按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法課件

第三章

按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法3.1極限狀態(tài)3.1.1結構上的作用

直接作用：荷載間接作用：混凝土的收縮、溫度變化、基礎的差異沉降、地震作用效應（或荷載效應）：作用在結構上并使結構產生內力（如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用。1.荷載的分類：按作用時間的長短和性質，荷載分為三類：1）永久荷載在結構設計使用年限內，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。2）可變荷載在結構設計基準期內其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。3）偶然荷載在結構設計基準期內不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時間很短的荷載。3.1極限狀態(tài)2.荷載的標準值荷載標準值：具有一定概率的最大荷載值.確定：a.結構的自重可根據(jù)結構的設計尺寸和材料的重力密度確定；b.可變荷載常與時間有關，在缺少大量統(tǒng)計材料的條件下，可近似按隨機變量來考慮；3.1極限狀態(tài)2.結構的設計使用年限結構使用年限：設計規(guī)定的結構或結構構件不需要進行大修即可按達到其預定功能的使用時期。設計年限可按《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》確定，也可經過主管部門的批準按業(yè)主的要求確定。一般房屋結構為50年；橋梁結構和水工結構超過50年，可根據(jù)業(yè)主要求確定；結構使用時間超過規(guī)定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。注意：區(qū)別建筑物的設計使用年限與建筑物的使用壽命。3.1極限狀態(tài)3.建筑結構的功能要求（1）安全性：結構在正常施工和使用時應能承受可能出現(xiàn)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；（2）適用性：結構在正常使用時有良好的工作性能；（3）耐久性：結構在正常使用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結構的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結構在其預定使用期間內喪失安全性和適用性，降低使用壽命。可靠性——安全性、適用性和耐久性的總稱，指結構在規(guī)定的使用期限內（設計工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的能力。■結構可靠性越高，建設造價投資越大?！鋈绾卧诮Y構可靠與經濟之間取得均衡，就是設計方法要解決的問題。3.1極限狀態(tài)３.１.３結構功能的極限狀態(tài)結構能夠滿足功能要求而良好地工作，稱結構是“可靠”的或“有效”的。反之，則結構為“不可靠”或“失效”。區(qū)分結構“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”。極限狀態(tài)的分類：

承載力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)3.1極限狀態(tài)（2）正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)

：超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。是判別結構是否滿足正常使用和耐久性要求的標準，指結構或構件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。過大的變形、側移（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過大的振動（不舒適）；其他正常使用要求。（3）兩種極限狀態(tài)之間的關系：結構或構件必須進行承載力極限狀態(tài)計算，必要時進行正常使用極限狀態(tài)驗算。3.1極限狀態(tài)３.１.４極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)函數(shù)表示：Z=R-SS：荷載效應結構上的各種作用（如荷載、不均勻沉降、溫度變形、收縮變形、地震等）產生的效應總和（如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度f、裂縫寬度w等）R：結構抗力結構抵抗作用效應的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度[f]、容許裂縫寬度[w]。Z=R-S>0時，結構處于可靠狀態(tài)；Z=R-S=0時，結構達到極限狀態(tài)；Z=R-S<0時，結構處于失效（破壞）狀態(tài)。3.1極限狀態(tài)在結構設計中，不僅僅只考慮結構的承載能力，有時還要考慮結構的適用性和耐久性，則極限狀態(tài)方程可推廣為：3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法（２）以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法

由于實際結構中的不確定性，因此無論如何設計結構，都會有失效的可能性存在，只是可能性大小不同。為了科學定量的表示結構可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。失效概率越小，表示結構可靠性越大。因此，可以用失效概率來定量表示結構可靠性的大小。結構可靠性的概率度量稱為結構可靠度。當失效概率Pf小于某個值時，人們因結構失效的可能性很小而不再擔心，即可認為結構設計是可靠的。該失效概率限值稱為容許失效概率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)荷載效應S、結構抗力R都是隨機變量，假定R、S相互獨立且服從正態(tài)分布時，功能函數(shù)Z也服從正態(tài)分布。3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法結構可靠度：結構在規(guī)定的時間內和規(guī)定的條件下，完成預定結構功能的概率。規(guī)定的時間——指結構設計的基準期。在同樣條件下，規(guī)定時間越長，結構的可靠度越低。規(guī)定的條件——指正常設計、正常施工、正常使用條件，排除人為錯誤或過失因素。3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法2.可靠指標

Pf的計算復雜，所以引入可靠指標β替代失效概率Pf來度量結構的可靠性?？煽恐笜伺c失效概率一一對應。3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法在建筑結構設計時，應根據(jù)建筑物的安全等級進行，按規(guī)定的可靠指標進行設計的設計準則——按可靠指標的設計準則。建筑物的安全等級的劃分：根據(jù)結構破壞可能產生的后果的嚴重程度劃分。安全等級

破壞后果

建筑物類型

一級

很嚴重

重要的房屋

二級

嚴重

一般的房屋三級

不嚴重

次要的房屋3.2按近似概率的極限狀態(tài)設計法結構構件承載能力極限狀態(tài)的目標可靠度指標[β]破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2第3節(jié)實用設計表達式對于基本組合，荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定：（1）由可變荷載效應控制的組合

γG——永久荷載的分項系數(shù)，應按第3.2.5條采用；

γQi——第i個可變荷載的分項系數(shù)，其中γQ1為可變荷載Q1的分項系數(shù)，應按第3.2.5條采用；

SGk——按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值；

SQik——按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中SQ1k為諸可變荷載效應中起按制作用者；

ψci——可變荷載Qi的組合值系數(shù)，應分別按各章的規(guī)定采用；

n——參與組合的可變荷載數(shù)。第3節(jié)實用設計表達式其中：——

當對結構不利時，=1.35當其對結構有利時=1.0（一般情況）（抗傾覆、滑移、漂浮=0.9）——同上=1.4（當荷載＞4KN/m2,=1.3）

（2）由永久荷載效應控制的組合

▲設計時應取以上兩種基本組合值中取不利者

第3節(jié)實用設計表達式對排架、框架結構簡化組合形式，荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定：

1.350.91.4

結構構件正截面的裂縫控制等級分為三級：一級——嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載效應標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不應產生拉應力；二級——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載效應標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土拉應力不應大于混凝土軸心抗拉強度標準值；按荷載效應準永久組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不宜產生拉應力，當有可靠經驗時可適當放松；

三級——允許出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載效應標準組合并考慮長期作用影響計算時