现代预应力混凝土结构理论3.1辩析.ppt

§3 结构按极限状态法设计的原则 作用：自重，预加应力，汽车荷载，人群荷载，汽车冲击力等。 （2）适用性：正常使用过程中，具有良好的工作性能，不出现过大的变形和过宽的裂缝。 如：刚度要求(变形)，稳定性要求，裂宽要求。 （3）耐久性：结构在正常的使用年限内，在正常的维护下具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象，不得过早地发生破坏而影响正常使用。 （4）经济性：除包括一次投资的建设费用外，尚应含使用后的维修费用和养护加固费用等，即采用最经济的方案实施安全性和使用性。 总之，安全适用、耐久、经济，适量考虑美观。 2）计算理论发展简介 工程结构计算可概括三个要素：(1)荷载；(2)结构的抵抗能力；(3)安全度。结构设计方法即围绕三个问题逐步发展，而日臻完善的。 发展历经以下几个阶段： （1）容许应力法。始于十九世纪，历经发展，依然有用。 基本内容： ①假定材料为匀弹体 ②按材力计算最大应力 ③要求σC≤［σc］ σS≤［σS］ 缺点： ①假定不符实，非匀弹性； ②［σC］，［σs］，随意性，无科学依据； ③以Ⅱ阶段为截面强度计算基础，未尽潜能，等。 （2）破损阶段法(破坏阶段法) 源于20世纪30年代 内容： ①考虑结构的弹塑性 ②在实验的基础上，采用第三阶段计算结构的最大承载能力 ③要求KM≤Mp 式中： Mp—截面破坏时的抵抗力，材料取平均强度； K—安全系数(考虑荷载变异，计算误差，材料度，引入总系数—单一安全系数法)。 主要缺点： ①未给使用阶段的功能估算如变形，裂宽 ②K值取值笼统 ③材强取值不科学，欠全面数理分析 （3）极限状态设计法 20世纪50年代提出，基于概率统计理论 基本内容 ①提出极限状态概念 承载力极限状态∑kiMi≤Mp=Φ(Rg、Rs、S) 正常使用极限状态 f≤［f］ δfmax≤［δf］ ②采用分离系数：材强，荷载，施工等多系数 表达。 ③材强、荷载取值经数理统计处理，反映接近实际。 存在问题 ①荷载超常值处理，材强取值精度 ②结构整体可靠度不明确 依采用概率的近似程度分三个标准 水准Ⅰ—半概率设计方法 水准Ⅱ—近似概率设计方法 水准Ⅲ—全概率设计法（最优失效概率法） 目前，我国现《公桥规》中采用的是以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法，属近似概率设计法。 3.1 概率极限状态设计法的基本概念 3.1.1 结构可靠性与可靠度 结构设计的目的，就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性的前提下，完成全部预定功能的要求。结构的功能是由其使用要求决定的，具体有如下四个方面： （1）结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用。 （2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能，例如，不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏。 （3）结构在正常使用和正常维护的条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性，例如，不出现过大的裂缝宽度，不发生由于混凝土保护层碳化导致钢筋的锈蚀。 （4）在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。 结构的安全性：第（1）、（4）两项通常是指结构的承载能力和稳定性，关系到人身安全，称为结构的安全性 结构的适用性：第（2）项 结构的耐久性：第（3）项 结构的可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性。 可靠度：可靠性的数量描述一般用可靠度 安全度：安全性的数量描述则用安全度。 结构可靠度：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。 “规定时间”是指对结构进行可靠度分析时，结合结构使用期，考虑各种基本变量与时间的关系所取用的基准时间参数，我国桥梁结构的设计基准期100年 “规定的条件”是指结构正常设计、正常施工和正常使用的条件，即不考虑人为过失的影响 “预定功能”是指上面提到的4项基本功能 3.1.2 结构可靠度与极限状态 结构的工作状态：结构在使用期间的工作情况。 结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构“可靠”。反之则称结构“失效”。结构工作状态是处于可靠还是实效的标志用“极限状态”来衡量。 结构的极限状态：若整个结构或结构的一部分一旦超过某一特定状态，就不能再满足某一规定的功能要求时，且此特定状态即称为极限状态。 分类 1）承载能力极限状态，对应于结构或构件达到最大承载能力，或达到不适用于继续承载的变形或变位。 主要分为以下几种状态： （1）整个结构或其一部分作为刚体而失衡(如倾复) （2）结构构件或其连接因达到其极限强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形，不能继续承载 （3）结构转变为机动体系 （4）结构或构件丧失稳定性(如柱的压屈失稳等) 2）正常使用极限状态：对应于结构或构