结构的荷载抗力系数设计法

第七章结构的荷载抗力系数设计法第七章结构的荷载抗力系数设计法7.2荷载抗力系数设计法7.1基于可靠度理论的结构设计规范主要内容7.3全概率直接可靠度设计法7.1基于可靠度理论的结构设计规范第七章结构的荷载抗力系数设计法7.1基于可靠度理论的结构设计规范…17.1.1规范的作用–建筑结构的建造过程包括：设计，构件制造，运输，建造，验收，使用，维修，撤除。–设计规范的作用是保证建造结构满足社会可接收的安全水平。–它是设计，建造，承包和投资人沟通交流的依据。投资人设计人承包人建造人规范7.1基于可靠度理论的结构设计规范…27.1.2基于可靠度理论的设计规范GeneralPrinciplesonReliabilityforStructures(ISO2394:1998)1.国际标准2.中国规范建筑结构可靠度设计统一标准(GB50153—92)7.1基于可靠度理论的结构设计规范…31.建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068—2001)2.公路结构可靠度设计统一标准(GB/T50283—1999)3.铁路结构可靠度设计统一标准(GB50216—94)4.水工结构可靠度设计统一标准(GB50119—94)5.港口结构可靠度设计统一标准(GB50158—92)7.1基于可靠度理论的结构设计规范…27.1.3规范的设计水平–水平Ⅰ:基于经验的确定性设计规范()kkGQkKSSR≤–水平Ⅱ:近似概率极限状态设计法（荷载抗力系数设计法）–水平Ⅲ:全概率直接可靠度设计方法–水平Ⅳ:全寿命设计方法。7.2荷载抗力系数设计法第七章结构的荷载抗力系数设计法7.2荷载抗力系数设计法…17.2.1结构设计的目标[]sP式中,和目标可靠指标。[]fP[],,分别是目标安全概率,目标失效概率，ssPP≥[]ffPP≤[]≥[]……………(1)……………(2)……………(3)–第三个公式是工程中常用的公式。7.2荷载抗力系数设计法…27.2.2目标可靠指标结构可靠———最佳平衡点———经济确定[]考虑的因素：①公众心理→=2.5-4.0。结构很安全510-5结构安全510-4结构较安全510-3公众心里50年基准期失效率工程结构在设计基准期内公众能接受的失效概率7.2荷载抗力系数设计法…3④社会经济承受力--经济越发达，[]越高。②结构重要性③结构破坏性质--脆性结构的[]应高于延性结构的[]延性破坏--结构构件在破坏前有明显的变形或其他预兆。脆性破坏--结构构件在破坏前无明显的变形或其他预兆。次要的房屋不严重三级一般的房屋严重二级重要的房屋很严重一级建筑物类型破坏后果安全等级建筑结构安全等级划分7.2荷载抗力系数设计法…4承认传统设计结构所具有可靠度的合理性，通过计算得出传统设计结构的可靠度水平，以该可靠度水平作为参考目标可靠水平，考虑使用经验和经济因素等确定目标可靠水平。校准法确定目标可靠指标的计算步骤（单一系数确定性设计法）()kkGQkKSSR≤QGSSRZ（1）明确设计表达式，由此确定简单荷载组合情况功能函数，明确各荷载、抗力的统计参数（均值系数和变异系数），活荷载效应与恒荷载效应比。kXXmXXm校准法7.2荷载抗力系数设计法…5（3）根据荷载、抗力标准值和其统计参数，确定其相应的荷载效应和抗力的均值和标准值。（4）根据功能函数和荷载效应和抗力的均值和标准值，采用验算点法确定结构可靠指标。kXXmXXmQkS/QkGkSSkR（2）假定活荷载效应标准值，由荷载效应比确定恒荷载效应标准值，由设计表达式确定抗力标准值。