第3章 结构设计基本原理.ppt

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* ◆结构的失效概率和可靠指标 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。 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 Pf = P (S R) * 结构功能函数 Z = R - S Pf =P (S R) =P(Z 0) b —可靠指标 reliability index * ◆ 根据统计,触电的年死亡率为6×10-6 ◆ b =3.7时,Pf=1.1×10-4,按设计基准期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。 * 设计可靠指标、安全等级 根据建筑物的重要性不同,即一旦结构发生破坏时对生命财产的危害程度及社会影响的不同,将建筑结构分为三个安全等级: (1)破坏后果很严重的重要建筑物为一级; (2)破坏后果严重的一般工业与民用建筑物为二级; (3)破坏后果不严重的次要建筑物为三级。 * 概率极限状态设计法的实用表达式 作用效应标准值Sk ◆ 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 ◆ 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)。 ◆ 按荷载标准值确定的荷载效应,称为荷载效应标准值Sk * 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,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 * Sk f (S) , f (R) S , R Rk * Sk f (S) , f (R) S , R Rk * Sk f (S) , f (R) S , R Rk * 设计验算点 S*=R* Pf = [ Pf] Sk f (S) , f (R) S , R Rk * 作用效应设计值,gS作用效应分项系数 结构抗力设计值,gR结构抗力分项系数 * 分项系数 * 材料强度设计值 * g0 ——结构重要性系数:在持久设计状况和短暂设计状况下,对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1,对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0,对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9;对地震设计状况应取1.0; 按承载能力极限状态计算实用设计表达式 对持久设计状况,短暂设计状况和地震设计状况 ,γRd 为结构构件的抗力模型不定性系数;静力设计取1.0,抗震设计取承载力抗震调整系数γRE * 荷载效应组合 当组合荷载效应由可变荷载控制时 基本组合 当组合荷载效应由永久荷载控制时 * 类别 设计使用年限(年) γL 1 5 0.9 2 25 _ 3 50 1.0 4 100 1.1 荷载调整系数γL * 例1 一简支梁,跨度l=4m,受永久线均布荷载标准值8kN/m,受可变线均布荷载标准值6kN/m,跨中受可变集中荷载,其标准值10kN。该梁是重要的建筑构件,安全等级为一级,设计使用年限50年,求该梁跨中截面的设计弯矩值。 * 【练习】 对某非地震区的某框架顶层横梁进行内力分析,经计算知在永久荷载标准值、屋面活荷载标准值、风荷载标准值的分别作用下,该横梁梁端弯矩标准值分别为:MGK=20kNm,MLK=6KNm(ψc=0.7),MSK=80.2kNm (ψc=0.6)。结构安全等级为一级,设计使用年限50年,求荷载效应设计值M。 * 例2 有一钢筋混凝土短柱,截面b*h=400mm*400mm,柱高3m,配4根直径22mm钢筋。混凝土为C20,钢筋为HRB335级。设安全等级为二级,问该截面可承受多大的中心压力?若可变中心荷载标准值为PQK=1000kN,问该柱是否安全? * 正常使用极限状态,可靠度要求可适当降低,所有分项系数取1.0 按正常使用极限状态计算实

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