按近似概率理论的极限状态设计法

《按近似概率理论的极限状态设计法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《按近似概率理论的极限状态设计法（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第三章按近似概率理论的极限状态设计法 结 构 上 的 作 用 直 接 作 用 ： 荷 载 间 接 作 用 ： 混 凝 土 的 收 缩 、 温 度 变 化 、 基 础 的 差 异 沉 降 、 地 震作 用 效 应 （ 或 荷 载 效 应 ） ： 作 用 在 结 构 上 并 使 结 构 产 生 内 力 （ 如弯 矩 、 剪 力 、 轴 向 力 、 扭 矩 等 ） 、 变 形 、 裂 缝 等 作 用 。1.荷 载 的 分 类 ：按 作 用 时 间 的 长 短 和 性 质 ， 荷 载 分 为 三 类 ：1） 永 久 荷 载 在 结 构 设 计 使 用 年 限 内 ， 其 值 不 随 时 间 而 变 化

2、 ，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 。2） 可 变 荷 载 在 结 构 设 计 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 。3） 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 。 2.荷 载 的 标 准 值荷 载 标 准 值 ： 具 有 一 定 概 率 的 最 大 荷 载 值 .确 定 ：a.结 构 的 自 重 可 根 据 结

3、构 的 设 计 尺 寸 和 材 料 的 重 力 密 度 确 定 ；b.可 变 荷 载 常 与 时 间 有 关 ， 在 缺 少 大 量 统 计 材 料 的 条 件 下 ，可 近 似 按 随 机 变 量 来 考 虑 ； . . 结 构 的 功 能 要 求1.结 构 的 安 全 等 级（ 1） 确 定 原 则 ： 根 据 破 坏 后 果 的 严 重 性 ；（ 2） 等 级 标 准 ：安 全 等 级 破 坏 后 的 影 响 程 度 建 筑 物 的 类 型一 级 很 严 重 重 要 的 建 筑 物二 级 严 重 一 般 的 建 筑 物三 级 不 严 重 次 要 的 建 筑 物 2.结 构 的 设 计 使

4、 用 年 限结 构 使 用 年 限 ： 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 房 屋 结 构 为 50年 ； 桥 梁 结 构 和 水 工 结 构 超 过 50年 ， 可 根 据 业 主 要 求 确 定 ； 结 构 使 用 时 间 超 过 规 定 的 年 限 后 ， 可 靠 性 降 低 ， 但 不 一 定不 能 用 。注 意

5、： 区 别 建 筑 物 的 设 计 使 用 年 限 与 建 筑 物 的 使 用 寿 命 。 3.建 筑 结 构 的 功 能 要 求（ 1） 安 全 性 ： 结 构 在 正 常 施 工 和 使 用 时 应 能 承 受 可 能 出 现 的 各 种 荷 载及 外 部 作 用 ， 以 及 在 偶 然 事 件 发 生 时 及 发 生 后 能 保 持 必 需 的 整 体 稳 定性 ；（ 2） 适 用 性 ： 结 构 在 正 常 使 用 时 有 良 好 的 工 作 性 能 ；（ 3） 耐 久 性 ： 结 构 在 正 常 使 用 和 正 常 维 护 条 件 下 ， 应 具 有 足 够 的 耐 久性 。 即 在

6、 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 。可 靠 性 安 全 性 、 适 用 性 和 耐 久 性 的 总 称 ， 指 结 构 在 规 定 的 使 用 期 限内 （ 设 计 工 作 寿 命 =50年 ） ， 在 规 定 的 条 件 下 （ 正 常 设 计 、 正 常 施 工 、正 常 使 用 和 维 护 ） ， 完 成 预 定 结 构 功 能 的 能 力

7、 。 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 。 . . 结 构 功 能 的 极 限 状 态极 限 状 态 的 分 类 ： 承 载 力 极 限 状 态 、 正 常 使 用 极 限 状 态 （ 1） 承 载 力 极 限 状 态 承 载 力 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 。 是 判 别 结 构 是 否 满 足 安 全 性 要 求 的 标 准 ， 指 结 构 或

8、结 构构 件 达 到 最 大 承 载 能 力 或 不 适 于 继 续 加 载 的 变 形 。结 构 或 构 件 丧 失 承 载 能 力 或 不 能 继 续 承 载 的 状 态 ： 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 使 用 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

9、曲 失 稳 ） （ 2） 正 常 使 用 极 限 状 态正 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 。 是 判 别 结 构 是 否 满 足 正 常 使 用 和 耐 久 性 要 求 的 标 准 ，指 结 构 或 构 件 达 到 正 常 使 用 或 耐 久 性 的 某 些 规 定 限 值 。 过 大 的 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 、

