第三章-基本设计原则.ppt

混凝土结构基本设计原则 3.1 结构的功能要求 3.1.1 混凝土结构的组成与作用 ?骨架 ?构件 3.3 随机变量的统计特征 3.3.1 随机变量及其概率分布 3.4.5 荷载的代表值 ? 荷载的标准值 * * * 第三章 3.1.2 结构上的作用、结构抗力 ?按时间的变异分布：永久作用、可变作用、偶然作用 ?按随空间位置的变异分类：固定作用、可动作用 ?按结构的反应分类：静态作用、动态作用 ?结构或结构构件承受内力和变形的能力称为结构抗力R 作用 直接作用： 间接作用： 按时间分 永久作用： 可变作用： 按位置分 固定作用 可动作用 按反应分 静态作用 动态作用 荷载 温度应力、基础沉降，地震作用 自重，土压力 楼面活荷载、风荷载、雪荷载 作用效应S 结构由于各种原因，引起内力和变形称为作用效应。 内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩； 变形：挠度、转角、裂缝。 作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸及支承条件。 简支梁在跨中一集中荷载作用下跨中弯矩 例： 简支梁在均布荷载作用下跨中弯矩 S = cQ c ––– 荷载效应系数 Q ––– 荷载 作用效应具有随机性 c 结构的抗力R 结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。 结构抗力的影响因素： 材料性能的不确定性 材料几何参数的不确定性 计算模式的不确定性 结构的抗力具有随机性。 安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。 安全性、适用性、耐久性 适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能。 耐久性：结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。 3.1.3 结构的功能要求 3.1.4 结构的可靠性与安全等级 是结构或其构件能够满足前述某一功能要求的临界状态。超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该项功能要求而进入失效状态。 3.2.1 极限状态的定义： 3.2 结构极限状态 极限状态的分类： 承载能力极限状态 正常使用极限状态 极限状态的表现形式： (承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结构转变为机构，失稳 (正)：过大的变形，影响正常使用或耐久性能的局部损坏，过大的振动 结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S与结构的抗力R有关。 Z = R – S 由此可采用结构的功能函数 来描述结构完成预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功能函数Z的概率来描述。 3.2.2 极限状态分类 可靠概率有多大？ Z 0， 即RS 结构可靠 Z = 0， 即R=S 结构处于极限状态。 即RS 结构失效 Z 0， 失效概率有多大? 正态分布的概率密度函数 3.3.2 结构主要荷载于抗力参数的分布 ?荷载：永久荷载 、民用建筑楼面活荷载、风 荷载 ?结构抗力 设计计算原则： 采用以概率论为基础的极限状态设计法，保证设计结构的失效概率足够小，或可靠概率足够大。 结构的安全性、适用性、耐久性之总和。 结构的可靠性： 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 所有结构构件均应进行承载力计算，对某些构件还需进行变形和裂缝宽度的验算。 3.4.1结构的可靠度 《规范》规定： 3.4 概率极限状态设计法 结构或构件能否完成预定功能与结构的作用效应S与结构的抗力R有关。 Z = R – S 由此可采用结构的功能函数 来描述结构完成预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功能函数Z的概率来描述。 可靠概率有多大？ Z 0， 即RS 结构可靠 Z = 0， 即R=S 结构处于极限状态。 即RS 结构失效 Z 0， 失效概率有多大? 结构的效应S及结构的抗力R均符合正态分布，因此结构的功能函数也符合正态分布。如图： 图中Z0部分(阴影)面积即为失效概率Pf 图2-1 fz(Z) pf ?z ??z ?z Z Pf 计算复杂，但(由图看出)均值?Z向右移Pf 减小，可靠度加大。 令 ? 越大， Pf 越小 ，结构越可靠。 故称 为可靠度指标。 ? 在确定结构的可靠指标? 时，应该使结构的失效概率降低到人们可以接受的程度，做到既安全可靠又经济合理。 《统一标准》规定 ： [ ? ]的取值与构件的破坏类型及结构的重要性有关。 ? ? [ ? ] 3.4.2 结构目标可靠度 ?0 S ? R 式中 S ––– 内力组合设计值 ?0 ––– 结构构件的重要性系数， 对一、二、三级分别取1.1, 1.0, 0.9 R –