1、.,1,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則, 工程結(jié)構(gòu)需要安全適用、經(jīng)濟合理；技術(shù)先進。 實際工程結(jié)構(gòu)中存在多種不確定性； 工程結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計原則就是研究各種不確定性問題，實現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟性的最佳平衡。,.,2,一、作用的概念： 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因，分直接作用和 間接作用兩種。 直接作用：是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力， 即荷載。 間接作用：是指引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原 因（混凝土收縮、溫度變化、基礎(chǔ)差異 沉降、地震等）。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計狀況 3.1.1結(jié)構(gòu)上的作用,.,3,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,4

2、,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,三、荷載標(biāo)準(zhǔn)值 是荷載的基本代表值，為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某個分位值。 1、 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：按設(shè)計尺寸與材料重力密度的乘積計算。一般相當(dāng)于設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的0.5分位值。 2、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某個分位值。 對于建筑結(jié)構(gòu)，查荷載規(guī)范GB50009。 對于道橋結(jié)構(gòu)，查公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60。,.,5,3.1 結(jié)構(gòu)的功能,3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能 （包括安全性、適應(yīng)性和耐久性）,一、 結(jié)構(gòu)的安全等級,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的影響程度分為三級。,建筑結(jié)構(gòu)的安全等級,.,6,3

3、.1 結(jié)構(gòu)的功能,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級,.,7,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,1、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。,2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限不同于實際壽命和設(shè)計基準(zhǔn)期。美國是100年,日本是80年 .,二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限和設(shè)計基準(zhǔn)期,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限分類,.,8,3、設(shè)計基準(zhǔn)期：指為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)。 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。 橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,9,3.1 結(jié)構(gòu)的功能,三、 結(jié)構(gòu)的功能 （包括安全性、適應(yīng)性

4、和耐久性）,1、 安全性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限內(nèi)，能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用。在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,設(shè)計使用年限：一般為50年。 各種作用：指荷載、外加變形和約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）； 偶然事件：如地震、爆炸、火災(zāi)、撞擊等； 整體穩(wěn)定性：指建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。,.,10,3.1 結(jié)構(gòu)的功能,結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限內(nèi)，在正常使用時具有良好的工作性能。 良好的工作性能：指不發(fā)生影響正常使用的過大的變形、振動，或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度等。,第三章 混

5、凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,2、 適用性,3、 耐久性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限內(nèi)，在正常維護下具有足夠的耐久性能。 耐久性能：指在各種因素（混凝土碳化、鋼筋銹蝕等）的影響下，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，而降低使用壽命。,.,11,3.2 極限狀態(tài),第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,12,（1）概念：承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形。-安全性。,3.2 極限狀態(tài),第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,1、承載能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State,（2）標(biāo)志 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超

6、過材料強度而破壞（包括疲勞破壞）或因過度變形而不適于繼續(xù)承載。 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）。 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）。 地基喪失承載能力而破壞。,.,13,3.2 極限狀態(tài),（2）標(biāo)志： 影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫、鋼筋銹蝕、漏水等）； 影響正常使用的振動； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,2、正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State,（1）概念：正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和

7、耐久性。,.,14,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.1.4 極限狀態(tài)方程,.,15,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,二、極限狀態(tài)方程,Z=0 即 R-S0,.,16,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.1.5 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀況,一、持久狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，且持續(xù)期與使用期為同一數(shù)量級的狀況。 應(yīng)進行承載能力、正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計,二、短暫狀況：在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而持續(xù)期較短的狀況。 一般只進行承載能力極限狀態(tài)計算，必要時才做正常使用極限狀態(tài)計算。,三、偶然狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。 只進行承載能力極限狀態(tài)

8、計算，不必考慮正常使用極限狀態(tài)計算。,.,17,3.1 結(jié)構(gòu)的功能,一、可靠性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護），完成預(yù)定功能（安全性、適用性和耐久性）的能力。即是安全性、適用性和耐久性的總稱。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.2.1結(jié)構(gòu)的可靠度,3.2 按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法,.,18,一、 R和S的概率密度曲線-正態(tài)分布,可見，在多數(shù)情況下，RS。 但在重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn)RS是不可能的。,3.2.2 可靠指標(biāo)與失效概率,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,19,二、 Z的概率密度曲線、失效概率、可靠指標(biāo),第三章 混凝土結(jié)構(gòu)

9、基本設(shè)計原則,失效概率,可見，Pf 越小， 越大,.,20,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,三、容許失效概率,四、失效概率pf與可靠指標(biāo)的關(guān)系,當(dāng)Pf 小于某個值時，人們不再擔(dān)心。該失效概率稱為容許失效概率Pf 。,.,21,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,五、建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo),六、橋梁結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo),.,22,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.3.3 材料強度和荷載的取值,材料強度有實測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值,一、材料強度,.,23,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,24,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,1、材料強度

10、標(biāo)準(zhǔn)值 根據(jù)材料強度概率分布的某個分位值確定。 混凝土的分位值取0.05（即95%的保證率）； 鋼筋的分位值取0.0227（即97.73%的保證率）。,2、材料強度設(shè)計值 等于材料強度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù)。,.,25,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3、混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值,.,26,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,4、混凝土強度設(shè)計值,.,27,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,建規(guī),橋規(guī),5、鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計值,.,28,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,1、荷載標(biāo)準(zhǔn)值前面已講,二、荷載,荷載也有實測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值,2、荷載設(shè)計值,（1）概念：等于荷載代表值與荷載分

11、項系數(shù)的乘積。,（2）荷載分項系數(shù)取值,.,29,（2）頻遇值結(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)的較大作用值,但小于 標(biāo)準(zhǔn)值。,頻遇值 =頻遇值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,t/T 0.1,（1） 組合值當(dāng)有兩個或兩個以上可變荷載同時作 用時的代表值 。,組合值=組合值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,30,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,3.3.4 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式,一、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0,.,31,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,基本組合-由可變荷載效應(yīng)控制,基本組合-由永久荷載效應(yīng)控制,三、建規(guī)-承載能力極限狀態(tài)的 荷載效應(yīng)組合設(shè)計值S,.,32,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝

12、土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,基本組合,四、橋規(guī)-承載能力極限狀態(tài)的 荷載效應(yīng)組合設(shè)計值Sud,.,33,3.3.5 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,一、建規(guī)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式：,S C,2、S-正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值,1、C-正常使用極限狀態(tài)所規(guī)定的變形、裂縫寬度和應(yīng)力等的限值。具體見教材P322附表4-1和4-3,標(biāo)準(zhǔn)組合,.,34,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,-分別為頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久系數(shù)。具體查JTG D60第4.1.7。,.,35,3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,.,36,小結(jié),本章的主要內(nèi)容 1、結(jié)構(gòu)的功能：安全性、適用性和耐久性；可靠性與可靠度 2、兩類極限狀態(tài)：概念和標(biāo)志 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不確定性,本章小結(jié),第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則,鏈接下一章,4、以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法