結構按極限狀態(tài)法設計

結構按極限狀態(tài)法設計第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（5）近似概率法；

對作用的大小、結構或構件或截面抗力的“可靠概率”作出較為近似的相對估計。（6）全概率法；

對影響結構可靠度的各種因素用隨機變量概率模型來描述，并用隨機過程概率模型去描述，在對整個結構體系進行精確分析的基礎上，以結構的失效概率作為結構可靠度的直接度量。

第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日§2-1極限狀態(tài)法設計的基本概念一、結構的功能要求結構可靠性——結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的的條件下，完成預定功能的能力.結構可靠度——結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件，完成預定功能的概率.規(guī)定的時間——分析結構可靠度時考慮各項基本變量與時間關系所取用的設計基準期.規(guī)定的條件——設計時規(guī)定的正常設計、施工和使用的條件，既不考慮認為過失.第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日預定功能：

(1)安全性

能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用；在偶然作用發(fā)生時或發(fā)生后，結構能保持必要的整體穩(wěn)定性。偶然作用——如超過設計烈度的地震、爆炸、撞擊、火災等.

必要的整體穩(wěn)定性——在偶然作用發(fā)生時或發(fā)生后，僅發(fā)生局部損壞而不致連續(xù)倒塌.（2）適用性

在正常使用時應具有良好的工作性能.

如：不發(fā)生影響正常使用的過大變形或局部損壞.（3）耐久性

在正常維護條件下，具有足夠的耐久性.耐久性——結構在化學的、生物的或其他不利因素的作用下，在預定期限內，其材料性能的惡化不導致結構出現(xiàn)不可接受的失效概率.如：不發(fā)生由于保護層碳化或裂縫過寬，導致鋼筋銹蝕。安全性、適用性、耐久性——三者總稱為結構的可靠性.第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、極限狀態(tài)1．極限狀態(tài)的定義

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)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為——該功能的極限狀態(tài).2．極限狀態(tài)的分類（1）承載能力極限狀態(tài)———結構或構件達到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形.

如：剛體失去平衡、強度破壞、機動體系、失穩(wěn)、變形過大.第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）正常使用極限狀態(tài)結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定值.①影響正常使用或外觀的變形；②影響正常使用或耐久性能的局部損壞；如過大的開裂.③影響正常使用的振動；④影響正常使用的其它特定狀態(tài)（如混凝土抗?jié)B）.（3）“破壞—安全”極限狀態(tài)在偶然作用發(fā)生時或發(fā)生后，結構能保持必要的整體穩(wěn)定性（不發(fā)生連續(xù)倒塌）.第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日三、結構的失效概率與可靠指標作用——是指結構產生內力、變形、應力、應變的所有原因.①直接作用——系指施加在結構上的集中荷載和分布荷載.

（自重、車輛、人群）②間接作用——指引起結構外加變形和約束變形的因素（如地震，基礎沉降，混凝土收縮，溫度變化等）作用效應（S）——作用在結構內產生的內力和變形.結構抗力（R）——指結構構件承受內力和變形的能力.第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日結構極限狀態(tài)方程當Z>0時，結構處于可靠狀態(tài)；當Z<0時，結構處于失效狀態(tài)；當Z=0時，結構處于極限狀態(tài)；極限狀態(tài)方程：第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日R也服從正態(tài)分布.若S服從正態(tài)分布，則Z=R-S也服從正態(tài)分布，Z的概率密度函數(shù)為結構的失效概率為將Z轉換為標準正態(tài)分布

第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日現(xiàn)定義稱為結構可靠指標，則可知，

值的大小決定，值越大，值越小。所以，和失效概率一樣可作為衡量結構可靠度的一個指標。第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、可靠指標的兩個常用公式（1）R、S服從正態(tài)分布（2）R、S服從對數(shù)正態(tài)分布服從正態(tài)分布Z～第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日五、目標可靠指標目標可靠指標——預先給定作為設計依據(jù)的可靠指標相關因素：工程造價、維護費用、投資風險及社會影響.可靠指標大（小）:造價高（?。⒕S護費低（高）、投資風險?。ù螅⑸鐣碾y程度低（高）.破壞類型一級二級三級延性破壞4.7/1.30×10-64.2/1.33×10-53.7/1.08×10-4脆性破壞5.2/9.96×10-84.7/1.30×10-64.2/1.33×10-5公路橋梁結構構件的目標可靠指標/相應的失效概率1.承載能力極限狀態(tài)第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2.偶然狀況承載能力極限狀態(tài)

目標可靠指標應符合有關規(guī)范（如抗震規(guī)范）的規(guī)定；

3.正常使用極限狀態(tài)

