极限状态.PPT

第二章 钢筋混凝土结构设计计算原理 一、钢筋混凝土结构设计理论发展（三个阶段） 1、许可应力设计法 假定钢筋混凝土为弹性材料，要求在规定使用阶段荷载作用下，按材料力学计算出截面的应力 * 缺点 1、钢筋混凝土结构是弹塑性材料，以弹性理论为基础的许可应力设计方法不能如实反映构件截面的应力状态 2、规定的“使用荷载”是凭经验取值的，依据它所设计出来的构件是否安全无法验证。 优点： 计算方法的概念比较简明，只要许可应力取得恰当，可在结构设计的安全性和经济性两方面取得很好的协调。 2、破坏阶段设计法 该方法考虑了混凝土的塑性性能，着眼于研究构件截面达到最终破坏时的应力状态。对于梁板等受弯构件，计算出来的是极限弯矩。为了保证构件在使用时有必要的安全储备，规定必须满足如下关系： 优点： 概念清楚，计算假定符合钢筋混凝土的特性，计算出来的极限内力可由实验得到验证，计算简便。 缺点：无法得知构件在正常使用期间的应用情况 3、极限状态设计法 背景：钢筋混凝土构件变形和裂缝开展宽度计算方法的出现，使破坏阶段法发展成为极限状态法。 极限状态法有两种：承载能力极限状态、正常使用极限状态； 极限状态法还将单一安全系数改为多个分项系数，对不同的材料、荷载采用不同量值的分项系数，以反映它们对安全结构的影响。 概率极限状态设计方法：将影响结构可靠度的因素都视为随机变量，以失效概率或可靠度指标来度量结构构件的可靠度，并采用以分项系数表示的实用设计表达式进行设计。 二、 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力 一. 结构的功能要求 ◆ 安全性 Safety 结构在正常施工、正常使用情况下能承受可能出现的各种作用，如施加的荷载、外加变形、约束变形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）发生时和发生后，结构仍能保持必需的承载力和稳定性，不致发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。 ◆ 适用性 Serviceability 结构在正常使用荷载作用下具有良好的工作性。如不产生影响使用的过大变形或振幅，不发生足以让使用者感到不安的过宽的裂缝等。 ◆ 耐久性 Durability 结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到设计规定的年限。如，混凝土不发生严重风化、腐蚀、脱落，钢筋不发生锈蚀等。 安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性 二、作用与荷载效应 作用：是指直接施加在结构上的力（如自重、风荷载等）或引起结构外加变形、约束变形的其它原因（如温度变形、基础沉降等）的总称。也称之为荷载。 荷载效应：结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等通称为荷载（作用）效应或S 。 荷载的分类 又称恒荷载，在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略的荷载，如结构的自重、土压力，固定设备等； 又称活荷载，在结构设计使用期间其值随时间而变化，如楼面堆放荷载、吊车荷载、静水压力、风荷载、雪荷载等； 在结构设计基准期内不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、撞击力等； 按随时间的变异性： 永久荷载G、g Permanent load 可变荷载Q、q Variable load 偶然荷载A Accidental load 荷载的分类 固定荷载是指在结构上具有固定位置的荷载，如结构自重、固定设备等 移动荷载是指在结构空间位置的一定范围内可任意移动的荷载，如吊车荷载、汽车轮压、楼面人荷载等。设计时应考虑它的最不利的分布 按空间的变异性： 固定荷载 移动荷载 荷载的分类 指不使结构产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计的荷载，如结构自重、楼面人群荷载等 使结构产生不可忽略的加速度的荷载，如地震、机械设备的振动等。动态荷载所引起的效应不仅与荷载有关，还与结构自身的动力特征有关。设计时应考虑动力效应 按结构的反应特点： 静态荷载 动态荷载 荷载效应是随机变量 1、荷载都是不确定的。大小、出现的时间、位置等不确定； 2、影响荷载效应的因素和计算模式也是不确定的，因此应用概率统计理论加以描述 结构抗力 定义：结构承受内力和变形的能力（如构件的承载能力、刚度和截面的抗裂度等）用R表示。 结构抗力取决于材料的强度、截面尺寸及计算模式等，也属于随机变量。 三、 按概率极限状态设计的基本概念 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，这个特定状态称为该功能的极限状态。 能完成预定的各项功能时，结构处于有效状态；反之，则处于失效状态，有效状态和失效状态的分界，称为极限状态，是结构开始失效的标志。 根据功能要求，通常把钢筋混凝土的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。 a. 承载力能力极限状态 Ultim