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1、,混凝土 结构设 计,1 混凝土结构按近似概率的极限状态设计法,土木工程系2014.11,*职业学院,目 录,领会,识记,极限状态：结构的功能要求；结构的可靠性；设计使用年限；混凝土结构的两类极限状态。概率论：随机现象、随机变量、随机事件；频率和概率；频率直方图；平均值、标准差、变异系数；概率密度函数、概率分布函数和特征值。结构可靠度的概念、定义；用失效概率来描述可靠度的方法；用可靠指标来度量结构可靠度的主要原则；可靠指标的实用性与近似性。目标可靠度的概念；用分项系数表达的方法等。,用分项系数表达的极限状态实用设计表达式的主要精神，包括：按近似概率的极限状态设计方法的基本思路；承载能力极限状态
2、实用设计表达式的 内容及各符号的意义；正常使用极限状态中荷载效应的标准组合、荷载效应的准永久组合的具体内容及各符号的意义。,第1章 混凝土结构按近似概率的极限状态设计法,能计算简支梁、板的竖向荷载和跨中正截面的弯矩标准值、设计值和标准值。,应用,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.1 结构的功能要求与结构的可靠度,一.结构的功能要求,1.在正常施工作用和使用时，能承受可能出现的各种作用；,2.在正常使用时具有良好的工作性能；,3.在正常维护下具有足够的耐久性能；,4.在设计规定的偶然事件（如局部爆炸或撞击事故等）发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。,安全性,适用性,耐久性,安全性,如荷
3、载、外加变形（超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（温度和收缩变形受到约束时）等作用。,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。,在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。,不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.1 结构的功能要求与结构的可靠度,二.结构的可靠性,结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的可靠性。,正常设计、正常施工、正常使用和维护
4、,设计工作寿命=50年,结构可靠性越高，建设造价投资越大。,如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.2 结构的设计使用年限,结构的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达到其预定功能的使用时期。,设计年限可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结构的设计使用年限为50年。,注意：区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命。,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.3 建筑结构的安全等级,根据建筑结构破坏可能产生的后果的严重性，即危机人的生命、造成经济损失、产生社会影响等的
5、严重程度，建筑结构可划分为三个安全等级。,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.4 混凝土结构的极限状态,一.承载力极限状态,结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。,达到承载力能力极限状态表现 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）；结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）；结构塑性变形过大而不适于继续承载；结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）；结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）。,1.1 混凝土结构的极限状态,1.1.4 混凝土结构的极限状态,二.正常使用极限
6、状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。,达到正常使用极限状态表现 过大变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正 常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；其他正常使用要求。,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.2.2 结构的可靠度,一.荷载效应和结构抗力的随机性,直接作用,即荷载，如恒荷载、活荷载、风荷载和雪荷载等。,间接作用,指引起结构外加变形和约束变形的其他作用，如地震、地基沉降、混凝土收缩、温度变化和焊接变形等。,结构上的作用使结构或构件
7、产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应，用 S 表示。,不论恒荷载或活荷载，其数值都不是定值，有的变异大些，有的变异小些。,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.2.2 结构的可靠度,二.结构抗力R抗力的随机性,结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度等，称为结构抗力，记作 R。,材料强度的离散性是造成结构抗力随机性质的主要原因。,可见荷载效应 S 和结构抗力 R 都是具有各自分布规律的随机变量。,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.2.2 结构的可靠度,三.结构的失效概率,结构的状态可用下面的状态函数表示：Z=R-S对应的：Z=R-S0时，结构处
8、于可靠状态；Z=R-S=0时，结构达到极限状态；Z=R-S0时，结构处于失效（破坏）状态。,失效概率,Pf=P（R-S0）,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.2.2 结构的可靠度,四.结构的可靠度 ps,Ps=P（R-S 0）=1-Pf,失效概率越小，表示结构可靠性越大。结构可靠性的概率度量即为结构可靠度。结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.2.3 结构的可靠指标,失效概率计算困难，所以用结构的可靠指标来表示结构的可靠度。,在砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式中，目标可靠指标是用三个分项系数来表达的：结构重要性系数
9、、材料分项系数、荷载分项系数来表达的。,1.2 结构的可靠度与可靠指标,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.3.1 目标可靠指标,与失效概率限值pf相对应的可靠指标称为目标可靠指标，记为。,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.3.2 分项系数,一.结构重要性系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,结构重要性系数是计算结构构件截面承载力时引入的与建筑物安全等级有关的分项系数，记作0。,1.3.2 分项系数,二.材料分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.钢筋强度的标准值：相当于一个比算术平均值偏低的强度值。2.混凝土强度
10、的标准值：混凝土立方体抗压强度标准值相当于立方体抗压强度平均值减去1.645倍的标准差，相当于具有95%的保证率。,（一）材料强度的标准值,材料强度的标准值就是材料的强度检验指标。,材料分项系数是材料强度标准值与材料强度设计值之比，砼的材料分项系数为1.4；钢筋的项系数与钢筋种类有关。,（二）材料分项系数,1.3.2 分项系数,三.荷载分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,（一）荷载的种类,按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：,永久荷载,在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。,可变荷载,在结构设计
11、基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。,偶然荷载,在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。,1.3.2 分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,三.荷载分项系数,（二）荷载的代表值,建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。可变荷载的代表值有标准值、组合值、准永久值和频遇值四种。永久荷载的代表值只有标准值一种。,1.3.2 分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,三.荷载分项系数,（二）荷载的代表值,定义 结构在使用期间可能出现的最大荷载值。作为荷载的基本代表值。,荷载的标准值,永久荷载标准值 永久荷载
12、代表值一般相当于永久荷载的平均值。可按结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；可变荷载标准值 我国规范中规定了屋面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等可变荷载标准值的具体数值或计算方法，设计时可以直接使用。,1.3.2 分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,三.荷载分项系数,（三）荷载的分项系数,荷载的分项系数等于荷载的设计值与荷载的标准值之比值。,永久荷载设计值 可变荷载设计值 式中 G 永久荷载分项系数 Q 可变荷载分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.3.2 分项系数,三.荷载分项系数,（三）荷载的分项系数,G-永久荷载分项系数,Q-可变荷载分项系数,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.3.3 设计表达式,一.承载力极限状态设计表达式,0 S R,R=R(fc,fs,k,),一般设计表达式：,可变荷载效应控制,永久荷载效应控制,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,1.3.3 设计表达式,二.正常使用极限状态设计表达式,S C,一般设计表达式：,用于裂缝控制等级为一级、二级。,标准组合,混凝土结构设计,本课完,THE END,好好学习 天天向上,
