混凝土結構設計原理-設計原則

第二章鋼筋混凝土結構計算原則

§2-1極限狀態(tài)法的基本概念第一頁，共二十三頁。小結1、極限狀態(tài)法的基本概念：極限狀態(tài)、極限狀態(tài)的分類、失效概率、可靠指標2、現行《公路橋規(guī)》：三種設計狀況，兩種極限狀態(tài)計算表達式及其含義3、材料強度的標準值及其保證率，設計值與標準值的關系。4、作用的分類，作用的代表值，作用效應組合第二頁，共二十三頁。安全性：結構在正常施工和使用時，應能承受可能出現的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。適用性：結構在正常使用時，有良好的工作性能。耐久性：結構在正常維護下，材料性能雖隨時間變化，但仍能滿足預定功能要求。結構的功能要求結構的可靠性——安全性、適用性、耐久性之總和。第三頁，共二十三頁。極限狀態(tài)的分類承載能力極限狀態(tài)——安全性正常使用極限狀態(tài)——適用性和耐久性極限狀態(tài)的

表現形式(承)：剛體失去平衡，材料強度不足，結構轉變?yōu)闄C動體系，失穩(wěn)(正)：過大的變形，影響正常使用或耐久性的局部損壞，過大的振動結構的極限狀態(tài)

當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設計規(guī)定的某一要求時，則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。第四頁，共二十三頁。結構上的作用Action作用直接作用：荷載間接作用：溫度應力、基礎沉降，地震作用按時間分永久作用：自重，土壓力、預應力等可變作用：按位置分固定作用可動作用按反應分靜態(tài)作用動態(tài)作用汽車荷載、汽車沖擊力、制動力、樓面活荷載、風荷載、雪荷載等偶然作用：地震力、船舶或漂流物撞擊力、汽車撞擊作用等。

第五頁，共二十三頁。作用效應S結構對所受作用的反應，如引起的內力和變形，稱為作用效應。內力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；變形：撓度、轉角、裂縫。第六頁，共二十三頁。結構的抗力RResistance

結構抗力的影響因素：材料性能的不確定性材料幾何參數的不確定性計算模式的不確定性

作用效應和結構的抗力均具有隨機性。

?結構或結構構件承受內力和變形的能力稱為結構抗力R第七頁，共二十三頁。結構的作用效應S，結構的抗力RZ=R–S結構的功能函數可靠概率有多大？

Z>0，即R>S

結構可靠Z=0，即R=S結構處于極限狀態(tài)。

即R<S

結構失效Z<0，失效概率有多小?第八頁，共二十三頁。設計計算原則：采用以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法，保證結構的失效概率足夠小，或可靠概率足夠大。第九頁，共二十三頁。如結構的效應S及結構的抗力R均符合正態(tài)分布，則結構的功能函數也符合正態(tài)分布。如圖：圖中Z<0部分(陰影)面積即為失效概率Pf圖2-1fz(Z)pfzzzZ第十頁，共二十三頁。Pf

計算復雜，但(由圖看出)均值Z向右移，則Pf

減小，可靠度加大。令

越大，

Pf越小

，結構越可靠。故稱

為可靠指標（ReliabilityIndex）。

與Pf有一一對應的關系近似概率法第十一頁，共二十三頁。在確定結構的可靠指標

時，應該使結構的失效概率降低到人們可以接受的程度，做到既安全可靠又經濟合理?！督y一標準》規(guī)定

：的取值與構件的破壞類型及結構的重要性有關。

結構目標可靠指標第十二頁，共二十三頁。公路橋涵結構的安全等級安全等級橋涵類型結構重要性系數一級特大橋、重要大橋1.1二級大橋、中橋、重要小橋1.0三級小橋、涵洞0.9公路橋梁結構構件的目標可靠指標(按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設計時)破壞類型一級二級三級延性破壞4.74.23.7脆性破壞5.24.74.2安全等級第十三頁，共二十三頁?！?-2我國公路橋涵設計規(guī)范JTGD62-2004的計算原則

