钢筋混凝土结构设计计算原理.ppt

水工钢筋砼结构 hydraulic reinforced concrete structure,合肥工业大学 土木与水利工程学院 魏 松,第2章 钢筋混凝土结构 设计计算原理 fundamental theory of concrete structure,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的 实用设计表达式 utility design equation in code,水工规范： 水工混凝土结构设计规范 老规范：sl/t191-96、dl/t5057-96相同：采用5个分项系数，来保证结构的可靠度。 新规范：sl191-08、dl/t5057-09基本相同 dl/t5057-09采用概率论基础的5个分项系数 sl191-08采用多个分项系数分析的安全系数,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数(partial coefficient) 采用5个分项系数：结构重要性系数0、设计状况系数 、结构系数d、荷载分项系数g和q、材料分项系数 c和s 。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 1. 结构重要性系数 0 结构安全级别为、级的结构构件，0分别取为1.1、1.0及0.9（p44表2-3），反映不同安全级别的的可靠度水平要求不同。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 2. 设计状况系数 1）意义： 结构在施工、安装、运行、检修等不同时期可能出现不同的结构体系、荷载及环境条件，所以在设计时应考虑分不同状况考虑。 2）三种状态： (1)持久状况:结构在长期运行过程中出现的设计状况 (2)短暂状况:施工、安装、检修或使用过程中短暂出现的设计状况。 (3)偶然状况:使用过程中，出现概率很小，持续时间很短的设计状况，如遭遇地震或校核洪水位。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 2. 设计状况系数 3）取值： 设计状况系数反映不同设计状况其可靠度水平要求不同。 取值：持久-1.0/短暂-0.95(p43)/偶然-0.85(p45),2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 3. 荷载分项系数 g、q 1）意义： 用来考虑荷载超过标准值的可能性，在水工建筑物设计中，它实质上就是“超载系数”。 2）荷载设计值： 荷载标准值乘以相应的荷载分项系数后即为荷载设计值。g、q分别对应永久荷载和可变荷载。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 3. 荷载分项系数 g、q 3）荷载分项系数的依据： 依据荷载的变异程度大小。 4）取值： 按水工建筑物荷载设计规范取用 对某些可控制使其不超出规定限值的可变作用(荷载)，如所规定的分项系数小于1.10时，应取为1.10；对其他可变作用(荷载)，如所规定的分项系数小于1.20时，则应取为1.20。 当永久荷载对结构有利时，应取为0.95。 未规定的按照表2-4。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 4. 材料分项系数c、s 1）意义： 考虑材料的离散性和施工偏差带来的材料实际强度低于其强度标准值，在承载能力极限状态引入材料强度分项系数。 2）材料强度设计值： 材料强度标准值除以相应的材料分项系数后即为材料强度设计值。c、s分别对应砼和钢筋。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 4. 材料分项系数c、s 3）取值： 砼： fck/1.4，ftk/1.4 ；设计值 fc、ft 钢筋： 抗拉：热轧钢筋：b/1.1；设计值 fy 预应力钢筋：0.85b/1.2; 设计值 fpy 抗压：钢筋的抗压强度设计值fy则是由砼的极限压应变cu=0.002）与钢筋弹性模量es的乘积，同时规定fy不大于钢筋的抗拉强度设计值fy。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 4. 材料分项系数c、s 4）说明： 设计值不能保证相同保证率 实际采用设计值（已隐含分项系数） 取值见：附录2表1，3，4,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 5. 结构系数d 1）意义： 用来考虑荷载分项系数和材料强度系数没能反映的对结构可靠度有影响的因素，如荷载效应和抗力计算模式的不定性。 2）确定方法： 利用近似概率法，根据目标可靠指标，其他4项分析系数已定的条件下求得该系数。 具体根据7种构件、5种材料、5种荷载、若干可变和永久荷载效应得比值下的结构系数的加权平均。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.1 承载能力极限状态时采用的分项系数 5. 结构系数d 3）取值： 用p44表2-6,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式 应按照荷载效应的基本组合和偶然组合分别进行承载能力极限状态计算。 1. 基本组合 1）组合： 持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载效应组合。 2）公式：,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,（2-20）,（2-21）,（2-22）,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式 1. 基本组合 3）参数含义：,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,0 结构重要性系数（1.1 1.0 0.9） 设计状况系数（1.0 0.9 0.85） s荷载效应组合组合设计值 sgk、sq1k、sq2k永久、一般可变、可控可变标准荷载效应 r结构构件抗力设计值，结构承载力公式计算 d结构系数 g ,q1 ,q2永久荷载、一般可变、可控可变荷载分项系数 r( )结构构件的抗力函数 fc、fy材料强度的设计值 ak结构构件几何尺寸的标准值,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式 1. 