()()(1)kGkQkGkGkGkRKSSKSSKS（5）对不同荷载效应比的结构可靠指标求均值，得到最终的结果。7.2荷载抗力系数设计法…6已知一钢筋混凝土轴心受压构件在恒荷载FG和楼面活荷载FL作用下，其对应荷载效应分别为SG和SL。该构件按中国TJ9-74规范设计，假定活荷载与恒荷载效应比为，试标定该构件所具有的可靠指标。/1.0QkGkSS已知荷载和抗力的统计参数分别为:1.33RR服从对数正态分布0.17RV1.06GSGS服从正态分布0.07GSV0.70LSLS服从极值I型分布0.29LSV例7.11.55K中国TJ9-74规范关于钢筋混凝土轴心受压构件的安全系数为7.2荷载抗力系数设计法…7解：(1)确定结构极限状态对应的功能函数()kkGQkKSSR≤QGSSRZ(2)假定楼面活荷载标准值，并确定恒荷载和抗力标准值/10/110kkGLSS()1.55(1010)31kGkQkRKSS10LSQLSS7.2荷载抗力系数设计法…8(4)用JC法计算构件的可靠指标3.8082(3)确定个随机变量的的均值和标准差0.742GGGSSSV1.333141.23RRkR0.1741.237.009RRRV10.6GGSSGkS2.03LLLSSSV7.0LLSSLkS作业2.0对于例7.1，荷载效应比为时，试标定结构的可靠指标。7.2荷载抗力系数设计法…9结构构件承载力极限状态的可靠指标[]（GB50068-2001）中国建筑结构构件目标可靠度水平7.2荷载抗力系数设计法…10S式中,为荷载效应均值；为结构抗力均值；R为中心安全系数。0K7.2.3单一系数设计表达式基于随机变量均值单一系数设计表达式:0SRK–R和S服从正态分布情况22220221(1)1RSRRK220exp()RSK–R和S服从对数正态分布情况7.2荷载抗力系数设计法…11kS式中,是荷载效应的标准值；是结构抗力的标准值；kR是特征安全系数。K基于随机变量标准值的单一系数设计表达式kkKSR011RRSSkKKk(1)kRRRRk(1)kSSSSk7.2荷载抗力系数设计法…12荷载效应均值、标准值和乘系数值的关系0SS,荷载效应SnSnS荷载均值荷载标准值荷载乘系数值p7.2荷载抗力系数设计法…13结构抗力均值、标准值和乘系数值0RR,抗力RnRnR抗力均值抗力标准值乘系数抗力值p7.2荷载抗力系数设计法…147.2.4多系数设计表达式(荷载抗力系数法)特征抗力乘系数值总特征荷载效应乘系数值kniRkiSiRS11式中：构件荷载效应的特征值（标准值），是荷载分项系数，是构件抗力的特征值（标准值），是抗力分项系数。kiSSikRR荷载抗力系数法的表达式：7.2荷载抗力系数设计法…15*11kRRRRRRkR*(1)RRRRRRR(1)kRRRRkkniRkiSiRS11荷载抗力系数法的确定)1(*SiSiSiSiSiSiiS)1(SisSikkSSisSiSikiSikSS11*niiSRZ17.2荷载抗力系数设计法…167.2.5荷载抗力系数设计法规范设计表达式1102()(,,)iinGGkQQkQciQkkkkiSSSRfaR1≤01()(,,)iinGGkQciQkkkkiSSRfaR1≤式中：—结构重要性系数；0G—恒荷载分项系数；1Q,—分别为第1个和i个可变荷载分项系数；iQGkS—恒荷载效应标准值；1QkS—主导可变荷载效应标准值；7.2荷载抗力系数设计法…17iQkS—第i个可变荷载效应标准值；ic—第i个可变荷载的组合系数；()R—结构构件的抗力函数；R—构件抗力分项系数；kf—结构材料性能的特征值；ka—构件几何参数的特征值。–在实际工程中，常应用第二个公式，因为恒荷载一般都是主要荷载。