砼结构按近似概率的极限状态设计法.ppt

混凝土结构设计（2440）,电话办公室：力学与结构教研室 思源楼201,主讲：杨圣飞,第一章 混凝土结构按近似概率的极限状态设计方法,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态,1.1.1 结构的功能要求与结构的可靠性, 安全性:如（MMu） 结构在正常施工和正常使用时，能够承受可能出现的各种作用；如荷载、外加变形（超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（温度和收缩变形受到约束时）等作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。,一、结构的功能要求,1.1 砼结构的极限状态,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态, 适用性 如（f f ） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。 耐久性 如（wmax wmax） 在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。 在各种因素的影响下（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。,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态,二、 结构的可靠性 可靠性安全性、适用性和耐久性的总称 就是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。 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。,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态,1.1.2 结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指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。一般建筑结构的设计使用年限为50年。 注意：区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命。,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态,1.1.3 结构的安全等级,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,承载力能力极限状态 结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 正常使用极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。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。,1.1 极限状态,1.1.4 混凝土结构的极限状态,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,达到承载力能力极限状态表现 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承载 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曲失稳）,1.1 极限状态,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.1 极限状态,达到正常使用极限状态表现 过大变形、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、漏水等） 过大的振动（不舒适）； 其他正常使用要求。,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.2结构的可靠度与可靠度指标,1.2.1 概率论有关基础知识,一、随机现象、随机变量、随机事件 二、频率和概率 三、频率直方图 四、平均值、标准差和变异系数 五、概率密度函数、概率分布函数,1.2 结构的可靠度与可靠性指标,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.2结构的可靠度与可靠度指标,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、地震等 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、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应，用 S 表示。 不论恒荷载或活荷载，其数值都不是定值，有的变异大些，有的变异小些。,1.2.2 结构的可靠度,一、荷载效应和结构抗力的随机性,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.2结构的可靠度与可靠度指标,结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度等，称为结构抗力，记作 R 。 材料强度的离散性是造成结构抗力随机性质的主要原因。 可见荷载效应 S 和结构抗力 R 都是具有各自分布规律的随机变量。,二、结构抗力的随机性,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,结构的状态可用下面的状态函数表示： Z=R-S 对应的： 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-S0时， 结构处于失效（破坏）状态。,三、结构的失效概率,失效概率,Pf = P (R-S0),1.2结构的可靠度与可靠度指标,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,四、结构的可靠度,Ps = P (R-S 0) =1- Pf,失效概率越小，表示结构可靠性越大。结构可靠性的概率度量即为结构可靠度。 结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。,1.2结构的可靠度与可靠度指标,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.2结构的可靠度与可靠度指标,1.2.3 结构的可靠指标,失效概率计算困难，所以用结构的可靠指标来表示结构的可靠度。,在砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式中，目标可靠指标是用三个分项系数来表达的：结构重要性系数、材料分项系数、荷载分项系数来表达的。,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,一、结构的重要性系数,0 结构构件的重要性系数 对安全等级为一级或设计使用年限为100年级以上的结构构件不应小于1.1 对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件不应小于1.0 对安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件不应小于0.9 在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数；,1.3 砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,二、材料分项系数,材料强度的标准值就是材料强度的检验指标。 1、钢筋强度的标准值相当于一个比算术平均值偏低的强度值。 2、混凝土立方体抗压强度标准值相当于立方体抗压强度平均值减去1.645倍的标准差，相当于具有95%的保证率。 分项系数是材料强度标准值与材料强度设计值之比，砼的材料分项系数为1.4；钢筋的项系数与钢筋种类有关。HPB235取1.15； HPB335取1.1,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,三、荷载分项系数,1、荷载的分类 按作用时间的长短和性质，荷载分为三类： 永久荷载 在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，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。 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。 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。,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,2、荷载的代表值 建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。 可变荷载的代表值有标准值、组合值、准永久值和频遇值四种。 永久荷载的代表值只有标准值一种。,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,荷载的标准值 定义 结构在使用期间可能出现的最大荷载值。作为荷载的基本代表值。 永久荷载标准值 永久荷载代表值一般相当于永久荷载的平均值。可按结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定； 可变荷载标准值 我国规范中规定了屋面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等可变荷载标准值的具体数值或计算方法，设计时可以直接使用。,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,可变荷载组合值 规范采用除其中产生最大效应的荷载仍取其标准值外，其它伴随的可变荷载均采用小于其标准值的量值作为荷载代表值。 可变荷载频遇值及可变荷载准永久值(不考）,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,3、荷载的分项系数 荷载的分项系数等于荷载的设计值与荷载的标准值之比值。 永久荷载设计值 可变荷载设计值 式中 G 永久荷载分项系数 Q 可变荷载分项系数,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,G 永久荷载分项系数 当永久荷载效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合一般取1.2 对由永久荷载效应控制的组合一般取1.35 当永久荷载效应对结构有利时 一般取1.0 对结构的倾覆，滑移或漂浮验算，应取0.9；Q 可变荷载分项系数 一般取1.4 楼面活荷载标准值大于4kN/m2工业房屋楼面 活荷载应取Q=1.3,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,四、设计表达式,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,0 S R,R = R(fc, fs , k , ),一般设计表达式：,可变荷载效应控制,永久荷载效应控制,第1章 按近似概率理论的极限状态设计法,四、设计表达式,1.3砼结构按近似概率的极限状态实用设计表达式,S C,一般设计表达式：,用于裂缝控制等级为一级、二级,标准组合,1下列说法中正确的是（ ） A混凝土强度的标准值小于其设计值 B材料强度的设计值等于其标准值与材 料分项系数的乘积 C荷载组合值大于荷载标准值 D荷载设计值等于其标准值与荷载分项 系数的商 2荷载可分为永久荷载、可变荷载和_三类。,3结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的_状态，称为承载能力极限状态。 4普通房屋和构筑物的设计使用年限为（ ） A25年 B50年 C60年 D100年,5对结构正常使用极限状态进行验算时，采用（ ） A荷载设计值及材料强度设计值 B荷载设计值及材料强度标准值 C荷载标准值及材料强度设计值 D荷载标准值及材料强度标准值,6结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的_。 7荷载代表值有标准值、准永久值、频遇值及_值。,8取荷载分项系数1的条件是（ ） A考虑多个可变荷载同时作用时 B考虑可变荷载最不利布置时 C当永久荷载效应对结构不利时 D当永久荷载效应对结构有利时 9荷载组合值（ ） A只用于基本组合 B只用于标准组合 C只针对可变荷载 D只针对永久荷载,10结