情境2结构设计方法应用..doc

课题： 学习情境2：结构设计方法应用 第一讲 结构设计的极限状态及结构按概率极限状态设计的基本概念 教学基本要求 掌握：结构的可靠性，极限状态的定义和分类，概率极限状态设计法的概念；理解荷载效应和结构抗力，失效概率和可靠指标，结构安全级别和目标可靠指标。 重点与难点： 极限状态概念，失效概率和可靠指标的概念 技能要求： 能识别结构的极限状态类型 教学过程： 一．结构的功能要求 1．包括安全性+实用性+耐久性 2．结构的可靠性 可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称，也称为结构的基本功能要求 就是指结构在规定的使用期限内（设计年限一般=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。 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，就是设计方法要解决的问题。 二.结构设计的极限状态： 结构的可靠性指：安全性，适用性和耐久性。结构的设计应在可靠性与经济性之间寻求一种最佳方案。 （一）结构的极限状态的定义。 结构极限状态是指结构或结构的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，此特定状态称为该功能的极限状态。 我国现阶段采用以概率论为基础的极限状态设计方法。它以可靠指标度量结构构件的可靠度，并采用以分项系数的设计表达式进行设计。 （二）结构极限状态的分类： ⑴承载能力极限状态 主要包括以下几个方面 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳） ⑵正常使用极限状态 三．荷载取值 荷载可以根据不同极限状态的设计要求，规定不同的量值即荷载代表值，一般荷载有标准值、准永久值和组合值三种代表值。 荷载标准值指结构构件在使用期间的正常情况下可能出现的最大荷载值。 由于最大荷载是随机变量，原则上可用它的统计分布来描述。国际标准化组织取最大值概率分布曲线上具有95%保证率的0.95分位值作为荷载标准值。换句话说，作用在结构构件上的实际荷载超过标准荷载的可能性只有5%。 有些荷载不具备完备的统计资料，只能结合工程经验，经分析判断确定 荷载准永久值是指可变荷载在结构设计基准期T内经常作用的那一部分荷载，它对结构的影响类似于永久荷载，达到和超过准永久值的持续时间与整个设计基准的比值一般取为不大于 0.5，可变荷载准永久值一般写为。 四、结构按概率极限状态设计的基本概念 结构设计中要考虑的两个基本变量是荷载效应S，及结构抗力R。S指由荷载产生的结构内力和变形。R指结构的抵抗能力，S与R都具有随机性。 以概率论为基础的极限状态设计分法，其本质就是将荷载效应S及结构抗力R看作两个随机变量，应用概率论和数理统计的理论去，研究结构的可靠度。 我国采用近似概率极限状态设计法。 （一）失效概率 失效：指结构或结构的一部分不能满足设计所规定的某一功能要求。 失效概率：结构处于失效状态下的概率，通常以P f表示。 1.功能函数 设R为结构抗力。S为作用效应，我们将Z=R-S称为功能函数。随着条件的变化，功能函数有以下三种可能： Z0,即结构抗力大于作用效应，结构可靠； Z0,即结构抗力小于作用效应，结构失效； Z=0，即结构抗力等于作用效应，结构处于极限状态。 2.功能函数的分布曲线 由于R与S都是随机变量，则Z也是随机变量。假定R与S是相互独立的，而且都服从正态分布，则Z也服从正态分布。图2—1所示为结构功能函数的分布曲线，图中 PS表示结构处于可靠状态的概率 （二）结构的可靠指标 由于计算复杂，因此用可靠指标，来度量结构的可靠性， 值愈 大，值愈小，值愈小，值愈大。与之间一一对应。 （三）、结构的安全级别 水工建筑物结构安全级别划分为三级，可查表取用。 （四）.目标可靠指标。 设计时，要使所设计的结构既安全可靠，又经济合理，具体方法是：使结构和构件在设计基准期内，在规定条件下，失效概率低于一个允许的水平，即 式中——允许失效概率 当用表示时，则 式中——目标可靠指标 课题 第二讲 结构设计规范的实用设计表达式 教学基本要求 掌握：公式中系数的取值 重点与难点 系数的取值方法 技能要求 会计算控制截面的最大内力值 教学过程： 《混凝土结构设计规范》采用以分项目系数表达的设计表达式进行设计。 一、混凝土结构设计规范采用的分项系数 规范在设计表达式中采用了下列五个分项系数，用这五个系数构成并保证了结构的可靠度。 1.结构重要性系数 2.荷载分项系数 3.钢筋和混凝土的强度分项系数 二.承载能力极限状态，设计表达式 （一）基本组合 基本组合是持久或短暂状况下，永久荷