02[1].混凝土结构设计方法.ppt

* 第二章 混凝土结构设计方法 第二章 混凝土结构设计方法 ◆ 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 ◆ 由于实际工程结构中存在多种不确定性 ◆ 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡 ◆ 结构设计的目的：在现有的技术基础上，用最少的人力和物力消耗，获得能够完成全部功能要求的足够可靠的结构 ◆ 混凝土结构设计方法经历了：容许应力法、破损阶段法、极限状态设计法 第二章 混凝土结构设计方法 ◆ 材料力学中研究的是：单一材料、线弹性、简单结构。 ◆ 实际工程结构远比它复杂，如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要确定其极限受弯承载力； 而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定带裂缝工作阶段的受力情况。 采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求。 ◆ 因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求（结构的功能），对安全可靠有更具体的科学定义。 ◆ 另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响（各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等）的大小和变化情况。以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理的选定结构可靠度。 第二章 混凝土结构设计方法 2.1 结构的功能 2.1 结构的功能 Functions of Structure ◎ 结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 ◎ 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。 结构有三个功能要求：安全性、适用性、耐久性 ◆ 安全性 Safety 第二章 混凝土结构设计方法 2.1 结构的功能 ◎ 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 ◆ 耐久性 Durability ◎ 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。 ◆ 适用性 Serviceability 第二章 混凝土结构设计方法 2.1 结构的功能 ■ 可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。 ■ 结构的可靠性就是指结构在规定的时间内（设计基准期，一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护） ，完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力。 ■ 结构的可靠度就是指结构在规定的时间内（设计基准期，一般为50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护） ，完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的概率〕。 ■ 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 ◆ 结构的可靠性 reliability 第二章 混凝土结构设计方法 2.1 结构的功能 ■ 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。 ■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。 ■ 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。 ■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。 ■ 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用。 第二章 混凝土结构设计方法 2.2 极限状态 2.2 极限状态 Limit State ◆ 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 ◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态” 第二章 混凝土结构设计方法 整个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。 承载力能力极限状态 Ultimate Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 ◆ 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） 2.2 极限状态 第二章 混凝土结构设计方法 2.2 极限状态 正常使用极限状态 Serviceability Limit State 超过该极限状态，结构就不能满