任務1-2結構按極限狀態(tài)設計的方法

1、項目一項目一: 基礎知識基礎知識1-1：課程介紹：課程介紹1-2：結構按照極限狀態(tài)設計的方法：結構按照極限狀態(tài)設計的方法1-3：鋼筋混凝土結構的材料要求：鋼筋混凝土結構的材料要求三、作用及作用代表值三、作用及作用代表值四、極限狀態(tài)法設計計算原則四、極限狀態(tài)法設計計算原則1-2: 結構按極限狀態(tài)設計的方法結構按極限狀態(tài)設計的方法一、結構功能和可靠性一、結構功能和可靠性二、極限狀態(tài)和設計狀況二、極限狀態(tài)和設計狀況一、結構可靠性的概念一、結構可靠性的概念1.1.結構的功能要求結構的功能要求 結構設計的目的：結構設計的目的：使所設計的結構使所設計的結構 ，在，在規(guī)定的規(guī)定的時間內(nèi)時間內(nèi)能夠達到在具有足

2、夠可靠性的前提下，滿能夠達到在具有足夠可靠性的前提下，滿足全部足全部功能的要求功能的要求。 規(guī)定的時間：規(guī)定的時間：分析結構的可靠度時考慮各項基分析結構的可靠度時考慮各項基本變量與時間關系所取用的時間參數(shù)，通常稱為本變量與時間關系所取用的時間參數(shù)，通常稱為設計基準期設計基準期； 一般橋梁結構的設計基準期為一般橋梁結構的設計基準期為100年年 建筑結構的設計基準期為建筑結構的設計基準期為50年年規(guī)定條件：規(guī)定條件：正常施工、設計、使用，不考慮人為過失正常施工、設計、使用，不考慮人為過失 結構的設計基準期與使用壽命結構的設計基準期與使用壽命設計基準期設計基準期考慮持久設計狀況下各項考慮持久設計狀況

3、下各項基本變量與時基本變量與時間關系間關系所采用的基準時間參數(shù)。所采用的基準時間參數(shù)。使用壽命使用壽命為結構或構件在正常維護條件下，為結構或構件在正常維護條件下，不需要不需要大修即可按其設計規(guī)定的目的正常使用的時間大修即可按其設計規(guī)定的目的正常使用的時間。結構的使用年限超過設計基準期時，表明它的失效概率結構的使用年限超過設計基準期時，表明它的失效概率可能會增大，但不等于結構喪失所有要求功能甚至報廢可能會增大，但不等于結構喪失所有要求功能甚至報廢，通常使用壽命大于設計基準期。通常使用壽命大于設計基準期。 可靠性可靠性結構在結構在規(guī)定的時間規(guī)定的時間（設計基準期）內(nèi)，在（設計基準期）內(nèi)，在規(guī)規(guī)定的

4、條件定的條件（結構設計時所確定的（結構設計時所確定的正常設計正常設計、正常施工正常施工和和正正常使用條件常使用條件）下，完成）下，完成預定功能預定功能的能力。的能力。 可靠度可靠度結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的成預定功能的概率概率。2、結構的可靠性、結構的可靠性一、結構功能和可靠性一、結構功能和可靠性 安全性安全性 適用性適用性耐久性耐久性結構的可靠性結構的可靠性企業(yè)結構功能 如（如（MMMMu u） 結構在預定的使用期間內(nèi)（結構在預定的使用期間內(nèi)（設計基準期，一般為設計基準期，一般為100100年年），應能承受在正常施工、正常使用情況

5、下可能出現(xiàn)的各），應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約種荷載、外加變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結構在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結構應能保持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命應能保持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴重損失。財產(chǎn)的嚴重損失。1.安全性安全性（Safety） 結構在正常使用期間，具有良好的工作性能。結構在正常使用期間，具有良好的工作性

