岩土工程设计安全度第5章岩土工程的极限状态.ppt

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1、结构可靠性的要求结构可靠性的要求结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求:1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；2）在正常使用时具有良好的工作性能；3）在正常维护下具有足够的耐久性能；4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。这些功能要求，包括了对结构安全性、适用性和耐久性的要求，可概括为结构可靠性的要求。极限状态极限状态：整个结构或结构的整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为此特定状态为该功能的该功能的极限状态极限状态 极限状态可分为下列两类：极限

2、状态可分为下列两类：承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 承载能力极限状态：承载能力极限状态：这种极限这种极限状态对应于结构或结构构件达状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载的变形。正常使用极限状态：正常使用极限状态：这种极限状这种极限状态对应于结构或结构构件达到正态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限常使用或耐久性能的某项规定限值。值。“这个建筑整体倒塌，在我从业46年来，从来没有听说过，也没有见到过。”“627”事故专家调查组组长，中国工程院院士、上海现代建筑设计集团有限公司结构设计专家

3、江欢成 原勘察报告，经现场补充勘察和复核，符合规范要求；原结构设计，经复核符合规范要求；大楼所用PHC管桩，经检测质量符合规范要求。压力太大，压力太大，自杀了自杀了？房屋倾倒的主要原因是，紧贴7号楼北侧，在短期内堆土过高，最高处达10米左右；与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度4.6米，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。堆土和深坑堆土和深坑是元凶！是元凶！增设花台等荷载后，主拱承载力不能满足相应规范要求。主拱钢绞线锁锚方法错误，不能保证钢绞线有效锁定及均匀受力，锚头部位的钢绞线出现部分或全部滑出，使吊杆钢绞线锚固失效。对接焊缝

4、普遍存在裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等严重缺陷 主钢管内混凝土强度未达设计要求，局部有漏灌现象，在主拱肋板处甚至出现1米多长的空洞。吊杆的灌浆防护也存在严重质量问题。2005.11.30，北京地铁十号线第二十二标段塌方。市自来水集团公司工作人员称，原因是塌方现场一条很粗的自来水主管线遭到损坏。2005年7月，深圳地铁1号线续建工程段，在世界之窗-白石洲区间施工工地发生塌方，施工过程中，由于不断的开挖，地下水渐渐渗出来，终于使周围土壁不堪承重，造成塌方。2004年9月，广州地铁二号线延长线，新港东路琶洲路段地铁隧道基坑旁，就是由于地下自来水管被工程车压破爆裂，大量自来水注入基坑并引发了大面积

5、塌方 2003年7月，正在施工中的上海轨道交通4号线，也就是浦东南路至南浦大桥线，浦西联络通道发现渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。承载能力极限状态：承载能力极限状态：当结构或结构构件出现当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：状态：整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；整个结构或其一部分作为刚体失去平衡；结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；过度变形而不适于继续承载；结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳

6、定；结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏而发生连续倒塌；地基丧失承载力而破坏；地基丧失承载力而破坏；结构或结构构件的疲劳破坏。结构或结构构件的疲劳破坏。岩土工程出现下列情况之一时，即认为岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超过了已超过了承载能力极限状态承载能力极限状态。1.整个工程或工程的一部分，作为刚体失去整个工程或工程的一部分，作为刚体失去平衡；平衡；2.岩土或结构材料超过了强度极限，或因过岩土或结构材料超过了强度极限，或因过量变形而不能继续承受荷载；量变形而不能继续承受荷载；3.岩土或结构构件失去稳定，如构件压屈。岩土或结构构件失去稳定，如构件压屈。A.在岩土中形成破坏机制在岩土

7、中形成破坏机制 例如：例如：地基发生整体性滑动；地基发生整体性滑动；边坡失稳；边坡失稳；挡土结构倾覆；挡土结构倾覆；隧洞顶板垮落或边墙倾覆；隧洞顶板垮落或边墙倾覆；流砂、管涌、潜蚀、塌陷、液化等。流砂、管涌、潜蚀、塌陷、液化等。B.由于岩土体的过大位移或变形，导致由于岩土体的过大位移或变形，导致结构物发生结构性的严重损坏结构物发生结构性的严重损坏 例如：例如：由于土的湿陷、融陷、震陷或其它大量变由于土的湿陷、融陷、震陷或其它大量变形，造成工程的结构性破坏；形，造成工程的结构性破坏；由于岩土的过量水平位移，导致桩的倾斜、由于岩土的过量水平位移，导致桩的倾斜、管道破裂、邻近工程的结构性破坏；管道破

8、裂、邻近工程的结构性破坏；由于地下水的浮托力、静水压力或动水压由于地下水的浮托力、静水压力或动水压力造成的工程结构性破坏。力造成的工程结构性破坏。承载能力极限状态？正常使用极限状态？地基变形岩土位移正常使用极限状态：正常使用极限状态：当结构或结构构件当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：使用极限状态：1）影响正常使用或外观的变形；）影响正常使用或外观的变形；2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；括裂缝）；3）影响正常使用的振动；）影响正常使用的振动；4）影响正常使用的其它特定状态。