目標可靠指標可根據(jù)不同類型結構的特點和工程經(jīng)驗確定；國際標準《結構可靠性總原則》（ISO2394）（1998）規(guī)定：極限狀態(tài)可逆的，可靠指標取0（失效概率0.50）；極限狀態(tài)不可逆的，可靠指標取1.5（失效概率0.0668）國內公路橋梁：

對應的失效概率第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》規(guī)定：

（GB50068—2001）

一級二級三級延性破壞3.7/1.08×10-43.2/6.87×10-42.7/3.47×10-3脆性破壞4.2/1.33×10-53.7/1.08×10-43.2/6.87×10-4承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標/相應的失效概率正常使用極限狀態(tài)的可靠指標宜取0～1.5，其中極限狀態(tài)可逆程度較高的結構構件取較低值，可逆程度較低的結構構件取較高值。第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日§2-2“橋規(guī)“的計算原則一、三種設計狀態(tài)1、持久狀況——針對使用階段

設計計算內容2、短暫狀況——針對施工階段設計計算內容：承載能力極限狀態(tài)(限制應力).注意：結構體系及作用與使用階段不同.3、偶然狀況——針對罕遇地震、撞擊特點：出現(xiàn)概率極小、持續(xù)時間極短、破壞力極大.設計計算內容：承載能力極限狀態(tài)第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、承載能力極限狀態(tài)計算承載能力極限狀態(tài)的計算以塑性理論為基礎。設計計算原則是——作用效應最不利組合的設計值，不大于結構抗力的設計值.第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日則而令則設計時為第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日三、正常使用極限狀計算原則計算理論：彈性理論或彈塑性理論兩個方面的驗算和耐久性控制：

2．裂縫寬度1．撓度3．耐久性控制（1）砼耐久性最大水灰比、最大（小）水泥用量、砼最低強度等級、最大氯離子含量、堿含量（低堿水泥）.（2）加強橋面排水和防水層設計（3）采用防腐鋼筋（體外力筋、無粘結力筋、環(huán)氧樹脂鋼筋）；（4）加強構造鋼筋、控制裂縫發(fā)展；加大混凝土保護層。第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日§2-3材料強度的取值一、材料強度的取值原則1、材料強度的標準值材料強度的標準值是根據(jù)材料強度概率分布的0.05分位值，即具有95%保證率的要求確定的。對正態(tài)分布2、材料強度的設計值

對砼：對熱軋鋼筋：第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日§2-4作用、作用的代表值和作用效應組合一、作用的分類永久作用：結構重力、預加力、土的重力、土側壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力、基礎變位作用.可變作用：汽車荷載、汽車沖擊力、汽車離心力、汽車引起的土側壓力、人群荷載；汽車制動力、風荷載、流水壓力、冰壓力、溫度作用、支座摩阻力.偶然作用：地震作用//船舶或漂流物的撞擊力、汽車撞擊力.第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、作用的代表值作用的代表值：作用的標準值、準永久值、頻遇值.永久作用應采用標準值作為代表值（三值相同）.

永久作用的標準值：對結構自重，可按結構構件的設計尺寸與材料的重力密度計算確定.偶然作用取其標準值作為代表值.

偶然作用的標準值：應根據(jù)調查、試驗資料，結合工程經(jīng)驗確定其標準值.可變作用的標準值應按《通用規(guī)范》的有關規(guī)定采用。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日可變作用頻遇值=可變作用標準值×頻遇值系數(shù).

可變作用準永久值=可變作用標準值×準永久值系數(shù).可變作用的標準值：如汽車荷載（公路—Ⅰ級、公路—Ⅱ級）為車道荷載或車輛荷載

1）車道荷載：均布荷載加集中荷載（用于整體計算）

公路—Ⅰ級：均布荷載標準值

集中荷載標準值2）車道荷載：550kN級汽車(用于局部計算)

第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日三、作用效應組合（一）承載能力極限狀態(tài)作用效應組合1.基本組合2.偶然組合永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相結合。偶然作用的效應分項系數(shù)取1.0.

對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9；——結構重要性系數(shù)

第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日（二）正常使用極限狀態(tài)作用效應組合1作用短期效應組合ψ1j——第j個可變作用效應的頻遇值系數(shù)，汽車荷載(不計沖擊力)ψ1=0.7，人群荷載ψ1=1.0，風荷載ψ1=0.75，溫度梯度作用ψ1=0.8，其他作用ψ1=1.0；2作用長期效應組合

ψ2j——第j個可變作用效應的準永久值系數(shù)，汽車荷載(不計沖擊力)為0.4，人群荷載為0.4，風荷載為0.75，