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张丽丁以兵安徽工业大学,工程结构荷载与设计方法（术语符号与绪论）,Chapter0of1,0.术语符号,作用：使结构产生内力和变形的原因，分为直接作用和间接作用两种。荷载是直接作用，混凝土的收缩、徐变、温度变化、地基不均匀沉降、地震是间接作用。作用效应(S)：结构上的作用使结构产生的内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝的统称。荷载标准值：是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qk）。,0.术语符号,组合值：按极限状态设计时为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载进行组合，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。荷载准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超过的总时间约为设计基准期的一半的荷载值。,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”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”,何谓结构的极限状态？,Z：结构的功能函数,何谓结构的极限状态？,3.2极限状态,S作用效应ActionEffect结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等,S=S(Q)=C*Q,R结构抗力Resistance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,R=R(fc,fy,A,h0,As,),结构力学的主要内容,为何开设本课程？,3.2极限状态,恒载g与构件尺寸、材料容重等有关活载q（楼面活载、雪荷载）的数值是随时在变化的计算跨度l的不准确,材料强度fy和fc的离散截面尺寸h0和b的施工误差应力-应变关系参数k1和k2,不一定安全（可靠）,1.绪论,3.2极限状态,典型工程图示,典型工程图示,3.2极限状态,典型工程图示,3.2极限状态,若干建筑工程及荷载示例,3.2极限状态,风荷载：塔科马大桥风毁录像,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,海浪作用：印尼海啸录像,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,地震作用：汶川地震地震科普,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,撞击作用：911恐怖袭击,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,撞击作用：911恐怖袭击,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,土侧压力：上海莲花河畔景苑建筑事故,若干建筑工程事故及荷载示例,3.2极限状态,上海莲花河畔景苑建筑事故,本课程主要内容,3.2极限状态,建筑工程结构体系各种作用的确定及计算方法结构体系设计值中作用和荷载的组合方法，抗力值的确定要考虑的随机因素,本课程具体章节,3.2极限状态,第一章绪论第二章重力第三章侧压力第四章风荷载第五章地震作用第六章其他作用第七章荷载的统计分析第八章结构构件抗力的统计分析第九章结构可靠度分析与计算第十章概率极限状态设计法附录,结构上的作用及其分类,3.2极限状态,结构上的作用及其分类,3.2极限状态,结构上的作用及其分类,3.2极限状态,结构上的作用及其分类,3.2极限状态,结构上的作用及其分类,3.2极限状态,荷载分类,3.2极限状态,荷载分类,3.2极限状态,荷载代表值,3.2极限状态,荷载代表值,3.2极限状态,工程结构设计理论演变简况,3.2极限状态,容许应力设计法容许应力设计法是建立在弹性理论基础上的设计方法。其表达式为：式中，构件在使用阶段(使用荷载作用下)截面上的最大应力；材料的容许应力。容许应力设计法计算简单，但其有许多问题：没有考虑材料塑性性质。没有对作用阶段给出明确的定义，也就是使用期间荷载的取值原则规定得不明确。把影响结构可靠的各种因素(荷载的变异、施工的缺陷、计算公式的误差等)统统归结在反映材料性质的容许应力上，显然不够合理。的取值无科学根据，纯属经验的，历史上曾多次提高过材料的容许应力值。按容许应力法设计的构件是否安全可靠，无法用实验来验证。,工程结构设计理论演变简况,3.2极限状态,破损阶段设计法针对容许应力设计法存在的缺陷，之后出现了假定材料均已达到塑性状态，依据截面所能抵抗的破损内力建立的计算公式。其设计表达式为：式中，构件最终破坏时的承载能力；安全系数，用来考虑影响结构安全的所有因素。优点为：它可以反映材料的塑性性质，结束了长期以来假定混凝土为弹性体的局面。采用一个安全系数，使构件有了总的安全度的概念。它以承载能力值(如)为依据，其计算值是否正确可由实验检验。,工程结构设计理论演变简况,3.2极限状态,苏联曾把该理论用下式来表达：式中，M正常使用时，由各种荷载所产生的截面内力；a反映截面尺寸等的尺寸函数；，材料强度的平均值。破损阶段理论仍存在一些重大缺点：破损阶段计算，构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求。安全系数K的取值仍须经验确定，并无严格的科学依据。采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。荷载的取值仍然也是经验值；表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度，显然也是不够合理的。,工程结构设计理论演变简况,3.2极限状态,概率极限状态设计法概率极限状态设计法是以概率理论为基础，将作用效应和影响结构抗力的主要因素作为随机变量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。其特点是有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过预先规定的可靠指标值，使结构各构件间，以及不同材料组成的结构之间有较为一致的可靠度水平。国际上把处理可靠度的精确程度分为3个水准。(1)水准I半概率方法。对荷载效应和结构抗力的基本变量部分地进行数理统计分析，并与工程经验结合引入某些经验系数，所以尚不能定量地估计结构的可靠性。(2)水准II近似概率法。该法对结构可靠性赋予概率定义，以结构的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性，并建立了结构可靠度与结构极限状态方程之间的数学关系，在计算可靠指标时考虑了基本变量的概率分布类型，并采用了线性化的近似手段，在设计截面时一般采用分项系数的实用设计表达式。目前我国的工程结构可靠度设计统一标准(GB501531992)、建筑结构可靠度设计统一标准(GB500682001)都采用了这种近似概率法，在此基础上颁布了各种结构设计的规范。(3)水准III全概率法。这是完全基于概率论的结构整体优化设计方法，要求对整个结构采用精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为可靠度的直接度量，由于这种方法无论在基础数据的统计方面还是在可靠度计算方面都不成熟，目前尚处于研究探索阶段。,课后小节与思考,3.2极限状态,课程提要作用的定义及分类荷载的分类结构设计方法演变思考什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用的概念有什么不同？工程结构设计中，如