混凝土结构设计方法课件

混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章第2章混凝土结构设计方法混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；了解混凝土结构设计方法的理论基础——可靠度理论；掌握我国规范的设计方法——概率极限状态设计法。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.1结构上的作用、作用效应与结构抗力1.定义：是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。直接作用：荷载；2.分类：（按作用的方式分）间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。§2.1结构可靠度一、作用(action)混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.1结构上的作用、作用效应与结构抗力2.分类：（按作用随时间的变异分）§2.1结构可靠度一、作用(action)永久作用可变作用偶然作用在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。如结构自重、土压力、预应力、地基沉降等。在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。————————————混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章混凝土结构设计原理二、作用效应(effectofanaction)定义：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。通常用S表示三、结构抗力（structuralresistance）定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。通常用R表示，如截面承载力、刚度等。2.1.1结构上的作用、作用效应与结构抗力§2.1结构可靠度混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章三、结构抗力（structuralresistance）影响抗力的因素:材料性能的不确定性——强度、变形模量等；几何参数的不确定性——构件尺寸等；计算模式的精确性——抗力计算所采用的基本假设和计算公式不够精确等。2.1.1结构上的作用、作用效应与结构抗力§2.1结构可靠度混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.2结构的预定功能及结构的可靠度§2.1结构可靠度结构的可靠性：是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。即安全性、适用性和耐久性的总称。结构可靠度：就是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。即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。规定的时间是指设计使用年限。规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。预定功能指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.2结构的预定功能及结构的可靠度§2.1结构可靠度设计使用年限：是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定了各类建筑结构的设计使用年限。L各类建筑结构设计使用年限和荷载调整系数L混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.1.3结构的安全等级§2.1结构可靠度结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。建筑物中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同，但允许对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章§2.2荷载和材料强度2.2.1荷载标准值的确定1.荷载的统计特性(statisticalcharacteristicofaload)我国对建筑结构的各种恒载、民用房屋楼面活荷载、风荷载和雪荷载进行了大量的调查和实测工作。对所取得的资料应用概率统计方法处理后，得到了这些荷载的概率分布统计参数。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章§2.2荷载和材料强度2.2.1荷载标准值的确定1.荷载的统计特性(statisticalcharacteristicofaload)•永久荷载——正态分布•可变荷载——随时间的变异可统一用随机过程来描述。对可变荷载随机过程的样本函数处理后可得到可变荷载在任意时点的概率分布和在设计基准期内的最大值的概率分布。——极值Ⅰ型分布混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.荷载标准值(characteristicvalueofaload)是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。由设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定的荷载值，是永久荷载的唯一代表值。2.2.1荷载标准值的确定混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.荷载标准值(characteristicvalueofaload)2.2.1荷载标准值的确定（1）永久荷载标准值Gk——按结构设计规定的尺寸和材料容重平均值确定。（2）可变荷载标准值Qk：楼面活荷载标准值：直接查《荷载规范》风荷载标准值：建筑物所在地的基本风压乘以风压高度变化系数、风载体型系数和风振系数确定；雪荷载标准值：建筑物所在地的基本雪压乘以屋面积雪分布系数确定。在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由《荷载规范》GB50009—2012查取。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章1.材料强度的变异性及统计特性'2.2.2材料强度标准值的确定材料强度的变异性主要是指材质以及工艺、加载、尺寸等因素引起的材料强度的不确定性。钢筋强度——正态分布混凝土强度——正态分布某钢厂钢材屈服强度统计资料某预制构件厂对某工程所作使块的统计资料混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.材料强度标准值2.2.2材料强度标准值的确定钢筋和混凝土的强度标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用的材料强度基本代表值。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。钢筋强度——具有不小于95%保证率的强度值混凝土强度——具有95%保证率的强度值材料强度标准值的概率含义混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章§2.3极限状态设计法2.3.1结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是区分结构可靠与失效的界限。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章§2.3极限状态设计法2.3.1结构的极限状态极限状态分为两类：承载能力极限状态正常使用极限状态——安全性——适用性、耐久性通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章1.承载能力极限状态→保证安全性结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。出现下列状态之一认为超过承载力极限状态：1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；2）结构构件或连接超过材料强度而破坏，或过度变形不适于继续承载；3）结构转变为机动体系；4）结构或结构构件丧失稳定；5）地基丧失承载力而破坏；6）结构构件的疲劳破坏；7）结构因局部破坏而发生连续倒塌。2.3.1结构的极限状态混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.1结构的极限状态2.正常使用极限状态→保证适用性及耐久性结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。出现下列状态之一认为超过正常使用极限状态：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，如相对沉降量过大。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.2结构的设计状况建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列四种设计状况：持久状况短暂状况偶然状况在结构使用过程中一定出现，持续时间较长的状况在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比持续时间很短的状况在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况均应进行承载能力极限状态设计；对偶然状况，允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度；对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计；对短暂状况和地震设计状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计———地震状况在结构使用过程中遭受地震作用时的状况—混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.3结构的功能函数和极限状态方程按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的预定功能，这可用包括各有关变量在内的结构功能函数来表达，即：12(,,,)nZgXXX12(,,,)0nZgXXX——极限状态方程——功能函数当功能函数中仅包括作用效应S和结构抗力R两个基本变量时，可得：(,)ZgRSRS混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.3结构的功能函数和极限状态方程(,)ZgRSRS当时，0Z结构处于可靠状态当时，当时，结构处于失效状态结构处于极限状态0Z0Z混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算1.结构的失效概率pf由于作用效应S和结构抗力R都是随机变量或随机过程，因此要绝对地保证R总是大于S是不可能的。R和S的概率密度曲线混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算1.结构的失效概率pfR和S的概率密度曲线由图可见，在多数情况下，R大于S。但是，由于R和S的离散性，在它们概率密度曲线的重叠区（阴影段内）仍有可能出现R小于S的情况，这种可能性的大小用概率来表示就是失效概率pf。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算1.结构的失效概率pf当结构功能函数中仅有两个独立的随机变量R和S，且都服从正态分布时，功能函数Z的概率密度曲线如图所示。结构的失效概率可直接通过Z0的概率（图中阴影面积）来表达，即:0f(0)()ZZpPZfZdZ混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算1.结构的失效概率pf用失效概率度量结构的可靠性具有明确的物理意义，能较好的反应问题的实质，但其计算较复杂，国际和我国标准目前均采用可靠指标b来度量结构的可靠度。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算2.结构构件的可靠指标b（1）可靠指标b令22RSZZRSbf()ZZpb由上式可见，b与pf具有数值上的对应关系，也具有与pf相对应的物理意义。b越大，pf就越小，即结构越可靠，故b称为可靠指标。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算2.结构构件的可靠指标b（1）可靠指标b22RSZZRSbf()ZZpb当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按上式计算；当基本变量为非正态分布时，结构构件的可靠指标应以结构构件作用效应和抗力当量正态分布的平均值和标准差按上式计算。混凝土结构设计原理第2章主页目录上一章帮助下一章2.3.4结构可靠度的计算2.结构构件的可靠指标b（2）设计可靠指标[b]设计规范所规定的、作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据