3极限状态设计法.ppt

* 第三章 结构设计方法 第三章 按近似概率理论的极限状态设计方法 The Design Approach ◆ 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 概 述 第三章 结构设计方法 ◆容许应力设计方法 allowable stress ◆ 安全系数 K 是一个大于1.0的数值 ◆ K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多 ◆ 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不确定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。 概 述 第三章 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。 概 述 第三章 结构设计方法 ◆ 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的大小和变化情况 ◆ 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 ◆ 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。 第三章 结构设计方法 3.1 极限状态 3.1 极限状态 3.1.1 结构上的作用、作用效应和结构抗力 作用—使结构产生内力或变形的原因 结构上的作用—作用在结构上的集中力和分布力(荷载),以及引 起结构约束变形和外加变形的各种原因。 直接作用：即作用在结构上的集中力或分布力－ 荷载 间接作用：引起结构约束变形和外加变形的各种原因。 1. 作用（荷载）的分类 dead load、live load、accidental load 按时间变异分类：1） 永久荷载－恒荷载:在设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计。 第三章 结构设计方法 2） 可变荷载－活荷载:在设计基准期内其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可忽略。楼面活荷载、风荷载、雪荷载。 3.）偶然荷载：在设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大，且作用时间很短的荷载。爆炸力、撞击力。 按空间变异分类：固定作用 、可动作用； 按结构反应分类：动态作用，静态作用 作用效应S：作用在结构上引起结构的内力、变形和裂缝。如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等 结构抗力R：结构抵抗作用效应的能力。 3.1 极限状态 S≤R 第三章 结构设计方法 3.1.2 结构的功能 3.1.2 结构的功能要求 Functions of Structure 结构安全等级 2 荷载标准值 荷载标准值是荷载的基本代表值； 具有一定概率的最大荷载值称为荷载标准值。 是随机变量，用数理统计-概率的方法处理。 结构自重－恒荷载标准值，用设计尺寸乘以材料容重确定。 活荷载标准值－楼面荷载 屋面荷载 风荷载 雪荷载 。 可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定。 第三章 结构设计方法 3.1 .2结构的功能 2. 结构的设计使用年限 设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。 一般建筑结构的设计使用年限为50年。 建筑结构超过了其设计使用年限，并不是不能使用，而是可靠度降低了。 结构安全等级 结构重要性系数 ?0 第三章 结构设计方法 3.1 .2结构的功能 3. 建筑结构的功能（安全性、适用性、耐久性） ◆ （1） 安全性 Safety ◎ 如（M≤Mu） ◎ 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。 第三章 结构设计方法 3.1.2 结构的功能 ◆ （2）适用性 Serviceability ◎ 如（f ≤[ f ]） ◎ 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。 ◆ （3）耐久性 Durability ◎ 如（wmax≤[ wmax]） ◎