1-结构荷载与可靠度设计原理概论.ppt

* 结构荷载与可靠度设计原理 主讲教师：李鸿晶教授、博士 孙广俊副教授、博士 南京工业大学土木工程学院 * * 目的和任务 认识工程领域中普遍存在的不确定性因素及其对工程安全性的影响，掌握不确定性概念与基本的概率分析方法。 了解工程设计规范中的可靠度理论基础，掌握工程可靠度概念及其基本的结构可靠度评估方法。 熟悉不同结构荷载的产生背景及其物理特征，掌握这些荷载的计算方法。 * * 基本要求 掌握结构可靠度理论的基本概念和基本求解方法； 掌握现行结构设计规范的理论背景和实用设计方法； 了解荷载与抗力的概率模型与统计分析方法； 掌握工程结构设计时需考虑的各种主要荷载的产生背景及计算方法。 * * 前期课程要求 高等数学、概率论； 理论力学、材料力学、结构力学； 混凝土结构、钢结构。 * * 课程内容 1.结构设计理论与结构可靠度 2.结构可靠度分析 3.结构可靠度设计方法 4.结构荷载统计分析 5.结构抗力统计分析 6.重力计算 7.侧压力力计算 8.风荷载计算 9.其他作用计算 10.典型结构的荷载计算示例 第一部分 重点：结构可靠度分析的概念和原理、荷载与结构抗力的统计分析 难点：理论性强且较抽象，较难理解与掌握 第二部分 重点：各种重要荷载的概念、原理和计算方法 难点：涉及的荷载形式多样，容易产生混淆 * * 参考教材和相关规范 * * 第 1 讲 结构设计理论与结构可靠度 * * 结构设计理论的发展 工程结构： 工业与民用建筑结构 公路、铁路（桥梁）结构 水利工程等结构 工程结构的设计步骤 选择合理的结构方案和型式 根据选定的结构型式设计结构或构件的截面 它们在相当长的使用期内，需要安全地承受各种使用荷载，经受气象作用，以及波浪、地震等自然作用。 它们的安全与否，不但影响工农业生产，而且还关系到人身安危。 特别是对一些重要的纪念性建筑物，作为一个划时代的文化特征，将流传后世，对安全、适用、美观、耐久等方面，还有更高的要求。 * * 结构设计理论的发展 结构设计的目的：设计满足功能要求的结构,也就是把外界作用对结构的效应与结构本身的抵抗力来加以比较，以达到结构设计既安全又经济的目的。 结构设计计算的两个方面 如何考虑材料固有的性能，使结构的力学分析日趋完善；结构设计中所用结构设计理论由于采用了现代力学方法、计算机和完善的实验，所以更精确。 如何合理地选择影响结构安全的参数，如荷载值、材料强度值以及安全系数等。若不考虑荷载、材料强度等参数的不确定性和它们对结构安全的影响，那就会与日益精确的力学分析不相匹配。例如安全系数取大些，荷载值取大些，就多用材料造成不必要的浪费；反之就会造成危险。 * * 结构设计理论的发展 结构设计的根本问题：如何在结构的可靠性与经济性之间选择一种最佳的平衡，力求以最经济的途径使所建造的结构以适当的可靠度满足各种预定的功能要求。 * * 结构设计理论的发展 结构设计的发展：从伽利略至今三百余年里，结构设计经历了各种演变，可从以下两个方面进行归纳： 从结构设计理论上 弹性理论 极限状态理论 从设计方法上 定值设计法 概率设计法 结构设计计算的理论和方法 容许应力法 破损阶段设计法 多系数极限状态设计法 基于可靠性理论的概率极限状态法 * * 结构设计理论的发展 容许应力法 构件截面的最大应力达到或超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏）。 钢筋混凝土构件 混凝土应力 钢筋应力 式中： 分别为安全系数。 * * 结构设计理论的发展 特点 安全系数k是个大于1的数字，k越大，结构的安全度就越高，同时材料的用量就越多； 没有考虑结构功能的多样性要求；对于结构一方面要考虑承载能力，另一方面也许考虑其 正常使用时裂缝、变形； 安全系数的确定主要凭借经，缺乏严格科学依据。 适用情况 当结构是非杆件结构（如大体积坝体、空间薄壳结构等）时，因规范没有给出明确的计算公式，则弹性力学方法仍是较实用的分析方法。 * * 结构设计理论的发展 破损阶段设计法 构件在外界作用下，某截面的内力达到某极限内力时，构件即失效（破坏）。 式中： 为截面中内力， 为截面所能承受的极限弯矩， 为安全系数 受弯构件 * * 结构设计理论的发展 特点 考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接 由试验验证，构件的总安全度较为明确; 安全系数的确定依赖经验，且是一个定值; 没有考虑结构功能的多样性要求,由于采用了极限平衡的理论，对荷载作用下结构的应力分布及位移变化，无法做