2_结构按极限状态设计法设计原则.doc

PAGE  PAGE  结构设计原理 第二章 结构按极限状态法设计原则 第二章 结构按极限状态法设计原则 （1）经验承载能力法； （2）容许应力法：以弹性理论为基础的，要求，其中，n为安全系数。 （3）破坏荷载法：考虑了材料塑性要求：，其中，n由经验确定。 （4）半经验、半概率极限状态法：分项安全系数，主要由概率统计确定，不足的部分由经验确定。 （5）近似概率法：对作用的大小、结构或构件或截面抗力的“可靠概率”作出较为近似的相对估计 （6）全概率法：对影响结构可靠度的各种因素用随机变量概率模型来描述，并用随机过程概率模型去描述，在对整个结构体系进行精确分析的基础上，以结构的失效概率作为结构可靠度的直接度量。 §2-1 极限状态法设计的基本概念 一、结构的功能要求 结构可靠性（度）———结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定预定功能的能力（概率） 规定的时间——分析结构可靠度时考虑各项基本变量与 时间关系所取用的设计基准期 规定的条件——设计时规定的正常设计、施工和使用的条件，既不考虑认为过失 概率预定功能： (1) 能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用—————安全性 在偶然作用发生时或发生后，结构能保持必要的整体稳定性（不发生倒塌）——安全性 偶然作用—如超过设计烈度的地震、爆炸、撞击、火灾等 必要的整体稳定性——在偶然作用发生时或发生后，仅发生局部损坏而不致连续倒塌 （2）在正常使用时应具有良好的工作性能——适用性 如：不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏 （3）在正常维护条件下，具有足够的耐久性——耐久性 耐久性——结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下，在预定期限内，其材料性能的恶化不导致结构出现不可接受的失效概率 如：不发生由于保护层碳化或裂缝过宽，导致钢筋锈蚀。 安全性、适用性、耐久性———三者总称为结构的可靠性 二、极限状态 1．极限状态的定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为——该功能的极限状态。 2．极限状态的分类 国际上一般将结构的极限状态分为三类： （1）承载能力极限状态———结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 ①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）——刚体失去平衡 ②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏——强度破坏 ③结构转变成机动体系——————机动体系 ④结构或构件丧失稳定———失稳 ⑤由于材料的塑性或徐变变形过大，或由于截面开裂而引起过大的几何变形等，致使结构或结构不再能继续承载和使用———————变形过大 （2）正常使用极限状态———结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值 ①影响正常使用或外观的变形； ②影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂缝宽度） ③影响正常使用的振动； ④影响正常使用的其它特定状态（如混凝土抗渗）。 （3）“破坏—安全”极限状态——在偶然作用发生时或发生后，结构能保持必要的整体稳定性（不发生连续倒塌） 三、结构的失效概率与可靠指标 作用——是指结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 ①直接作用——系指施加在结构上的集中荷载和分布荷载（自重、车辆、人群） ②间接作用——指引起结构外加变形和约束变形的因素（如地震，基础沉降，混凝土收缩，温度变化等） 作用效应（S）——作用在结构内产生的内力和变形 结构抗力（R）——指结构构件承受内力和变形的能力 结构极限状态方程 结构和结构构件的工作状态，可由该结构构件所承受的作用效应S与结构抗力R两者的关系（功能函数）来描述 当Z0时，结构处于可靠状态； 当Z0时，结构处于失效状态； 当Z=0时，结构处于极限状态； 于是极限状态方程的表达式为： 若R服从正态分布S～N（），R服从正态分布R~N（），则Z=R-S也服从正态分布Z～N（）Z的概率密度函数为 （） 结构的失效概率为 将Z转换为标准正态分布（即），令，则 现定义称为结构可靠指标，则 由上述关系可知，?值的大小决定Pf，?值越大，Pf值越小。所以，?和失效概率一样可作为衡量结构可靠度的一个指标。 四、可靠指标的两个常用公式 （1）R、S服从正态分布 S～N（），R~N（），则功能函数Z=R-S也服从正态分布Z～N（）： （2）R、S服从对数正态分布 即s服从对数正态分布，，服从正态分布Z～N（）：（但均未知），已知则： 及 及 五、目标可靠指标 目标可靠指标——预先给定作为设计依据的可靠指标（它表示了所要求的结构构件预定的可靠度） 相关因素：工程造价、使用维护费用、投资