昆明理工大学建筑工程学院混凝土结构设计原理课件 第3章（6）.ppt

* 由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。 1、容许应力设计法 ◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的； ◎结构中一点达到容许应力，结构即认为失效； ◎没有考虑结构功能的多样性要求； ◎安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。 3.6 结构设计方法 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 2、 破损阶段设计法 整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确。 ◎但安全系数K仍然凭经验确定， ◎没有考虑结构功能的多样性要求的问题。 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 3、极限状态设计法 除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括对挠度和裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。 对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的安全系数，而采用的多系数表达， ◎ 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。 ◎ 荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位值。 ◎ 荷载系数 kqi ，材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 4、以概率理论为基础的极限状态设计法 由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。 失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度reliability degree。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即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]。 失效概率 probability of failure Pf = P (S R)=1－Ps （Ps为可靠概率） 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 ⑴结构功能函数 Z = R - S Pf =P (S R) =P(Z 0) b —可靠指标 reliability index ⑵结构的可靠指标 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 根据统计，触电的年死亡率为6×10-6 b =3.7时，Pf=1.1×10-4，按设计使用年限50年考虑，年失效概率为1.1×10-4/50=2.2×10-6， 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。 我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取b =3.2，对脆性破坏取b =3.7。 对于重要的工程结构，应提高可靠指标。 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 ⑶作用效应标准值Sk ①作用效应S的不确定性就主要取决于结构上作用Q的不确定性 ◆永久荷载G ◆可变荷载Q ◆偶然荷载（作用） ②不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qik）。 如: f (S) S S k ③按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk。 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 ②不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qik）。 ③按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk f (S) S S k ④有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准值的可能性较小，考虑荷载组合系数y， 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法 ⑷结构抗力标准值Rk fck、fsk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，根据统计分析确定一个具有一定保证率（如95%）的下限强度分位值，截面尺寸b、h0和配筋As取设计值。 Rk的具体表达形式是本课程的主要内容。 f (S) S S k f (R) R R k 混凝土结构设计原理 3.混凝土结构设计方法