极限状态设计法02.

混凝土结构设计原理吴立朋博士2015年9月上一节课的内容1：结构设计理论的发展；2：可靠性，可靠度；3：承载能力极限状态，正常使用极限状态；4：作用效应及抗力；5：功能函数的意义；6：三种设计状况；结构设计计算原则第一部分桥梁结构设计步骤准备工作确定结构方案结构布置结构计算简图结构分析和设计计算了解工程背景掌握设计所需原始资料收集设计参考资料制定工作计划上部结构墩台基础荷载计算荷载效应组合结构内力分析构件截面设计构造要求结构设计说明结构设计计算书结构设计图纸时间上和空间上材料强度取值材料强度具有变异性混凝土强度标准值：具有95％保证率的值.钢筋强度标准值：具有不小于95％保证率的值.材料强度设计值：标准值除以材料分项系数(γm1)sksdsffckcdcff混凝土抗压强度设计值钢筋抗拉强度设计值混凝土材料分项系数，1.45钢筋材料分项系数，普通钢筋1.2，高强筋1.47材料强度取值公路桥梁结构上的作用作用---所有引起结构反应的因素（荷载、风、地震、温度改变、基础沉降等）作用效应---作用使结构产生的内力、变形、应力、应变、裂缝等作用分类-按照作用的位置、大小、方向随时间变化的特点，可分为：永久作用可变作用偶然作用永久作用永久作用在设计基准期内其值不变或变化可忽略不计的作用，也称恒载。永久作用包括：结构自重、桥面铺装、附属设施或管线、土侧压力、水浮力、混凝土的收缩徐变等。桥涵通用规范JTGD60-2004规定可变作用●可变作用：最常考虑的可变作用在设计基准期内其作用位置、大小、方向随时间变化的作用。汽车荷载汽车荷载人群荷载人群荷载支座摩阻力支座摩阻力温度作用温度作用风荷载风荷载流水压力流水压力冰压力冰压力自重自重冲击力冲击力制动力制动力离心力离心力桥涵通用规范JTGD60-2004规定偶然作用定义：设计基准期内不一定出现，但出现时量值很大，持续时间较短的作用。桥涵通用规范JTGD60-2004规定结构设计时，如何计算作用？对作用给定一个量值，此量值称为作用代表值作用代表值按不同的设计状态和极限状态的不同要求，可分为：标准值——是作用的基本代表值，取自结构设计规定期限内可能出现的最不利值；频遇值——结构上较频繁出现的且量值较大的作用取值（=ψ1×标准值）；准永久值——结构上经常出现的且量值较小的作用取值（=ψ2×标准值）。（1≥ψ1≥ψ2）作用代表值的分类作用代表值永久作用：采用标准值作为代表值。对结构自重，为设计尺寸与重力密度的乘积。可变作用：查《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）计算。作用效应组合一种结构设计方法两种极限状态三种设计状况四种作用效应组合一种结构设计方法•现行公路桥梁的设计方法：采用以概率论为基础的极限状态设计方法，即按分项系数的设计表达式进行桥梁设计。一种结构设计方法•作用标准值的确定大量各类作用具有代表性数据→作用的统计参数和概率分布类型→以随机过程概率模型描述可变荷载→确定设计基准期内最大的概率分布值→选择概率分布的某一分位值作为作用标准值•分项系数、组合系数的确定明确了桥梁总体失效概率后，通过优化原则加以确定两种极限状态◆什么是极限状态？－－若整个结构或结构的一部分达到一个使它不适合使用的临界状态。◆什么是承载能力极限状态－－对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态。包括：构件达到极限强度而破坏、疲劳破坏、产生加大的几何变形，结构倾复、失稳、变成机动体系。两种极限状态◆什么是正常使用极限状态？－－对应于结构或构件达到正常使用和耐久性的各项规定限制的极限状态。包括：结构及构件外观变形、局部破坏、开裂、振动等。三种设计状况◆持久状况（桥梁的使用阶段，持续时间长）必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算◆短暂状况（桥梁的施工阶段，持续时间短）一般只进行承载能力极限状态计算（时间短），必要时才作正常使用极限状态的计算◆偶然状况（偶然出现的状况，概率极小，持续时间极短）只进行承载能力极限状态计算（保证主要承重结构不丧失承载能力，或只发生局部破坏）四种效应组合作用不一定同时出现影响结构安全的组合作用效应组合选取计算四种效应组合根据结构物的特性，考虑各种作用同时发生的可能性进行组合，取其最不利效应组合进行设计•按承载能力极限状态设计时基本组合偶然组合•按正常使用极限状态设计时短期效应组合长期效应组合四种效应组合●按承载能力极限状态设计的作用效应组合基本组合组合＝永久作用设计值效应+可变作用设计值效应◆表达式：即：四种效应组合偶然组合●按承载能力极限状态设计的作用效应组合组合＝永久作用标准值效应+可变作用代表值效应+一种偶然作用标准值效应或永久作用标准值效应+一种偶然作用标准值效应◆表达式：四种效应组合承载能力极限状态设计----作用效应组合举例基本组合偶然组合撞击力四种效应组合●按正常使用极限状态设计的作用效应组合按考虑可变作用持续的时间分为：◆短期效应组合◆长期效应组合四种效应组合正常使用极限状态设计----作用效应组合举例短期效应组合长期效应组合四种效应组合●有关说明＊正常使用极限状态计算时，永久作用采用标准值，即分项系数=1；＊正常使用极限状态计算时，汽车荷载不计冲击力；＊偶然作用只能组合一个；＊结构上不可能同时出现，或对结构有利的作用不能组合。某钢筋混凝土简支梁，安全等级为一级。结构重力、汽车荷载及人群荷载下，主梁跨中截面弯矩标准值分别为：结构重力产生的弯矩MGK=552kNm，计及冲击系数的汽车荷载产生的弯矩MQ1k=460kNm，不计冲击系数的汽车荷载产生的弯矩MQ1k=386kNm，人群荷载产生的弯矩MQ2k=41kNm。计算设计时的作用效应组合。课堂练习祝同学们国庆节愉快！