三種設計狀況1）持久狀況橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時間很長的狀況。該狀況就是橋涵的使用階段。此階段持續(xù)時間很長，作用在橋梁上所有可能的荷載均應予以考慮。必須進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設計。2）短暫狀況橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。該狀況就是橋涵的施工階段。一般只進行承載能力極限狀態(tài)計算，驗算構件截面應力。3）偶然狀況在橋涵使用過程中偶然出現的狀況。偶然狀況指橋涵在使用期內可能遇到的地震等作用的狀況。偶然狀況的特點是出現的概率很小，且持續(xù)時間極短。偶然狀況的設計原則是保證在偶然作用發(fā)生時主要承重結構不喪失承載能力，允許發(fā)生局部破壞。只需進行承載能力極限狀態(tài)計算。第十四頁，共二十三頁。第十五頁，共二十三頁。通式：第十六頁，共二十三頁。附表1-1、1-3強度取值列表

第十七頁，共二十三頁。結構上的作用Action作用直接作用：荷載間接作用：溫度應力、基礎沉降，地震作用按時間分永久作用：自重，土壓力、預應力等可變作用：按位置分固定作用可動作用按反應分靜態(tài)作用動態(tài)作用汽車荷載、汽車沖擊力、制動力、樓面活荷載、風荷載、雪荷載等偶然作用：地震力、船舶或漂流物撞擊力、汽車撞擊作用等。

第十八頁，共二十三頁。作用的代表值

作用是隨機變量，設計中應取其代表值（定值）。永久作用的代表值只有一個，即標準值。可變作用的代表值有標準值、頻遇值、準永久值。作用的標準值：是作用的基本代表值。取設計基準期內最大值概率分布的、具有95％保證率的上分位值?？勺冏饔玫念l遇值：是指結構上較頻繁出現的且量值較大的作用取值。按超過該值的總持續(xù)時間與整個觀測期的比值確定，取為0.05可變作用的準永久值：是指結構上經常出現的且量值較小的作用取值。按超過該值的總持續(xù)時間與整個觀測期的比值確定，取為≤0.5第十九頁，共二十三頁。作用效應組合

結構對所受作用的反應，稱為作用效應。公路工程結構設計時，應按各種設計狀況對可能同時產生的作用效應進行組合，并取其最不利組合的設計值?；ゲ幌嗳莸淖饔?，其效應不應進行組合。1承載能力極限狀態(tài)計算時作用效應組合基本組合2正常使用極限狀態(tài)計算時作用效應組合第二十頁，共二十三頁。第二十一頁，共二十三頁。例2－3

鋼筋混凝土簡支梁橋主梁在結構重力、汽車荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標準值為：結構重力產生的彎矩；汽車荷載彎矩（已計入沖擊系數）；人群荷載彎矩進行設計時的作用效應組合計算。第二十二頁，共二十三頁。內容梗概第二章鋼筋混凝土結構計算原則。第二章鋼筋混凝土結構計算原則?！?-1極限狀態(tài)法的基本概念。小結。3、材料強度的標準值及其保證率，設計值與標準值的關系。安全性：結構在正常施工和使用時，應能承受可能出現的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。耐久性：結構在正常維護下，材料性能雖隨時間變化，但仍能滿足預定功能要求。承載能力極限狀態(tài)——安全性。正常使用極限狀態(tài)——適用性和耐久性。(承)：剛體失去平衡，材料強度不足，結構轉變?yōu)闄C動體系，失穩(wěn)。結構上的作用Action。間接作用：溫度應力、基礎沉降，地震作用。間接作用：溫度應力、基礎沉降，地震作用。結構的抗力RResistance。?結構或結構構件承受內力和變形的能力稱為結構抗力R。Z=R–S。即R=S結構處于極限狀態(tài)。即R<S結構失效。Z<0，。與Pf有一一對