混凝土结构基本计算原则PPT课件

.,1,Chapter2Principlefordesignofconcretestructure,.,2,Mainpoints:,了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念及其随机特性；,了解混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论；,掌握我国规范的设计方法概率极限状态设计法。,.,3,Functions:安全性safety适用性serviceability耐久性durability,.,4,limitstates定义：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指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。承载能力极限状态/Ultimatelimitstate：超过这一极限状态时结构将发生破坏、倒塌或失稳等现象正常使用极限状态/ServiceabilityLimitState：超过这一极限状态时结构将出现过大的变形，开裂或过宽的裂缝，、钢筋严重锈蚀，混凝土腐蚀、风化、剥落等现象,.,5,2.2.1Actions,定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。,直接作用：荷载；load,分类：,间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。Temperaturedifference,shrinkage,creep,basesettlement,earthquakeactionetc.,.,6,3荷载分类loadcategories,永久荷载(恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变的荷载为永久荷载，如自重、土压力、预应力等；,可变荷载(活荷载)：大小、方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载，如楼面和屋面活载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、车辆荷载等；,偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆炸力，撞击等。,permanentload,variableload,accidentalload,.,7,2.2.2结构上的荷载效应S,定义：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应(荷载效应)。,.,8,荷载效应S,荷载效应是指由荷载在结构上产生的各种内力（弯矩、剪力等）和变形（挠度、裂缝等）的统称。,一般情况:S=CQ,.,9,2.2.3荷载代表值,1.标准值由设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位值确定的荷载值，是永久荷载的唯一代表值。可能出现的最大值,representativevaluesofaload,Characteristicvalue/Nominalvalue,designreferenceperiod50years,.,10,LiveloadonFloorsandroofs:标准值可查荷载规范得到。如：,荷载规范中的荷载值不包括隔墙重量和二次装修重量。,.,11,combinationvalue,frequentvalue,quasi-permanetvalue,.,12,2.3.1结构抗力Resistance,定义：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。,.,13,结构抗力R,结构抗力是指结构或构件承受各种荷载效应的能力，即承载能力和抗变形能力。,R=R(fc,fs,k),结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力学性能）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。,.,14,取决于截面尺寸大小和材料强度高低。材料强度分标准值和设计值。,1材料强度标准值,保证率：95,2.3.2材料强度MaterialStrength,.,15,2材料强度设计值designvalue,建筑工程中：,桥梁工程中：,.,16,式中：混凝土的材料分项系数；建筑工程取1.4,公路桥涵工程取1.45；钢筋的材料分项系数；建筑工程对热轧钢筋取1.1,.,17,2.4.1功能函数与极限状态方程functionandlimitstateequation,Z=（R,S）=R-SZ0(RS)可靠Z=0(R=S)极限状态Z0(R0,Z=0,Z0,.,18,2.4.2结构的可靠性、可靠度与失效概率Reliability,DegreeofReliabilityandProbabilityoffaliure可靠性指结构的安全性、适用性、耐久性。,结构的可靠度指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的概率，是结构可靠性的概率度量。,.,19,.,20,适用性,安全性,Z0,即RS,耐久性,Z0,即RS,承载能力极限状态,正常使用极限状态,Z=g(R,S)=R-S,功能函数,结构抗力,荷载效应,Z=0,即R=S,可靠状态,极限状态,失效状态,结构可靠工作的基本条件为:Z0或RS,正常使用极限状态,.,21,式中：结构抗力的平均值和标准值；作用效应的平均值和标准值。,现行设计方法以概率理论为基础，用可靠指标度量，采用多个分项系数表达。设，则可靠指标为：,结构的可靠指标ReliabilityIndex,.,22,按承载能力极限状态设计时,按正常使用极限状态设计时,根据其可逆程度可取01.5。,2.4.3建筑结构的安全等级和目标可靠性指标,.,23,1承载能力极限状态的设计方法ULS,结构重要性系数；安全等级为一级或使用年限为100年时，安全等级为二级或使用年限为50年时，安全等级为三级或使用年限为5年时，荷载效应组合的设计值，用基本组合或偶然组合；结构构件抗力设计值。,计算公式,建筑工程中：,.,24,.,25,桥梁工程中：,桥梁结构的重要性系数，按公路桥涵的设计安全等级，一级、二级、三级分别为1.1、1.0、0.9；桥梁的抗震设计不考虑结构的重要性系数；作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计如冲击系数）的组合设计值，当进行预应力混凝土连续梁等超静定结构的承载能力极限状态计算时，公式（2-3）中的作用（或荷载）效应项应改为，其中为预应力（扣除全部预应力损失）引起的次效应；为预应力分项系数，当预应力效应对结构有利时，取；对结构不利时，取；,.,26,荷载效应组合LoadEffectCombination,一般结构构件：选下列计算中较大者。,由可变荷载控制时Liveloadeffectgoverns,由永久荷载控制时Permanentloadeffectgovern,基本组合,.,27,荷载设计值及荷载分项系数,荷载设计值荷载分项系数荷载标准值,由于荷载是随机变量，考虑其有超过荷载标准值的可能性，设计时将荷载标准值乘以一个大于1的调整系数。它比荷载的标准值具有更大的可靠度。,.,28,荷载设计值及荷载分项系数,荷载设计值荷载分项系数年限调整系数L活载组合系数活载标准值,线性插值,.,29,偶然荷载的代表值不乘分项系数；,偶然组合,与偶然荷载同时出现的其他荷载采用适当的代表值；,各种情况下荷载效应的设计值公式由有关规范另定。,.,30,设计方法,式中：正常使用极限状态下荷载效应组合值;达正常使用要求时的变形、裂缝、应力等的限值；,2按正常使用极限状态的设计方法/SLS,.,31,荷载效应组合值,标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。,频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。,准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。,.,32,2.5.2混凝土结构耐久性设计规定,1使用环境分类表2-5、2-62耐久性等级划分表2-73结构耐久性对混凝土的要求表2-8,.,33,【例1】已知由永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=11kNm，起控制作用的可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=16kNm，安全等级为二级，求弯矩设计值。,正常使用极限状态,.,34,【例2】某教学楼楼面采用预制板，计算跨度l0=5.70m，板宽0.9m，板自重2.2kN/m2。楼面采用水磨石地面（10mm厚面层,板底20mm厚抹灰。楼面活荷载标准值为2.0kN/m2。试求：板的跨中截面弯矩设计值M。【解】(1)荷载标准值永久荷载水磨石地面0.65kN/m220mm板底抹灰170.02=0.34kN/m2,正常使用极限状态,.,35,板自重2.2kN/m2作用在板上的永久荷载线荷载标准值为gk=(0.65+0.34+2.2)0.9=2.871kN/m可变活荷载qk=2.00.9=1.8kN/m(2)板的跨中截面弯矩设计值永久荷载产生的弯矩标准值Mgk=1/8gkl02=11.66kNm可变荷载产生的弯矩标准值Mqk=1/8qkl02=7.31kNm,正常使用极限状态,.,36,由可变荷载效应控制的组合G=1.2，Q=1.4M=GMgk+QMqk=24.22kNm由永久荷载效应控制的组合G=1.35，Q=1.4,ci=0.7M=GMgk+QciMqk=22.90kNm由计算知，楼板荷载效应组合值由可变荷载效应控制。故板跨中截面的弯矩设计值为24.22kNm。,正常使用极限状态,.,37,练习,1、某办公楼楼面采用钢筋混凝土单向板，安全等