10、 漏 水 等 ） ； 过 大 的 振 动 （ 不 舒 适 ） ； 其 他 正 常 使 用 要 求 。（ 3） 两 种 极 限 状 态 之 间 的 关 系 ： 结 构 或 构 件 必 须 进 行 承 载力 极 限 状 态 计 算 ， 必 要 时 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 验 算 。 . . 极 限 状 态 方 程极 限 状 态 函 数 表 示 ： Z=R-SS： 荷 载 效 应 结 构 上 的 各 种 作 用 （ 如 荷 载 、 不 均 匀 沉 降 、 温 度 变 形 、收 缩 变 形 、 地 震 等 ） 产 生 的 效 应 总 和 （ 如 弯 矩 M、 轴 力 N、剪 力 V、

11、扭 矩 T、 挠 度 f、 裂 缝 宽 度 w 等 ）R： 结 构 抗 力 结 构 抵 抗 作 用 效 应 的 能 力 ， 如 受 弯 承 载 力 Mu、 受 剪 承载 力 Vu、 容 许 挠 度 f、 容 许 裂 缝 宽 度 w。 Z=R-S0 时 ， 结 构 处 于 可 靠 状 态 ； Z=R-S=0时 ， 结 构 达 到 极 限 状 态 ； Z=R-S R) 荷 载 效 应 S、 结 构 抗 力 R都 是 随 机 变 量 ， 假 定 R、 S相 互独 立 且 服 从 正 态 分 布 时 ， 功 能 函 数 Z也 服 从 正 态 分 布 。Zfz(z)p f z0 z SRZ 22 SRZ

12、 结 构 可 靠 度 ： 结 构 在 规 定 的 时 间 内 和 规 定 的 条 件 下 ， 完 成预 定 结 构 功 能 的 概 率 。 规 定 的 时 间 指 结 构 设 计 的 基 准 期 。 在 同 样 条 件 下 ，规 定 时 间 越 长 ， 结 构 的 可 靠 度 越 低 。 规 定 的 条 件 指 正 常 设 计 、 正 常 施 工 、 正 常 使 用 条 件 ，排 除 人 为 错 误 或 过 失 因 素 。 可 靠 概 率 PS 结 构 完 成 预 定 功 能 的 概 率 ：失 效 概 率 Pf ： 建 筑 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 GB50068-2001对

13、 一 般性 工 业 与 民 用 建 筑 的 失 效 概 率 规 定 不 得 超 过 以 下 限 值 ： 延 性 破 坏 的 结 构 ： 【 P f】 6.9 10-4 塑 性 破 坏 的 结 构 ： 【 Pf】 1.1 10-4 0 )()0( dzzfZPp Zf 0 )()0( dzzfzPPs Zfz(z)pf z0 z 2.可 靠 指 标 Pf的 计 算 复 杂 ， 所 以 引 入 可 靠 指 标 替 代 失 效 概 率 Pf来 度量 结 构 的 可 靠 性 。 2 2R SZZ R S 可 靠 指 标 与 失 效 概 率 一 一 对 应 。 在 建 筑 结 构 设 计 时 ， 应 根

14、 据 建 筑 物 的 安 全 等 级 进 行 ， 按 规 定的 可 靠 指 标 进 行 设 计 的 设 计 准 则 按 可 靠 指 标 的 设 计 准则 。建 筑 物 的 安 全 等 级 的 划 分 ： 根 据 结 构 破 坏 可 能 产 生 的 后 果 的 严 重 程 度 划 分 。安 全 等 级 破 坏 后 果 建 筑 物 类 型 一 级 很 严 重 重 要 的 房 屋 二 级 严 重 一 般 的 房 屋三 级 不 严 重 次 要 的 房 屋 结 构 构 件 承 载 能 力 极 限 状 态 的 目 标 可 靠 度 指 标 破 坏 类 型 安 全 等 级一 级 二 级 三 级延 性 破 坏

15、3.7 3.2 2.7脆 性 破 坏 4.2 3.7 3.2 1.承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 的 方 法 (1)承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 表 达 式承 载 能 力 极 限 状 态 应 采 用 基 本 组 合 、 偶 然 组 合 进 行 荷 载 效 应组 合 ， 并 采 用 下 列 设 计 表 达 式 ：RS00结 构 重 要 性 系 数 安 全 等 级 为 一 级 =1.1 安 全 等 级 为 二 级 =1.0 安 全 等 级 为 三 级 =0.9 S荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值 ； R结 构 构 件 抗 力 的 设 计 值 。 对 于 基 本 组 合 ，