基本组合 4）说明：,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,s 的含义：设计值，荷载在结构上产生的内力 md,nd,vd,td (2-21)式 r 的含义：设计值，结构的极限承载力 munuvutu（设计值 2-27式） 不同时出现的不组合 不同设计状况分别计算荷载效应,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式 2. 偶然组合 1）组合： 偶然状况下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。 2）表达式：,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.2 承载能力极限状态的设计表达式 2. 偶然组合 3）参数： 设计状况系数 0.85 偶然荷载sak 的分项系数取为1.0； 参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工建筑物设计规范的规定作适当折减。 结构系数等同前。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.3 正常使用极限状态的设计表达式 1）计算目的： 正常使用极限状态的验算是要保证结构构件在正常使用条件下，裂缝宽度和挠度不超过相应的允许值。 2）公式：,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,sk 正常使用极限状态的荷载效应标准组合值 s(.) 正常使用极限状态的荷载效应标准组合值函 c 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度或应力等限值 gk、qk 永久荷载、可变荷载标准值 fk 材料强度标准值,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.3 正常使用极限状态的设计表达式 3）分项系数取用标准： 正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求=1.02.0。 材料强度采用标准值而不用设计值，即材料分项系数取为1.0。 荷载采用标准值而不用设计值，即荷载分项系数g及q取为1.0。 结构系数d及设计状况系数均取为1.0。 保留结构重要性系数0（页脚注释）,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.1 dl/t5057-09规范 2.5.1.3 正常使用极限状态的设计表达式 4）说明： 计算状况选择： 持久 应计算正常使用状态 短暂 根据情况确定是否计算 偶然 可不进行,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 sl191-2008规范也是在规定的材料强度和荷载取值条件下，采用极限状态设计法进行设计，但它是在多系数分析基础上，将几个系数合并为一个安全系数，采用安全系数k表达的方式进行设计的。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.1 确定安全系数的原则 1. 不突出“概率”和“可靠性”概念 理由 2. 仍然以多个分项系数为基础 3. 材料强度取值同dl5057-09规范（国标） 结构抗力 r 表达式（2-22）,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.1 确定安全系数的原则,4. 荷载分项系数 只采用荷载标准值计算荷载效应（内力） 永久荷载两类：变异性小的g1、大的g2 可变荷载两类：变异性大的q1、小的q2 计算公式： 荷载分项系数取值差异：1.05/ 1.20/ 1.20/ 1.10 可能与dl规范不同,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.1 确定安全系数的原则,5. 安全系数k的计算 6. 结构系数d,结构重要性系数0,设计状况系数,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.1 确定安全系数的原则,7. 安全系数k的确定 （2-33）按照上述参数计算可得（表2-7）,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.2 承载能力极限状态的设计表达式,1. 表达式 k, s, r 含义,k 承载力安全系数，应不小于表 2- 7 所列数值 s 荷载效应组合设计值 r 结构抗力，即结构构件的截面承载力，由材料强度设计值及截面尺寸等因素计算得出。,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.2 承载能力极限状态的设计表达式,2. 设计值s计算 1）基本组合,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.2 承载能力极限状态的设计表达式,2. 设计值s计算 2）偶然组合,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.2 承载能力极限状态的设计表达式,3. 例：受弯构件正截面承载力mu计算,说明：（1） “s” 上标表示按照sl规范计算 （2） mu 同dl 规范的式（2-27） （3）两规范取值不同结果会有区别,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.2 sl191-08规范 2.5.2.3 正常使用极限状态的设计表达式,计算公式： 符号同 dl 规范的式（2-29，2-30） 区别在结构重要性系数0,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,2.5.3 关于规范中分项系数和安全系数的说明,1. 所采用的值是最低数值 2. 复杂情况或经验不足需适当加大荷载或安全系数,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,【例2-1】,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,【例2-1】 dl规范： 静止土压力分项系数：1.2（表2-5） 静水压力：不可控可变荷载，取值表2-4=1.2，表2-5=1.0，取1.2 sl规范： 静止土压力分项系数：第二类永久荷载，1.2 静水压力：不可控可变荷载，取值1.2,2.5 水工钢筋砼结构设计规范的实用设计表达式,【例2-2】,2.5 水工钢筋砼