7.2荷载抗力系数设计法…187.2.6荷载抗力系数的标定方法（3）对于各种构件在不同的荷载效应比值下，按所选定的各分项系数进行结构设计，所具有的可靠指标与目标可靠指标最为接近。1、荷载抗力系数的标定（1）同一作用对于各种构件受力类型具有相同的荷载分项系数，各个作用有各自的分项系数。（2）对于不同类型的构件有各自的抗力分项系数，对于同一种构件在任何荷载作用下，其抗力系数不变。标定原则：6.2荷载抗力系数设计法…19（1）明确分析对象，已知荷载和抗力的统计参数与概率模型、荷载效应比、目标可靠指标和规范设计表达式。0ijiGGiiSSRg标定的步骤：（3）根据简单荷载工况和规范设计表达式可确定简单荷载工况下的极限状态设计表达式和极限状态方程。（2）根据分析工程结构的荷载特点，确定其荷载工况，并确定简单荷载组合工况。01()(,,)iinGGkQciQkkkkiSSRfaR1≤iKRQQGGRrSrSriijKjiK16.2荷载抗力系数设计法…20（4）采用优化的方法确定荷载分项系数。])(min[12**1nlilKilKilKmiRRRH0ijiGGiiSSRg–恒荷载有利情况，荷载分项系数.0.1G4.1QiilKR*ilKRGQiiKRQQGGRrSrSriijKjiK1–恒荷载不利情况，荷载分项系数.2.1G4.1Qi35.1G4.1Qi6.2荷载抗力系数设计法…21（5）采用最小二乘法确定抗力分项系数nllRiilKnlilKilKiSrRRRH12*12*)()(0/RiirHnlnlllilKRiSSRr112*/（6）按确定的荷载抗力系数计算设计表达式所具有的可靠度水平，检验是否满足精度要求。iKRQQGGRrSrSriijKjiK1lQQlGkGlijKjSrSrS)()(标定的流程：开始最小二乘法确定抗力系数否是输出结果目标可靠指标下抗力标准值功能函数多组荷载系数最小二乘法确定抗力系数确定简单荷载组合工况设计表达式输入已知条件：随机变量的概率参数和分布类型，极限状态方程给定荷载系数下抗力标准值优化法确定荷载分项系数||*验算点法求抗力的计算流程开始否在处对非正态随机变量等效正态化*X计算敏感性系数i是输入已知条件：可靠指标,随机变量的概率参数和分布类型,功能函数计算验算点:QiQiQiSSSQiS*0),,...,,...,(****1RSSSgQnQiQ1**iiRR假定随机变量初始取值:,*QiS*R输出结果*R)1ln(exp(122*RRRRRRRkR6.2荷载抗力系数设计法…22基本思想就是采用荷载组合系数来保证多可变荷载作用时的可靠指标与单可变荷载作用时的可靠指标具有一致性。,,2**m),,(),,(),,(/IilKKKinilililRRR－0QmGSSRg00.6风荷载为主要可变荷载的荷载工况0.7其它可变荷载工况2、荷载组合系数的标定01()(,,)iinGGkQciQkkkkiSSRfaR1≤])([1),(),,(),,()(),,(njQQlGGRKilKjjilKiilSrSrrR*),,(ilKR6.2荷载抗力系数设计法…23为了区别不同结构的安全等级提出，可通过结构重要性系数实现对不同安全等级结构目标可靠指标的调整。,,2**m),,(),,(),,(/IilKKKinilililRRR－0QmGSSRg0r1.1重要结构0.9次要结构1.0一般结构2、结构重要性系数的标定01()(,,)iinGGkQciQkkkkiSSRfaR1≤*),,(ilKR])([10),(),()(),,(njQQGGRKiKjjiKiilSrSrrrR7.3全概率直接可靠度设计法第七章结构的荷载抗力系数设计法7.