混凝土结构设计原理第2章 结构按极限状态法设计原则.pptVIP

2.1 概率极限状态法设计的基本概念 * * 结构按极限状态法设计原则 第二章 结构设计计算方法的演变过程： 1.容许应力法 以弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。 计算在标准荷载作用下，构件任意一点的应力不大于规定的容许应力。 容许应力由材料的强度除以安全系数得到。 2.破坏阶段计算法 计算结构构件的承载力时，充分考虑了材料的塑性性能。 按材料标准极限强度计算的承载能力必须大于最大荷载产生的内力。 计算的最大荷载由规定的标准荷载乘以单一的安全系数而得到。 3.极限状态法 规定了结构的极限状态。 安全系数分为：荷载系数、材料系数、工作条件系数 部分荷载系数和材料系数基本上根据统计资料用概率来确定的。 4、概率极限状态设计法 把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量，以大量的现场实测资料和实验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各变量的统计规律，确定结构的失效概率来表示结构的可靠性。 以可靠度理论为基础。 1.结构的可靠性 安全性 适用性 耐久性 数量描述 2.可靠度 设计基准期 正常设计 正常施工 正常使用 结构在规定的时间内， 规定的条件下完成预定 功能的概率。 3.作用、作用效应及分类 （1）定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。 （2）一般分类： 直接作用：施加在结构上的集中力或分布力。 间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。 （3）《桥规分类》：永久作用、可变作用、偶然作用 （4）作用效应：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。 （5）结构的抗力：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。 4.结构的极限状态 （1）承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）； ②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏； ③结构转变成机动体系； ④结构或构件丧失稳定； （2）正常使用极限状态 这种极限状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值的状态。 ①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（如过大的裂缝宽度） ③影响正常使用的振动； ④影响正常使用的其它特定状态。 （3）破坏-安全极限状态 又称为条件极限状态，超过这种极限状态而导致的破坏，允许结构发生局部的破坏，而对以发生局部破坏的结构的其它部分，应当具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。 2.1.3结构的失效概率与可靠度指标 影响工程结构可靠度的两个综合变量： 综合作用效应S 综合抗力R 结构的功能函数 Z=R-S 对功能函数作一次观测，可能出现以下三种情况（如图）： Z=R-S0，结构处于可靠状态 Z=R-S0，结构已失效或破坏 Z=R-S=0，结构处于极限状态 S R1 R2 Z1 Z2 R S1R1可靠 S1R1 失效 结构的极限状态方程为：Z=g（R,S）=R-S=0 R和S都服从正态分布，则Z也符合正态分布，Z的概率密度为： 其分布如图所示： fz(z) z mz 则结构的失效概率为： fz(z) z βσz Z0失效 Z=0 Z0可靠 Pr Pf 可靠度指标： 2.1.5目标可靠度 定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠度。 确定方法：校准法。即根据各基本变量的统计参数和概率分布模型，运用可靠度的计算方法，揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠指标的依据。 公路桥梁结构构件的可靠指标（两种极限状态） 4.2 4.7 5.2 脆性破坏 3.7 4.2 4.7 塑性破坏 三级 二级 一级 安全等级 破坏类型 2.2我国公路桥涵设计规范（JTG D62-2004）的计算原则 2.2.1设计状况 设计状况 持久状况 短暂状况 偶然状况 验算承载能力极限状态和正常使用极限状态 一般只验算承载能力极限状态 验算承载能力极限状态，视需要验算正常使用极限状态 2.2.2承载能力极限状态计算表达式 安全等级： 安全等级 一级 二级 三级 破坏后果 很严重 严重 不严重 桥涵类型 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥 小桥、涵洞 结构重要性系数γ0 1.1 1.0 0.9 表达式： 2.2.3持久状况正常使用极限状态计算表达式 以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算。 按照公路桥涵的受力特点，还要求对钢筋混凝土及预应力混凝土受力构件按短暂状况设计时计算其在制作、运输及安装等施工阶段由自重、施工荷载产生的应力，并不超过规定的限值；按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段的应力，并不超过限值，按照弹性理论计算。 2.3