6、能。如如不發(fā)生影響正常使用的不發(fā)生影響正常使用的過大的變形過大的變形（撓度、側(cè)移）、（撓度、側(cè)移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度過大的裂縫寬度。 2.適用性適用性（Serviceability） 結構在結構在正常使用和正常維護條件正常使用和正常維護條件下，應具有足夠下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、（混凝土碳化、鋼筋銹蝕）鋼筋銹蝕），結構的承載力和剛度結構的承載力和剛度不應隨時間有過不應隨時間有過大的降低，而導致結構在其預定使用期間內(nèi)喪失安大的降低，而導致結構在其預定

7、使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。全性和適用性，降低使用壽命。3.3.耐久性耐久性（Durability） 結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是“可可靠靠”的或的或“有效有效”的。反之，則結構為的。反之，則結構為“不可靠不可靠”或或“失失效效”。區(qū)分結構區(qū)分結構“可靠可靠”與與“失效失效”的臨界工作狀態(tài)稱為的臨界工作狀態(tài)稱為“極極限狀態(tài)限狀態(tài)”。二、極限狀態(tài)和設計狀況二、極限狀態(tài)和設計狀況 結構的極限狀態(tài)結構的極限狀態(tài) 承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài) 正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài) 概念概念 對應情況對應情況 概念概念 對應情況

8、對應情況三、結構的極限狀態(tài)三、結構的極限狀態(tài) 1定義：定義： 當當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿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足設計規(guī)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為該結構，則此特定狀態(tài)稱為該結構的極限狀態(tài)。的極限狀態(tài)。 結構的極限狀態(tài)也是結構處于可結構的極限狀態(tài)也是結構處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)界狀態(tài)。正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài)極限狀態(tài)極限狀態(tài) 2 2、極限狀態(tài)的分類、極限狀態(tài)的分類歐洲混凝土協(xié)會歐洲混凝土協(xié)會國際預應力混凝土協(xié)會國際預應力混凝土協(xié)會國際標準化組織國際

9、標準化組織我國的可靠度標準、各種規(guī)范我國的可靠度標準、各種規(guī)范 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 對應于結構或構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)對應于結構或構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載的變形。承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài)結構構件或連接處結構構件或連接處因因超過材料強度超過材料強度而而破壞破壞結構轉(zhuǎn)變結構轉(zhuǎn)變成成機動體機動體系系整個結構或結構的一整個結構或結構的一部分作為剛體部分作為剛體失去平失去平衡衡（滑動、倒塌）（滑動、倒塌）結構或結構構結構或結構構件件喪失穩(wěn)定喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)柱的壓曲失穩(wěn)）4321 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 對應于結構或構件達到正常使用或

10、耐久性能的某項規(guī)對應于結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。定限值。影響正常使用或外觀的影響正常使用或外觀的變形變形影響正常使用或耐久性能的影響正常使用或耐久性能的局部損壞局部損壞影響正常使用的影響正常使用的振動振動影響正常使用的其它影響正常使用的其它特定狀態(tài)特定狀態(tài)設計狀況持久狀況持久狀況（橋梁使（橋梁使用階段）用階段）短暫狀況短暫狀況（橋梁施（橋梁施工階段）工階段）偶然狀況偶然狀況承載能力極限狀態(tài)設計承載能力極限狀態(tài)設計正常使用極限狀態(tài)設計正常使用極限狀態(tài)設計承載能力極限狀態(tài)設計承載能力極限狀態(tài)設計必要時，正常使用極限狀態(tài)設計必要時，正常使用極限狀態(tài)設計僅作承載能力極限狀態(tài)設計僅

11、作承載能力極限狀態(tài)設計3.3.結構設計狀況結構設計狀況4.4.結構安全等級結構安全等級 持久狀況承載能力極限狀態(tài)設計，應根據(jù)橋涵破壞時持久狀況承載能力極限狀態(tài)設計，應根據(jù)橋涵破壞時可能產(chǎn)生的后果的嚴重程度，按可能產(chǎn)生的后果的嚴重程度，按三個安全等級三個安全等級進行設計進行設計。三、作用及作用代表值三、作用及作用代表值分類分類 概念概念 永久作用永久作用 偶然作用偶然作用 可變作用可變作用 作用概念作用概念 效應概念效應概念代表值代表值標準值標準值 準永久值準永久值 頻遇值頻遇值 作用及作用效應作用及作用效應一、作用的概念：一、作用的概念： 使結構產(chǎn)生使結構產(chǎn)生內(nèi)力內(nèi)力或或變形變形的原因，分的原