16、荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值 S应 从 下 列 组 合 值中 取 最 不 利 值 确 定 ：（ 1） 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ni QiKciQiKQQGKG SSSs 211 G 永 久 荷 载 的 分 项 系 数 ， 应 按 第 3.2.5 条 采 用 ； Qi 第 i 个 可 变 荷 载 的 分 项 系 数 ， 其 中 Q1为 可 变 荷 载 Q1的 分 项 系 数 ， 应 按 第 3.2.5 条 采 用 ；SGk 按 永 久 荷 载 标 准 值 Gk 计 算 的 荷 载 效 应 值 ；S Qik 按 可 变 荷 载 标 准 值 Qik 计 算 的 荷

17、载 效 应 值 ， 其 中 SQ1k 为 诸 可 变 荷 载 效 应 中 起 按 制 作 用 者 ； ci 可 变 荷 载 Qi 的 组 合 值 系 数 ， 应 分 别 按 各 章 的 规 定 采用 ； n 参 与 组 合 的 可 变 荷 载 数 。 其 中 ： 当 对 结 构 不 利 时 ， =1.35 当 其 对 结 构 有 利 时 =1.0（ 一 般 情 况 ）（ 抗 倾 覆 、 滑 移 、 漂 浮 =0.9） 同 上 =1.4 （ 当 荷 载 4K N/m2, =1.3） （ 2） 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ni QiKQiQiGKG SSS 1 设 计 时 应

18、取 以 上 两 种 基 本 组 合 值 中 取 不 利 者 G GGQi Qi Qi 对 排 架 、 框 架 结 构 简 化 组 合 形 式 ， 荷 载 效 应 组 合 的 设 计值 S应 从 下 列 组 合 值 中 取 最 不 利 值 确 定 ： KQQGKG SSS 11 QiKni QiGKG SSS 11.350.91.4 2.按 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 的 方 法正 常 使 用 极 限 状 态 应 采 用 标 准 组 合 、 频 遇 组 合 、 准 永 久 组 合进 行 效 应 组 合 ， 并 采 用 下 列 设 计 表 达 式 ：S CC结 构 或 构 件 正 常

19、使 用 要 求 的 规 定 限 值 。注 意 事 项 ： 荷 载 采 用 标 准 值 ， 材 料 强 度 用 标 准 值 不 计 入 结 构 重 要 性 系 数 。 结 构 构 件 正 截 面 的 裂 缝 控 制 等 级 分 为 三 级 ：一 级 严 格 要 求 不 出 现 裂 缝 的 构 件 ， 按 荷 载 效 应 标 准 组 合计 算 时 ， 构 件 受 拉 边 缘 混 凝 土 不 应 产 生 拉 应 力 ；二 级 一 般 要 求 不 出 现 裂 缝 的 构 件 ， 按 荷 载 效 应 标 准 组 合计 算 时 ， 构 件 受 拉 边 缘 混 凝 土 拉 应 力 不 应 大 于 混 凝 土

20、 轴 心抗 拉 强 度 标 准 值 ； 按 荷 载 效 应 准 永 久 组 合 计 算 时 ， 构 件 受拉 边 缘 混 凝 土 不 宜 产 生 拉 应 力 ， 当 有 可 靠 经 验 时 可 适 当 放松 ；三 级 允 许 出 现 裂 缝 的 构 件 ， 按 荷 载 效 应 标 准 组 合 并 考 虑长 期 作 用 影 响 计 算 时 ， 构 件 的 最 大 裂 缝 宽 度 不 应 超 过 表3.3.4规 定 的 最 大 裂 缝 宽 度 限 值 。 结 构 构 件 的 裂 缝 控 制 等 级 及 最 大 裂 缝 宽 度 限 值环 境 类 别 钢 筋 混 凝 土 结 构 预 应 力 混 凝 土

21、 结 构裂 缝 控 制 等 级 lim(mm) 裂 缝 控 制 等 级 lim(mm)一 三 0.3(0.4) 三 0.2二 三 0.2 二 -三 三 0.2 一 - 荷 载 的 标 准 组 合 Sk： ni iciSSSS 2 kQQ1kGks QiKiqniKQfGK SSSS 211可 变 荷 载 的 频 遇 值 系 数1f 1Q可 变 荷 载 的 准 永 久 值 系 数 qi iQ荷 载 的 频 遇 组 合 荷 载 的 准 永 久 组 合 Sq： ni iqil SSS 1 kQGk 式 中 ， qi 第 i个 可 变 荷 载 的 准 永 久 值 系 数可 变 荷 载 标 准 值可 变 荷 载 的 准 永 久 值qi