钢筋混凝土结构3.1

第三章按近似概率理论的极限状态设计法3.1极限状态3.1.1结构上的作用(荷载)定义:结构上的作用指施加在结构上的集中或分布荷载及引起结构外加变形或约束变形的原因。分类:直接作用:荷载间接作用:地基变形、混凝土收缩、温度变化、地震等引起的作用荷载分类:按作用时间的长短和性质，荷载分为三类(1)水久荷载(恒荷载)在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与其平均值相比可以忽略不计的荷载。例如，结构自重、土压力、预应力等。注：自重是指材料自身所受重力产生的荷载(重力)。(2)可变荷载(活荷载)在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。例如，楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。(3)偶然荷载在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。例如，爆炸力、撞击力等。2荷载的代表值在结构设计时，应根据各种极限状态的设计要求采用不同的荷载代表值。永久荷载以其标准值作为代表值可变荷载根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。注：荷载标准值是荷载的基本代表值，其他代表值是以其标准值乘以相应的系数后得出。A．荷载标准值荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。(1)永久荷载标准值对于结构或非承重构件的自重，由于变异性不大，一般以其平均值作为荷载标准值，即可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积(或面积)的自重平均值确定。(2)可变荷载标准值《荷载规范》已给出了各种可变荷载标准值的取值，设计时可直接查用。B．荷载准永久值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载取准永久值。荷载准永久值=荷载标准值×准永久系数C荷载频遇值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。频遇荷载值=可变荷载标准值×频遇系数D．荷载组合值荷载组合值=可变荷载标准值×组合值系数3作用效应各种作用对结构引起内力(如轴力、剪力、弯矩、扭矩)和变形(如挠度、转角、裂缝等)称为“作用效应”，也叫荷载效应。荷载效应为随机变量，它的变化规律与结构可靠度的分析关系密切。3.1.2结构抗力3.1.2.1结构抗力的概念结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。如构件的承载力、刚度等，用只R表示。影结构抗力的因素有：（1）材料性能的不定性。（2）构件几何参数的不定性。（3）计算模式的不定性。3.1.2.2材料强度标准值混凝土强度标准值的保证率为95％钢筋强度保证率为97．75％3.2.3材料强度设计值A．混凝土强度设计值混凝土强度设计值=混凝土强度标准值÷混凝土材料分项系数。混凝土材料分项系数γc＝1．4B．钢筋强度设计值钢筋抗拉强度设计值=钢筋强度标准值÷钢筋筋材料分项系数γs热轧钢筋γs=1.15；预应钢筋γs=1.23.1.3结构的功能要求1.结构的安全等级根据建筑结构破坏后果的严重程度将其划分为三个安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级二级三级很严重严重不严重重要的建筑物一般的建筑物次要的建筑物2.结构的设计使用年限指计算结构可靠度所依据的年限一般建筑结构的设计使用年限为50年特别重要的建筑结构的设计使用年限为100年注:结构的设计使用年限与其使用寿命不等同3.建筑结构的功能结构设计的目的，是使所设计的结构能满足各种预定的功能要求，对建筑结构应具备的功能要求是：(1)安全性建筑结构在正常施工和正常使用时应能承受可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形的用，以及在偶然事件(如地震等)发生时以及发生后能保持结构必需的整体稳定性，不发生倒塌。(2)适用性建筑结构在正常使用时，应能满足预定的使用要求(3)耐久性建筑结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定的功能要求。如不发生由于保护层碳化或裂缝宽度开展过大导致钢筋的锈蚀，混凝土不发生严重风化、老化、腐蚀而影响结构的使用寿命。3.1.4结构的极限状态结构能满足功能要求，称结构“可靠”或“有效”；否则，称结构“不可靠”或“失效”区分结构工作状态的“可靠”与“失效”的界限是“极限状态”。极限状态是结构或构件能够满足前述某一功能要求的临界状态。超过这一界限，结构或其构件进入失效状态结构极限状态分为如下两类：承载能力极限状态正常使用权限状态1承载能力极限状态结构或其构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形。当结构成其构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移和飘浮)(2)结构构件或连结因材料强度破坏(包括疲劳强度被超过的破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承受荷载；(3)结构转变为机动体系；(4)结构或构件丧失稳定(如压屈等)。2正常使用极限状态结构或其构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或其构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：(1)影响正常使用或外观的变形；(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)(3)影响正常使用的振动；(4)影响正常使用的其他特定状态。3.2混凝土结构设计方法按《混凝土结构设计规范》和《统一标准》的规定，混凝土结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计。对结构构件应根据承载能力极限状态和正常使用权限状态的要求，分别进行计算或验算；(1)所有结构构件均应进行承载力计算，在必要时尚应进行结构的倾覆、滑移和飘浮的验算。(2)对使用上需控制变形的结构构件，应进行变形验算；（3)对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算。3.2.1概率极限状态设计法以概率理论为基础的极限状态设计方法，简称为概率极限状态设计法，又称为近似概率法。此法是以结构的失效概率或可靠指标来度量结构的可靠度。3.2.1.1功能函数与极限状态方程结构构件完成预定功能的工作状态，可用下列结构功能函数Ｚ来描述功能函数：Ｚ＝ｇ（ｘ２，ｘ２，…ｘｎ）极限状态方程：Ｚ＝Ｒ－ＳＲ——结构抗力，Ｓ——作用效应当Z＞0时，Ｒ＞Ｓ结构处于可靠状态当Z＝0对，Ｒ＝Ｓ结构处于极限状态当2＜0时，Ｒ＜Ｓ结构处于失效状态3.2.1.2结构的可靠度指标结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。可靠度是对结构可靠性的一种定量描述，亦即概率度量。破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3．73．22．7脆性破坏4．23．73．2表3-3不同安全等级的目标可度指标p39延性破坏：构件破坏前有明显的变形或其它预兆。脆性坏：构件破坏前无明显的变形或其它预兆。一级：破坏后果很严重的重要建筑物。二级：破坏后果严重的一般建筑物。三级：破坏后果不严重的次要建筑物。3.3实用设计表达式3.3.1承载能力极限状态设计表达式γ0S≤Rγ0——结构构件的重要性系数结构的安全等级为一、二、三级时分别取1.1、1.0、0.9Ｒ——结构抗力，Ｓ——作用效应1）内力组合设计值S内力组合下，确定结构或构件内产生的总效应(内力)。当作用于结构上的可变荷载有两种或两种以上时，荷载不可能同时以其最大值出现，此时的荷载代表值采用组合值，即通过荷载组合值系数进行折减。荷载以标准值为基本变量，但应考虑荷载分项系数(其值大于1．o)。荷载分项系数与荷载标准值的乘积称为荷载设计值；而荷载设计值与荷载效应系数的乘积则称为荷载效应设计值，即内力设计值。荷载分项系数是通过可靠度分析，并考虑工程经验确定的。对于承载能力极限状态采用荷载效应S的基本组合，应从下列组合值中取其最不利值确定：