12、因，分直接作用直接作用和和 間接作用間接作用兩種。兩種。 直接作用直接作用：是指施加在結構上的：是指施加在結構上的集中力集中力或或分布力分布力， 即即荷載荷載。 間接作用間接作用：是指引起結構：是指引起結構外加變形外加變形或或約束變形約束變形的原的原 因（混凝土收縮、溫度變化、基礎差異因（混凝土收縮、溫度變化、基礎差異 沉降、地震等）。沉降、地震等）。 在在結構使用期間，結構使用期間，其量值不隨時間變化，或其變其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的作用?；c平均值相比可以忽略不計的作用。結構自重、土壓力、預應力、地基沉降、水浮力等。結構自重、土壓力、預應力、地基沉降、水浮力等。

13、在在結構使用期間，結構使用期間，其量值隨時間變化，且其變化其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。與平均值相比不可忽略的作用。樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載、樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載、汽車荷載汽車荷載、溫度變化等。溫度變化等。在在結構使用期間結構使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的作用。很大且持續(xù)時間很短的作用。爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。 針對不同設計目的所采用的各種作用規(guī)定值，針對不同設計目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用包括作用標準值標準值、準永久值、頻遇值、準永久值、頻遇值

14、。1.1.作用標準值：作用標準值：將荷載視為隨機變量，采用數(shù)理統(tǒng)計的將荷載視為隨機變量，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處理而得到的具有一定概率的方法加以處理而得到的具有一定概率的最大荷載值。最大荷載值。 確定方法：確定方法： a.a.結構的自重結構的自重可根據(jù)結構的設計尺寸和材可根據(jù)結構的設計尺寸和材料的重力密度確定；料的重力密度確定； b.b.可變荷載（按照可變荷載（按照橋規(guī)橋規(guī)規(guī)定采用）。規(guī)定采用）。2.2.作用代表值作用代表值（2 2）作用準永久值：）作用準永久值：按正常使用極限狀態(tài)長期效應組合按正常使用極限狀態(tài)長期效應組合設計時，可變作用的一種代表值。設計時，可變作用的一種代表值。準永久值的大

15、小為可變準永久值的大小為可變作用的標準值乘以準永久值系數(shù)。作用的標準值乘以準永久值系數(shù)。（3 3）作用頻遇值：）作用頻遇值：按正常使用極限狀態(tài)短期效應組合設按正常使用極限狀態(tài)短期效應組合設計時，可變作用的一種代表值。頻遇值計時，可變作用的一種代表值。頻遇值的大小為可變作用的大小為可變作用的標準值乘以頻遇值系數(shù)。的標準值乘以頻遇值系數(shù)。（4）作用效應設計值：）作用效應設計值：作用標準值效應與作用分項系數(shù)的作用標準值效應與作用分項系數(shù)的乘積。乘積。 （1 1）永久作用：）永久作用： 采用采用標準值標準值作為代表值。作為代表值。（2 2）可變作用：可變作用： 承載能力極限狀態(tài)設計及按彈性階段計算承載

16、能力極限狀態(tài)設計及按彈性階段計算結構強度時應采用結構強度時應采用標準值標準值作為可變作用的代表值。作為可變作用的代表值。 正常使用極限狀態(tài)按短期效應組合設計時，應采正常使用極限狀態(tài)按短期效應組合設計時，應采用用頻遇值作頻遇值作為其代表值；按長期效應組合設計時，應采用為其代表值；按長期效應組合設計時，應采用準永久值準永久值作為其代表值。作為其代表值。 （3 3）偶然作用：偶然作用： 取其標準值作為代表值。取其標準值作為代表值。 3.3.作用代表值的選用作用代表值的選用提出任務：提出任務：復習、結構可靠性的概念復習、結構可靠性的概念1.1.結構的功能要求結構的功能要求 結構設計的目的：結構設計的目

