第2章钢筋混凝土结构设计计算原理.ppt

东南大学 水工钢筋混凝土结构学 第2章 钢筋混凝土结构设计计算原理 第2章 钢筋混凝土结构设计计算原理 结构设计理论的发展 结构的功能要求 概率极限状态设计法 荷载及荷载代表值 材料强度标准值 实用设计表达式 2.1 钢筋混凝土结构设计理论的发展 许可应立法（容许应力法） 破坏阶段法（破损阶段法） 极限状态设计法 一、按许可应力法设计 1、设计公式 2、许可应力法方法的特点 概念明确，方法简单 以弹性理论为基础 使用荷载凭经验取值 二、按破坏阶段法设计 1、设计公式 2、破坏阶段法方法的特点 概念非常清楚，计算简便 计算得出的极限内力可由试验验证 验证了构件截面的最终破坏情况 无法确定构件在正常使用期间的情况 三、按极限状态法设计 半经验半概率极限状态设计法 近似概率极限状态设计法 全概率极限状态设计法 三、极限状态设计法方法特点 把单一安全系数改为多个分项系数 把影响可靠度的因素视为随机变量 以失效概率或可靠指标度量结构可靠度 反映结构的全面性能 2.2 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力 一、结构的功能 安全性 适用性 耐久性 1、安全性 结构在正常施工和使用情况下能承受可能出现的各种荷载和变形。 在偶然事件（如校核洪水位、地震）发生时和发生后，结构应能保持整体承载力和稳定性。 2、适用性 结构在正常使用荷载下，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）、振幅，或产生过大的裂缝宽度。 3、耐久性 结构的承载力和刚度不应随时间有过大的减小，导致结构在其预定使用期间内降低安全性和适用性，缩短使用寿命。 4、结构的功能要求 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用（安全性） 2、在正常使用时具有良好的工作性能（适用性） 3、在正常维护下具有足够的耐久性能（耐久性） 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性（安全性） 上述三方面的功能要求统称为结构的可靠性。 二、结构可靠度的定义 结构可靠度指在规定时间内、规定的条件下，结构完成预定功能的概率。 规定时间指设计基准期T。 规定的条件指正常设计、正常施工和正常使用。 三、极限状态的定义及分类 1、极限状态的定义 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。 一旦超过这种状态，结构就进入失效状态。 2、结构极限状态的分类 （1）承载能力极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性要求。 （2）正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不满足预定的适用性和耐久性要求。 3、承载能力极限状态 结构或结构的一部分丧失结构稳定； 结构形成机动体系而丧失承载能力； 结构发生滑移、上浮或倾覆等不稳定情况； 构件的截面因强度不足而发生破坏； 结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。 4、正常使用极限状态 产生过大的变形，影响正常使用和外观； 产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接受的感觉； 产生过大的振动影响使用。 二、荷载效应与结构抗力 1、荷载与作用 荷载 ——由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力，例如重力、土压力、水压力、风压力； 作用 —— 将能使结构产生效应的各种因素总称为作用；直接作用 —— 直接作用在结构上的各种荷载；间接作用 —— 能够引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素，如地震、温度变化、基础不均匀沉降等。 2、荷载效应 S 荷载是决定荷载效应的主要因素。 荷载效应与荷载成正比。 由于荷载的离散性，荷载效应是一个随机变量。 3、结构抗力 R 2.3 概率极限状态设计法 ★结构功能的表达 0 结构可靠 Z=R-S =0 极限状态 0 结构失效 一、极限状态方程 上式表示结构处于极限状态，称为极限状态方程。 二、失效概率 失效概率指结构构件处于失效状态的概率，一般用 表示。 失效概率越小，结构可靠性越大。因此可用失效概率定量表示结构可靠性的大小。 当失效概率pf小于某个值时，结构失效的可能性很小，可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率[pf]。 三、可靠指标? 假定R、S 服从正态分布，则Z也服从正态分布，Z的平均值μZ和标准差σZ为： 失效概率为 令β = μZ / σZ，称β为结构的可靠指标。 β与pf之间的关系 可靠指标与结构失效概率具有一一对应关系； 结构的可靠度转而由可靠指标β来描述。 四、目标可靠指标βT 目标可靠指标βT是设计规范规定的作为设计依据的可靠指标，它表示设计所