按近似概率的極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1.3.3 設(shè)計(jì)表達(dá)式一. 承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式