概率极限状态设计法.ppt

第十章 概率极限状态设计法,内容提要 第一节 结构设计目标 一、建筑结构的安全等级 二、结构设计可靠指标 第二节 结构概率可靠度的直接设计法 第三节 结构概率可靠度设计的实用表达式 一、单一系数设计表达式 二、分项系数设计表达式 三、规范设计表达式,第一节 结构设计目标,一、建筑结构的安全等级 - 结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性 一级、二级、三级 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。 对其中部分结构构件的安全等级可进行调整，但不得低于三级。,建筑结构的安全等级, 确定考虑的因素： 公众心理 =2.5-4.0 对工程结构，在设计基准期内，p f 510-3 结构较安全 p f 510-4 结构安全 p f 510-5 结构很安全 结构重要性-结构的安全等级（一级、二级、三级） 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 社会经济承受力,二、结构设计可靠指标 ,结构可靠 经济, GB50068-2001 规定值 现有结构构件的可靠度分析（采用“校准法”），并考虑使用经验和经济因素等确定。 安全等级（一级、二级、三级） 破坏类型（延性破坏、脆性破坏）,结构构件承载力极限状态的可靠指标, 结构构件正常使用极限状态的可靠度指标，根据其作用效应的可逆程度宜取0-1.5，可逆程度较高的结构构件取较低值，可逆程度较低的结构构件取较高值。 不逆可极限状态 产生超越状态的作用被移掉后，仍将永久保持超越状态的一种极限状态 可逆极限状态 产生超越状态的作用被移掉后，将不再保持超越状态的一种极限状态,可靠指标与失效概率运算值pf的关系,规范GB50068以建筑结构安全等级为二级时延性破坏的值作为基准，其他情况下相应增减0.5,第二节 结构概率可靠度的直接设计法,目标可靠指标 荷载效应S i (i=1n)的统计参数（Si、Si ）及分布类型 结构抗力R的统计参数，服从对数正态分布 极限状态方程g(SQ1，SQ2，SQ3，。，SQn，R)=0,验算点法迭代计算,当R、S服从对数正态分布时,结构抗力R 的参数R, 重要工程结构采用直接设计法; 大量一般性的结构构件采用间接设计法,第三节 结构概率可靠度设计的实用表达式,一、单一系数设计表达式, 不利于结构设计,二、分项系数设计表达式,引入分离系数R、 S （当R/S1/3,3时， R= S =0.75）,三、规范设计表达式 （一）承载能力设计表达式 结构重要性系数 0 S R 结构构件抗力设计值 作用效应组合设计值 结构重要性系数 0 对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1，即0 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，即0 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，即0 0.9 考虑不同投资主体对建筑结构可靠度的要求可能不同，允许0 1.1 、 1.0、 0.9, 结构抗力设计值R,R =R（ R ，f k，ak，.）= Rk / R, 荷载效应组合设计值S,（1）基本组合,由可变荷载效应控制的组合,由永久荷载效应控制的组合,取最不利值,注意, 当对SQi k 无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为SQ1 k ，选其中最不利的荷载组合；, 当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。,其中， G 永久荷载分项系数 Q可变荷载分项系数 SG k 永久荷载效应标准值， SG k =CG Gk SQ k 可变荷载效应标准值， SQ k =CQ Qk Gk 永久荷载标准值 Qk可变荷载标准值 ci第i个可变荷载的组合系数, 承载能力极限状态设计表达式, 对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则,（1）由可变荷载效应控制的组合,(2)由永久荷载效应控制的组合,取最不利值,简化设计表达式中采用的荷载组合系数,一般情况下可取=0.90,当只有一个可变荷载时，取 =1.0,(2) 偶然组合 指一种偶然作用与其他可变荷载相组合 从安全与经济两方面考虑，偶然组合验算结构的承载力时，所采用的可靠指标允许比基本组合有所降低 ( 偶然作用发生的概率很小，持续的时间较短，但对结构可造成相当大的损害) JCSS（结构安全度联合委员会）对各类结构和各种材料的共同统一规则规定： 偶然状态下可靠度指标的计算公式： = - -1（pf / p0） Pf正常情况下结构构件失效概率的运算值； p0 在结构的设计基准期内偶然作用出现一次的概率； -1 ( )标准正态分布函数的反函数。 偶然组合极限状态设计表达式确定的一般原则 (1) 只考虑一种偶然作用与其他荷载的组合 (2) 偶然作用的代表值不乘以分项系数 (3) 可变荷载可根据与偶然作用同时出现的可能性，采用适当的代表值，如准永久值等 (4) 荷载与抗力分项系数值,可根据结构可靠度分析或工程经验确定,（二）正常使用极限状态 正常使用极限状态保证结构或构件的适用性、耐久性 允许其出现的概率高于承载能力极限状态 采用荷载效应的标准组合、频遇组合和准永久组合 S C C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形f lim、裂缝宽度w lim等 标准组合 标准效应组合设计值S ：,频遇组合,荷载效应组合的设计值S, 准永久组合,荷载效应组合的设计值S,f1 SQ1 k在频遇组合中起控制作用的一个可变荷载频遇值效应,qiSQi k 第i个可变荷载准永久值效应,注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应线性的情况,（三）设计表达式中各分项系数确定 验算点P*处极限状态方程 R *-S *=0 永久荷载G与一个可变荷载Q组合的简单情况确定 S *G+S *Q=R * 按分项系数表达的极限状态设计表达式 G S G k+ Q S Qk=R k/ R S *G =G S G k G = S *G / S G k S *Q = Q S Qk Q = S *Q / S Qk R * = R k/ R R = R k / R *,1、荷载分项系数（ G 、 Q ）确定 以恒载+一个可变荷载的简单情况确定 S *G+S *Q=R * G S G k+ Q S Qk=R k/ R (S *G、S *Q 、 R *)可靠度指标及各基本变量平均值、均方差有关。 G 、 Q 及R值，则按极限状态设计达设计所得的结构构件的可靠度指标 与目标可靠指标不一致。当 - 达最小时， G 、 Q 即为所求。, 永久荷载分项系数G （1）当其效应对结构不利时 G =1.2（由可变荷载效应控制的组合） G =1.35（由永久荷载效应控制的组合） （2）当其效应对结构有利时 G =1.0（一般情况下） G =0.9（结构的倾覆、滑移或漂浮验算） 可变荷载分项系数Q Q =1.4（一般情况下） Q =1.3（标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载),2、抗力分项系数R的确定,按规定的目标可靠指标进行设计时，最优的抗力分项系数R ：,=SQk/SGk=0.1、0.25、0.5、1.0、2.0,S = G SGk + Q SQk,R*k某一值和目标可靠指标下，按概率法确定的结构构件抗力标准值,3、荷载组合值系数