混凝土结构的设计方法混凝土结构设计原理PPT课件.ppt

结构的功能FunctionsofStructure 设计方法TheDesignMethods 极限状态LimitState 结构能够满足功能要求而良好地工作 则称结构是 可靠 的或 有效 的 反之 则结构为 不可靠 或 失效 承载力极限状态UltimateLimitState 正常使用极限状态ServiceabilityLimitState 结构整体或部分作为刚体失去平衡结构或构件达到最大承载力受动力荷载作用而产生疲劳破坏结构塑性变形过大而破坏结构形成几何可变体系构件由于压屈而丧失稳定 过大的变形和侧移过大的裂缝过大的振动侵蚀性介质腐蚀等 基本设计原则TheBasicDesignApproach 结构功能的表达 S 作用效应ActionEffect结构上的作用是使结构产生内力 变形和裂缝的原因的总称 分为直接作用和间接作用 作用效应即为作用引起的构件内力 R 结构抗力Resistant结构抵抗作用效应的能力 如受弯承载力Mu 受剪承载力Vu 容许挠度 f 容许裂缝宽度 w SR失效 荷载 荷载效应 Loadeffect 永久荷载 DeadLoad 可变荷载 LiveLoad 偶然荷载 AccidentalLoad 荷载效应的基本概念 如何衡量荷载大小 采用荷载代表值来描述荷载的大小对于永久荷载 其代表值就是标准值 即结构自重 对于可变荷载 其代表值分别为标准值 组合值和准永久值 荷载效应与荷载的关系 如何衡量荷载效应 荷载分项系数 考虑荷载超过标准值的可能性 是一个变量 荷载分项系数分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数 材料分项系数分为砼分项系数和钢筋分项系数 结构抗力 材料强度 结构抗力的基本概念 如何衡量材料强度的大小 结构抗力与材料强度的关系 如何衡量结构抗力的大小 材料强度标准值 材料分项系数 是一个大于1 0的系数 考虑材料强度低于标准值的可能性 正态分布概率密度曲线 由概率论可知 频率密度的积分为概率 由于各频率之和等于1 即图中正态曲线与横坐标包围的面积等于1 即 1 平均值 它它表示随机变量取值的集中位置 平均值愈大 则分布曲线的高峰点离开纵坐标轴的水平距离愈远 2 标准差 它表示随机变量的离散程度 标准差愈大时 分布曲线愈扁平 说明变量分布的离散性愈大 3 变异系数 它表示随机变量取值的相对离散程度 对于结构设计而言 如何设计的安全呢 荷载取值越大 内力值就越大 构件截面尺寸也愈大 结构愈安全 材料强度取值越低 结构所需截面越大 结构愈安全 荷载标准值 材料强度标准值 1 645 保证率系数 荷载标准值 实际荷载低于标准值的概率为95 材料强度标准值 实际强度高于标准值的概率为95 结构抗力R与作用效应S都是随机变量 因此功能函数Z R S也是随机变量Z 0结构可靠 Z 0结构处于极限状态 Z 0结构失效 结构的可靠概率与失效概率的关系 可靠概率 失效概率 安全的概念是相对的 所谓 安全 只是失效概率相对较小而已 失效概率不可能为零 故不存在绝对安全的结构 应该通过设计把失效概率控制在某一个可以接受的限制以下就可以 失效概率越小 表示结构可靠性越大 当失效概率Pf小于某个值时 即可认为结构设计是可靠的 即Pf Pf 该失效概率限值称为允许失效概率 Pf 一般工业与民用建筑的允许失效概率 延性破坏的结构 Pf 6 9 10 4脆性破坏的结构 Pf 1 1 10 4 可靠指标与失效概率的关系 失效概率Pf来度量结构的可靠性具有明确的意义 但计算繁琐 可以利用可靠度指标 代替失效概率来度量结构的可靠性 失效概率Pf与可靠指标 有着一一对应的关系 值愈大 失效概率Pf值就愈小 值愈小 失效概率Pf值就愈大 z 平均值 z 标准差 由于经济及历史原因 我国建筑工程的可靠度水平在世界范围内是比较低的 表现在结构设计方面为 荷载标准值偏低 荷载分项系数较小 材料分项系数偏低 因此材料设计强度偏高 设计计算和构造措施普遍比国外安全储备少 尤其是最小配筋率 取值明显低于其他国家规范的规定 进入21世纪以后 我国国情有了很大变化 提高结构的安全度利国利民 体现 以人为本 的设计原则 措施 如适当提高材料分项系数 从而降低设计强度取值 全面提高了最小配筋率的取值 我国混凝土结构的设计方法 结构抗力越大 即结构抗力概率分布函数右移 则失效概率越小 结构抗力 作用效应 可靠度的概念 失效概率Pf 可靠度指标可靠度理论方法计算过程复杂 应用于实际设计中存在困难 规范 以可靠度理论作为设计的理论基础 采用一些分项系数代替可靠指标 由此得到与可靠度理论 概率理论 相当的实用设计表达式 实用设计表达式 Pf Pf 当结构抗力达到一定值时 失效概率等于允许失效概率 即Pf Pf 此时取作用效应与结构抗力概率分布曲线的交点为设计计算点 作用效应设计值 gS作用效应分项系数 分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数 结构抗力设计值 gR结构抗力分项系数 实用设计表达式 设计思路 确定荷载及荷载效应 初步选定构件尺寸 确定结构计算简图 按照构造规定配筋 No Yes 构件设计完成 No Yes 按承载力极限状态计算 g0 结构重要性系数 根据建筑结构的重要性将结构分为三个安全等级 采用结构重要性系数来体现 一级 g0 1 1二级 g0 1 0三级 g0 0 9 规范设计表达式 可变荷载控制组合时 永久荷载控制组合时 按正常使用极限状态计算 短期荷载作用下 考虑采用荷载的标准组合 长期荷载作用下 考虑采用荷载的频遇组合或准永久组合 作业 HomeWork 什么是 失效概率 什么是