結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二（5）近似概率法；

對(duì)作用的大小、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件或截面抗力的“可靠概率”作出較為近似的相對(duì)估計(jì)。（6）全概率法；

對(duì)影響結(jié)構(gòu)可靠度的各種因素用隨機(jī)變量概率模型來描述，并用隨機(jī)過程概率模型去描述，在對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行精確分析的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)的失效概率作為結(jié)構(gòu)可靠度的直接度量。

第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二§2-1極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)的基本概念一、結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)可靠性——結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的的條件下，完成預(yù)定功能的能力.結(jié)構(gòu)可靠度——結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件，完成預(yù)定功能的概率.規(guī)定的時(shí)間——分析結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)考慮各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所取用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期.規(guī)定的條件——設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的正常設(shè)計(jì)、施工和使用的條件，既不考慮認(rèn)為過失.第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二預(yù)定功能：

(1)安全性

能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用；在偶然作用發(fā)生時(shí)或發(fā)生后，結(jié)構(gòu)能保持必要的整體穩(wěn)定性。偶然作用——如超過設(shè)計(jì)烈度的地震、爆炸、撞擊、火災(zāi)等.

必要的整體穩(wěn)定性——在偶然作用發(fā)生時(shí)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(shí)應(yīng)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(hù)條件下，具有足夠的耐久性.耐久性——結(jié)構(gòu)在化學(xué)的、生物的或其他不利因素的作用下，在預(yù)定期限內(nèi)，其材料性能的惡化不導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率.如：不發(fā)生由于保護(hù)層碳化或裂縫過寬，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。安全性、適用性、耐久性——三者總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性.第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二二、極限狀態(tài)1．極限狀態(tài)的定義

整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，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(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)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(qiáng)度破壞、機(jī)動(dòng)體系、失穩(wěn)、變形過大.第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二（2）正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)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(dòng)；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(shí)或發(fā)生后，結(jié)構(gòu)能保持必要的整體穩(wěn)定性（不發(fā)生連續(xù)倒塌）.第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二三、結(jié)構(gòu)的失效概率與可靠指標(biāo)作用——是指結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形、應(yīng)力、應(yīng)變的所有原因.①直接作用——系指施加在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的因素（如地震，基礎(chǔ)沉降，混凝土收縮，溫度變化等）作用效應(yīng)（S）——作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形.結(jié)構(gòu)抗力（R）——指結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力.第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z<0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z=0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；極限狀態(tài)方程：第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二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(jié)構(gòu)的失效概率為將Z轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布

第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二現(xiàn)定義稱為結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)，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(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)指標(biāo)。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二四、可靠指標(biāo)的兩個(gè)常用公式（1）R、S服從正態(tài)分布（2）R、S服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布服從正態(tài)分布Z～第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二五、目標(biāo)可靠指標(biāo)目標(biāo)可靠指標(biāo)——預(yù)先給定作為設(shè)計(jì)依據(jù)的可靠指標(biāo)相關(guān)因素：工程造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用、投資風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)影響.可靠指標(biāo)大（小）:造價(jià)高（?。?、維護(hù)費(fèi)低（高）、投資風(fēng)險(xiǎn)小（大）、社會(huì)災(zāi)難程度低（高）.破壞類型一級(jí)二級(jí)三級(jí)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)/相應(yīng)的失效概率1.承載能力極限狀態(tài)第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二2.偶然狀況承載能力極限狀態(tài)

目標(biāo)可靠指標(biāo)應(yīng)符合有關(guān)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(biāo)可靠指標(biāo)可根據(jù)不同類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工程經(jīng)驗(yàn)確定；國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》（ISO2394）（1998）規(guī)定：極限狀態(tài)可逆的，可靠指標(biāo)取0（失效概率0.50）；極限狀態(tài)不可逆的，可靠指標(biāo)取1.5（失效概率0.0668）國內(nèi)公路橋梁：

對(duì)應(yīng)的失效概率第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：

（GB50068—2001）

一級(jí)二級(jí)三級(jí)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(biāo)可靠指標(biāo)/相應(yīng)的失效概率正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)宜取0～1.5，其中極限狀態(tài)可逆程度較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較低值，可逆程度較低的結(jié)構(gòu)構(gòu)件取較高值。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二§2-2“橋規(guī)“的計(jì)算原則一、三種設(shè)計(jì)狀態(tài)1、持久狀況——針對(duì)使用階段

設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容2、短暫狀況——針對(duì)施工階段設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：承載能力極限狀態(tài)(限制應(yīng)力).注意：結(jié)構(gòu)體系及作用與使用階段不同.3、偶然狀況——針對(duì)罕遇地震、撞擊特點(diǎn)：出現(xiàn)概率極小、持續(xù)時(shí)間極短、破壞力極大.設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：承載能力極限狀態(tài)第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二二、承載能力極限狀態(tài)計(jì)算承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算以塑性理論為基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)計(jì)算原則是——作用效應(yīng)最不利組合的設(shè)計(jì)值，不大于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值.第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二則而令則設(shè)計(jì)時(shí)為第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二三、正常使用極限狀計(jì)算原則計(jì)算理論：彈性理論或彈塑性理論兩個(gè)方面的驗(yàn)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（?。┧嘤昧?、砼最低強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量、堿含量（低堿水泥）.（2）加強(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計(jì)（3）采用防腐鋼筋（體外力筋、無粘結(jié)力筋、環(huán)氧樹脂鋼筋）；（4）加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋、控制裂縫發(fā)展；加大混凝土保護(hù)層。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二§2-3材料強(qiáng)度的取值一、材料強(qiáng)度的取值原則1、材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)材料強(qiáng)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(duì)正態(tài)分布2、材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值

對(duì)砼：對(duì)熱軋鋼筋：第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二§2-4作用、作用的代表值和作用效應(yīng)組合一、作用的分類永久作用：結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力、基礎(chǔ)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(cè)壓力、人群荷載；汽車制動(dòng)力、風(fēng)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20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二二、作用的代表值作用的代表值：作用的標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、頻遇值.永久作用應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值（三值相同）.

永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值：對(duì)結(jié)構(gòu)自重，可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸與材料的重力密度計(jì)算確定.偶然作用取其標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值.

偶然作用的標(biāo)準(zhǔn)值：應(yīng)根據(jù)調(diào)查、試驗(yàn)資料，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定其標(biāo)準(zhǔn)值.可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按《通用規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定采用。第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二可變作用頻遇值=可變作用標(biāo)準(zhǔn)值×頻遇值系數(shù).

可變作用準(zhǔn)永久值=可變作用標(biāo)準(zhǔn)值×準(zhǔn)永久值系數(shù).可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值：如汽車荷載（公路—Ⅰ級(jí)、公路—Ⅱ級(jí)）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(jì)算）

公路—Ⅰ級(jí)：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值

集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值2）車道荷載：550kN級(jí)汽車(用于局部計(jì)算)

第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二三、作用效應(yīng)組合（一）承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合1.基本組合2.偶然組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相結(jié)合。偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0.

對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)分別取1.1、1.0和0.9；——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期二（二）正常使用極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合1作用短期效應(yīng)組合ψ1j——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)，汽車荷載(不計(jì)沖擊力)ψ1=0.7，人群荷載ψ1=1.0，風(fēng)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(yīng)組合

ψ2j——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)，汽車荷載(不計(jì)沖擊力)為0.4，人群荷載為0.4，風(fēng)荷載為0.75，