混凝土结构设计的基本原则2.ppt

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1、第二章第二章钢筋混凝土结构按近似概率理论钢筋混凝土结构按近似概率理论 极限状态设计法设计的基本原则极限状态设计法设计的基本原则 主要内容及要求主要内容及要求1掌握工程结构极限状态的基本概念，包括结构上的作用、对结构的功能要求、设计基准期、两类极限状态等。2了解结构可靠度的基本原理。3熟悉近似概率极限状态设计法在混凝土结构设计中的应用。第二章第二章 混凝土结构基本计算原则混凝土结构基本计算原则2.1结构设计方法中的几个基本概念2.2 结构设计方法的发展2.3近似概率极限状态设计法的基本原理 2.4 近似概率极限状态设计法的实用表达式。后退前进END返回主目录2.12.1结构设计方法中的几个基本概

2、念结构设计方法中的几个基本概念一、结构的功能要求一、结构的功能要求二、结构的可靠性二、结构的可靠性三、结构上的作用和作用效应三、结构上的作用和作用效应四、结构的抗力四、结构的抗力及其不定因素及其不定因素五、结构功能的极限状态五、结构功能的极限状态。2.1结构设计方法中的几个基本概念后退前进END返回主目录什么是结构（结构定义）用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界施加的用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界施加的各种作用力，得以安全使用的骨架。各种作用力，得以安全使用的骨架。结构设计的目的1、满足使用的要求（可靠）2、经济2.1结构设计方法中的几个基本概念返回上级目录后退前进E

3、ND返回主目录 1、共性问题：结构应具备何种功能，结构安全可靠的标准是什么，如何保证实现以上标准，设计过程中如何对荷载、材料强度计算取值等。2、不同受力构件的计算：对各种不同构件进行具体设计和计算，以及采取什么构造措施保证具体构件的可靠性。本章涉及的问题以后章节涉及的问题混凝土结构设计遇到两类问题：2.1结构设计方法中的几个基本概念返回上级目录后退前进END返回主目录一、结构的功能要求一、结构的功能要求1 1、安全性、安全性结构在预定的使用期间内（结构在预定的使用期间内（一般为一般为5050年年），应能承受在正常施工、正常使），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如

4、超静定结构的支座不均匀沉用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用而不产生破坏。降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用而不产生破坏。在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。2.1结构设计方法中的几个基本概念一、结构的功能要求2 2、适用性、适用性结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用结构在正常使用期间

5、，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。者感到不安的过大的裂缝宽度。3 3、耐久性、耐久性结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀混凝土碳化、钢筋锈蚀），），结构的承载力和刚度结构的承载力和刚度不应随时不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失

6、安全性和适用性，降低使用寿命。降低使用寿命。返回上级目录后退前进END返回主目录可靠性可靠性就是指结构在规定的使用期限内（就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命，一般为设计工作寿命，一般为5050年年），在规定的条件下（），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维正常设计、正常施工、正常使用和维护护），完成预定结构功能（），完成预定结构功能（安全性、耐久性、适用性安全性、耐久性、适用性）的能力。）的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是，就是设计方法要解决的问题。设计方法要解决

7、的问题。二、结构的可靠性二、结构的可靠性2.1结构设计方法中的几个基本概念二、结构的可靠性返回上级目录安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称后退前进END返回主目录显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水

8、准，增加结构的可靠度。业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用复的费用2.1结构设计方法中的几个基本概念二、结构的可靠性结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计，就是设计方法要解决的问题。方法要解决的问题。返回上级目录后退前进END返回主目录三、结构上的作用和作用效应三、结构上的作用和作用效应 定义：结构在施工和使用期间引起结构内力和变形的一切结构在施工和使用期间引起结构

9、内力和变形的一切原因。原因。1 1、结构上的作用、结构上的作用分类按作用形式按作用形式以以力的形式作用力的形式作用于结构上的因素，一般又称于结构上的因素，一般又称为为结构的荷载结构的荷载。如。如结构自重结构自重、楼面活载楼面活载、屋屋面的雪载面的雪载有及墙面的有及墙面的风荷载风荷载、桥面车辆荷载、桥面车辆荷载、土的重力及侧压力土的重力及侧压力等等间接作用直接作用以以变形形式变形形式作用于结构上的因素，习惯上又称作用于结构上的因素，习惯上又称为为结构的外加变形或约束变形结构的外加变形或约束变形：如：如地震地震、地基地基沉降沉降、砼收缩砼收缩、温度变化温度变化、焊接变形焊接变形等。等。2.1结构设