17、的：使所設計的結構使所設計的結構 ，在，在規(guī)定的規(guī)定的時間內(nèi)時間內(nèi)能夠達到在具有足夠可靠性的前提下，滿能夠達到在具有足夠可靠性的前提下，滿足全部足全部功能的要求功能的要求。 規(guī)定的時間：規(guī)定的時間：分析結構的可靠度時考慮各項基分析結構的可靠度時考慮各項基本變量與時間關系所取用的時間參數(shù)，通常稱為本變量與時間關系所取用的時間參數(shù)，通常稱為設計基準期設計基準期； 一般橋梁結構的設計基準期為一般橋梁結構的設計基準期為100年年 建筑結構的設計基準期為建筑結構的設計基準期為50年年規(guī)定條件：規(guī)定條件：正常施工、設計、使用，不考慮人為過失正常施工、設計、使用，不考慮人為過失復習、結構功能和可靠性復習、結

18、構功能和可靠性 安全性安全性 適用性適用性耐久性耐久性結構的可靠性結構的可靠性企業(yè)結構功能結構的極限狀態(tài)結構的極限狀態(tài) 承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài) 正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài) 概念概念 對應情況對應情況 概念概念 對應情況對應情況三、作用及作用代表值三、作用及作用代表值分類分類 概念概念 永久作用永久作用 偶然作用偶然作用 可變作用可變作用 作用概念作用概念 效應概念效應概念代表值代表值標準值標準值 準永久值準永久值 頻遇值頻遇值 作用及作用效應作用及作用效應四、極限狀態(tài)設計計算原則四、極限狀態(tài)設計計算原則 基本組合：基本組合：永久作用設計值效應與可變作用設計值永久作用設計值效應與

19、可變作用設計值效效應的組合。應的組合。 偶然組合：偶然組合：永久作用標準值效應與可變作用某種代永久作用標準值效應與可變作用某種代表表值效應、一種偶然作用標準值效應的組合。值效應、一種偶然作用標準值效應的組合。（1）按承載能力極限狀態(tài)設計）按承載能力極限狀態(tài)設計上述各種作用不會在同樣條件下同時出現(xiàn)在橋涵結構中，上述各種作用不會在同樣條件下同時出現(xiàn)在橋涵結構中，發(fā)生的幾率也不同。因此，公路橋涵結構在設計計算時發(fā)生的幾率也不同。因此，公路橋涵結構在設計計算時應考慮可能同時出現(xiàn)的作用，應考慮可能同時出現(xiàn)的作用，按照承載能力和正常使用按照承載能力和正常使用極限狀態(tài)組合，取最不利效應組合進行設計。極限狀態(tài)

20、組合，取最不利效應組合進行設計。1.作用效應組合作用效應組合或 001112()mnudGiGikQQ kcQjQjkijSSSS00112()mnudGidQ dcQjdijSSSS結構重要性結構重要性系數(shù)系數(shù)汽車荷載效應汽車荷載效應分項系數(shù)分項系數(shù)永久作用效應永久作用效應分項系數(shù)分項系數(shù)其他可變作用其他可變作用組合系數(shù)組合系數(shù)其他可變作用效應其他可變作用效應分項系數(shù)分項系數(shù) 基本組合表達式基本組合表達式： 新的題目：新的題目：njQjkjmiGiksdSSS111njQjkjmiGikldSSS1212.2.承載能力極限狀態(tài)設計計算原則承載能力極限狀態(tài)設計計算原則0SR實用計算公式實用計算公式：物理意義：作用效應設計值不超過抗力物理意義：作用效應設計值不超過抗力的設計值。的設計值。注意注意：汽車荷載應計入沖擊力系數(shù)。：汽車荷載應計入沖擊力系數(shù)。3.3.正常使用極限狀態(tài)設計計算原則正常使用極限狀態(tài)設計計算原則 采