《按近似概率理论》PPT课件.ppt

第3章按近似概率理论的极限状态设计法,主要内容极限状态按近似概率的极限状态设计法实用设计表达式重点按近似概率的极限状态设计法实用设计表达式荷载与材料强度取值,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.1极限状态1.结构上的作用使结构产生内力和变形的原因称为“作用”，分直接作用和间接作用两种。直接作用：荷载。间接作用：地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等。结构上的作用使结构产生的内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。（1）荷载的分类按作用时间的长短和变异性质，荷载分为三类：永久荷载(permanentload)：在结构设计使用期内其值不随时间变,3.1极限状态,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。如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。可变荷载(variableload)：在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。偶然荷载(accidentalload)：在结构设计使用期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。（2）荷载的标准值(characteristicvalueofaload)定义：将荷载视为随机变量，采用数理统计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大荷载值称为荷载的标准值。确定方法：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；可变荷载通常与时间有关，是一个随机过程，其标准值由设计使用,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.1极限状态,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定。当缺乏充分的统计资料时，可根据经验取一个协议公称值作为荷载标准值。2.结构的功能要求（1）结构的安全等级(safetyclass)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。,建筑结构的安全等级,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。,3.1极限状态,（2）结构的设计使用年限(designworkinglife)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和耐久年限。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。,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,设计使用年限分类,也可按业主提出的要求确定。,3.1极限状态,（3）建筑结构的功能安全性建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。适用性结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。不产生影响使用的过大变形或振幅以及过宽的裂缝。耐久性结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使用年限。例如，不发生严重的混凝土碳化和钢筋锈蚀。满足上述功能要求的结构才是安全可靠的。,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.1极限状态,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.结构功能的极限状态(limitstate)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。极限状态分为两类：承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或者达到不适于继续承载的变形状态。其表现为：结构或构件由于材料强度不足，或因疲劳而破坏；结构或构件产生过大的塑性变形而不能继续承载；结构或构件失去平衡或丧失稳定；结构转变为机动体系。,安全性,3.1极限状态,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.1极限状态,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,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，可得当Z=RS0时，结构处于可靠状态；当Z=RS0时，结构处于失效状态；当Z=RS0时，结构处于极限状态；因此，将称之为极限状态方程。,3.1极限状态,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.2按近似概率的极限状态设计法1.结构的可靠度由于R、S均为随机变量，只能从概率的定义上来描述结构可靠的程度，即求得结构的可靠概率。可靠性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。可靠度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。这里，规定的时间是指结构的设计使用年限，规定的条件是指正常设计、正常施工、正常使用和维护。显然，可靠度是可靠性的概率度量。从统计角度出发，没有绝对安全可靠的结构，只要当可靠概率或失效概率达到某一大家公认接受的程度时，即认为结构安全可靠。,3.2按近似概率的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,2.可靠指标与失效概率由于作用效应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。,3.2按近似概率的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.2按近似概率的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标,3.2按近似概率的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.3实用设计表达式1.分项系数按近似概率的极限状态设计法的基本思路是：按极限状态Z=RS0设计，但要求超过极限状态的概率不超过允许值，即，或。而取荷载和材料强度的标准值计算时是满足不了这一要求的。因此，为了满足目标可靠指标的要求，必须对荷载和材料强度取值在以标准值作为基本代表值的基础上分别予以放大和折减。这种放大或折减的系数就称之为分项系数。其大小则按照目标可靠指标通过反算来确定。需要指出的是：在目前的概率极限状态分析中，只用到统计平均值和均方差，并非实际的概率分布，并且在分离导出分项系数时还作了一些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为近似概率设计方法。,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,式中：荷载分项系数：调整荷载标准值使结构可靠度趋于相同。荷载分项系数是根据下述原则优选确定的。即在各项荷载标准值已给定的条件下，对各类结构构件在各种长期的荷载效应比值和荷载效应组合下，用不同的分项系数值，按极限状态设计表达式设计各种构件并计算其所具有的可靠指标，然后从中选取一组分项系数，使按此设计所得的各种结构构件所具有的可靠指标与规定的设计可靠指标之间在总体上差异最小。荷载设计值：荷载分项系数与荷载标准值的乘积。荷载组合值系数：考虑各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数。,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,4.按极限状态设计时结构重要性系数、材料强度和荷载的取值（1）结构重要性系数,结构重要性系数、安全等级、设计使用年限的对应关系,（2）钢筋抗拉强度标准值具有不小于95%保证率的强度值。（实际为97.73%）（3）混凝土抗压强度标准值具有95%保证率的强度值。,3.3实用设计表达式,第3章按近似概率理论的极限状态设计法,（4）材料强度的分项系数与材料强度设计值钢筋,钢筋的材料分项系数,混凝土：材料强度的分项系数=