10、计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应返回上级目录后退前进END返回主目录按承受时间的变异性在设计基准期内，在设计基准期内，其值不一定出现，而一旦出现，其其值不一定出现，而一旦出现，其量值则很大量值则很大，且，且持续时间很短持续时间很短的作用：地震、爆炸、的作用：地震、爆炸、冲击等。冲击等。2.1结构设计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应永久作用永久作用在设计基准期内，在设计基准期内，其值不随时间变化其值不随时间变化或变化与平均值或变化与平均值相比可以忽略不计的作用：有结构自重、土压力、预相比可以忽略不计的作用：有结构自重、土压力、预加应力、地基沉降以及焊接变形等。加应力

11、、地基沉降以及焊接变形等。可变作用可变作用在设计基准期内，在设计基准期内，其值随时间变化其值随时间变化、且其变化值与、且其变化值与平均值相比不可忽略的作用安装荷载、楼面活荷载、平均值相比不可忽略的作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、温度变化等风荷载、温度变化等偶然作用偶然作用返回上级目录后退前进END返回主目录按空间位置变异按空间位置变异固定作用固定作用可动作用可动作用按结构的反应分按结构的反应分静态作用静态作用动态作用动态作用2.1结构设计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应在结构空间位置上具有固定的分布在结构空间位置上具有固定的分布在结构空间位置一定范围内可以任意分布在结构空间位置

12、一定范围内可以任意分布对结构不产生动力效应，或小的可以忽略对结构不产生动力效应，或小的可以忽略对结构产生动力效应，且不可以忽略对结构产生动力效应，且不可以忽略返回上级目录后退前进END返回主目录2 2、作用效应、作用效应施加在结构上的各种作用对结构构件产生的效果。如内力（N、V、M、T）、变形（挠度、侧移）、裂缝等，常用“S”表示。当作用力为直接作用时，称荷载效应作用效应是随机变量（作用的不确定）2.1结构设计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应返回上级目录后退前进END返回主目录3 3、荷载的代表值、荷载的代表值(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，实质：以确定值（代

13、表值）表达不确定的随机变量，便于设计时，定量描述和运算。便于设计时，定量描述和运算。(2)取值原则：根据荷载概率分布特征取值原则：根据荷载概率分布特征,控制保证率。控制保证率。0f(Q)Q2.1结构设计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应返回上级目录后退前进END返回主目录(2)代表值取值代表值取值 永久荷载的代表值永久荷载的代表值 标准值：取分布的平均值，保证率标准值：取分布的平均值，保证率50%；结构的结构的 自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定 可变荷载的代表值可变荷载的代表值 标准值：基本代表值，保证率尚未统一；标准值：基本

14、代表值，保证率尚未统一；准永久值：对可变荷载稳定性的描述，准永久值：对可变荷载稳定性的描述，等于标准值乘准永久值系数；等于标准值乘准永久值系数；组合值：两种或（以上）可变荷载作用时，都以标组合值：两种或（以上）可变荷载作用时，都以标准值出现的概率小，因此对标准值乘以组合系数进行准值出现的概率小，因此对标准值乘以组合系数进行折减。折减。3 3、荷载的代表值、荷载的代表值2.1结构设计方法中的几个基本概念三、结构上的作用和作用效应返回上级目录后退前进END返回主目录1 1、定义：、定义：结构抵抗作用效应的能力，常用结构抵抗作用效应的能力，常用“R”R”表示表示。结构的抗力为随机变量四、结构的抗力及

15、其不定因素2.1结构设计方法中的几个基本概念四、结构的抗力 材料性能的不定性材料性能的不定性 几何参数的不定性几何参数的不定性 计算模式的不定性计算模式的不定性 2、抗力不定性主要因素：、抗力不定性主要因素：返回上级目录后退前进END返回主目录(1)实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。(2)标准值取值：根据材料强度概率分布的标准值取值：根据材料强度概率分布的0.05分位值，分位值，即即95%保证率的要求确定。保证率的要求确定。4 4、抗力的概率分布模式、抗力的概率分布模式 (假设假设)对数正态分布对数正态分布3 3、材料强度的标准值材

16、料强度的标准值0f(f)f返回上级目录后退前进END返回主目录五、结构功能的极限状态1、极限状态概念：如果整个结构或结构的一部分超过某一特如果整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足预定功能的某一功能要求，此特定状态称为定状态，就不能满足预定功能的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。该功能的极限状态。极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的标准结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状极限状态态”S R 失效失效不同的功能要求，有不同的极限状态。不同的功能要求，有不同的极限状态。确定结构在极限状态时确定结构在极限状态时的抗力的抗力R，则，则2.1结构设计方法中的几个基本概念五、结构功能的极限状态返回上级目录后退前进END返回主目录1）承载力能力极限状态）承载力能力极限状态 是判别结构是否满足安全性要求的标准。是判别结构是否满足安全性