9、）影响正常使用的其它特定状态。岩土工程出现下列情况之一时，即认为已岩土工程出现下列情况之一时，即认为已超过了超过了正常使用极限状态正常使用极限状态：1.影响正常使用或外观的变形，如：由于岩土变影响正常使用或外观的变形，如：由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜；形而使工程发生超限的倾斜；2.影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如：由影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如：由于岩土变形而使工程发生表面裂隙、或装修损于岩土变形而使工程发生表面裂隙、或装修损坏；坏；3.影响工程正常使用的振动；影响工程正常使用的振动；4.影响正常使用的其它特定状态，如：因地下水影响正常使用的其它特定状态，如：因地下水渗漏而影

10、响工程的正常使用等。渗漏而影响工程的正常使用等。工程实例：工程实例：某某3号住宅楼不均匀沉降问题号住宅楼不均匀沉降问题 极限状态设计极限状态设计 极限状态方程 功能函数 基本变量，应作为随机变量考虑。极限状态设计应符合的要求0,.,21nXXXg giX0,.,21nXXXg0 SR 设计状况：设计状况：代表一定时段的一组物理条件，设计代表一定时段的一组物理条件，设计应做到结构在该时段内不超越有关应做到结构在该时段内不超越有关的极限状态的极限状态 设计状况设计状况根据施工和使用中的环境条件和影响，分为：根据施工和使用中的环境条件和影响，分为：1.持久状况：承载能力极限状态持久状况：承载能力极限

11、状态 正常使用极限状态正常使用极限状态2.短暂状况：承载能力极限状态短暂状况：承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态（根据需要根据需要 ）3.偶然状况：承载能力极限状态偶然状况：承载能力极限状态 （设计原则：主要结构不破坏，局部破坏不倒（设计原则：主要结构不破坏，局部破坏不倒塌塌）承载能力极限状态的设计内容承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件根据具体设计对象和设计条件 桩基：竖向承载力，水平承载力，桩身及承桩基：竖向承载力，水平承载力，桩身及承台结构承载力；长径比台结构承载力；长径比5050，桩身压屈；桩身压屈；预制桩预制桩:吊装、运输和锤击作用下桩身承载吊装、运

12、输和锤击作用下桩身承载力；钢管桩：局部压屈；软弱下卧层：承力；钢管桩：局部压屈；软弱下卧层：承载力；坡地岸边：整体稳定；抗浮、抗拔载力；坡地岸边：整体稳定；抗浮、抗拔承载力；抗震承载力承载力；抗震承载力 承载能力极限状态的设计内容承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件根据具体设计对象和设计条件基坑支护：基坑侧壁土体稳定性；排桩、地基坑支护：基坑侧壁土体稳定性；排桩、地下连续墙受压、受弯、受剪承载力；錨下连续墙受压、受弯、受剪承载力；錨杆或支撑的截面承载力和稳定性；抗渗杆或支撑的截面承载力和稳定性；抗渗透稳定性；基坑底突涌稳定性验算透稳定性；基坑底突涌稳定性验算正常使用极限状态的

13、设计内容正常使用极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件根据具体设计对象和设计条件 桩基：沉降计算；水平位移；桩和承台抗桩基：沉降计算；水平位移；桩和承台抗裂裂 基坑支护：支护结构变形，周边地面变形；基坑支护：支护结构变形，周边地面变形；地下水控制地下水控制 支护设计应选择符合支护结构实支护设计应选择符合支护结构实际条件的计算工况，并在确认参际条件的计算工况，并在确认参数的合理性、计算结果的可靠性数的合理性、计算结果的可靠性后，方可将计算结果用于设计后，方可将计算结果用于设计 DB11/489-2007极限状态设计的作用组合极限状态设计的作用组合 荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的

14、可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。结构设计时，对所考虑的极限状态，应采用相应的结构作用效应的最不利组合进行设计。承载能力极限状态设计的作用组合承载能力极限状态设计的作用组合 1）基本组合：基本组合：永久作用+可变作用 用于持久设计状况或短暂设计状况 2）偶然组合：偶然组合：永久作用+可变作用+一个偶然作用 用于偶然设计状况承载能力极限状态下基本组合的设计承载能力极限状态下基本组合的设计表达式表达式,2110kkRniQiciQiQQGGafRSSSkkk,10kkRniQiciQiGGafRSSkk正常使用极限状态设计的作用组合正常使用极限状态设计的作用组合 1）标准组合：标准组合：采

15、用标准值或组合值为荷载代表值的组合采用标准值或组合值为荷载代表值的组合 一般用于不可逆正常使用极限状态设计一般用于不可逆正常使用极限状态设计 2）频遇组合：频遇组合：对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合对可变荷载采用频遇值或准永久值为荷载代表值的组合 一般用于可逆正常使用极限状态设计一般用于可逆正常使用极限状态设计 3）准永久组合：准永久组合：对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合 一般用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计一般用于长期效应是决定性因素的正常使用极限状态设计正常使用极限状态下的设计表达式正常使用极限状态下的设计表达式 标准组合：频遇组合：准永久组合：CSdkkkQiniciQGdSSSS21kkkQiniqiQfGdSSSS211kkQiniqiGdSSS1