第10章 结构概率可靠度设计法

第10章结构概率可靠度设计法,10-2,一、设计要求RS不能绝对满足，只能在一定概率意义下满足，即:PRS=ps,10.1结构设计的目标,10-3,二、目标可靠度可靠度的大小对结构设计的影响ps太大成本高ps太小失效概率大目标可靠度的确定目标可靠度的确定应考虑经济与安全的合理平衡；,10.1结构设计的目标,10-4,一般需考虑以下四个因素：(1)公众心理；(2)结构重要性；(3)结构破坏性质；(4)社会经济承受力。各种因素对目标可靠度的影响公众心理的影响,10.1结构设计的目标,10-5,一些事故的年死亡率,10.1结构设计的目标,10-6,10.1结构设计的目标,10-7,结构重要性的影响一般结构ps重要结构ps次要结构ps结构破坏性质的影响脆性结构ps延性结构ps社会经济承受力的影响经济越发达ps,10.1结构设计的目标,10-8,10.1结构设计的目标,校准法承认传统设计所具有的可靠度的合理性，通过计算得出的传统设计的可靠度水平作为参考目标可靠度。,设计可靠度指标,10-9,定义：直接基于结构可靠度分析理论的设计方法。简单示例已知S、R、S，求R。则由,10.2结构概率可靠度的直接设计法,10-10,得:由上式可解得R。,10.2结构概率可靠度的直接设计法,10-11,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,单一系数设计表达式k0SR由得：可解得:,10-12,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,习惯上设计表达式采用设计值(公称值)，即：其中：可得：,10-13,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,分项系数设计表达式或功能函数,10-14,由结构可靠度分析的验算点法，可得满足可靠度要求的验算点。由此可得各分项系数,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-15,或关于设计表达式的主要结论(1)若不同设计荷载变量所占的比重不同(值不同)，则严格按验算点确定分项系数将不同；,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-16,(2)预先设定各荷载分项系数，然后按可靠度要求计算确定结构抗力分项系数，受不同荷载变量间比值的大小影响较小。(3)单一系数设计表达式的安全系数值受不同荷载变量间比值的大小影响较大。(4)设计变量的分布类型，对分项系数值的大小有一定的影响。,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-17,国外规范设计表达式式中：0：结构重要性系数；G：恒载分项系数；Q1、Qi：第一个和其他第i个可变荷载分项系数；,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-18,SGk：恒载标准值效应；SG1k：第一个可变荷载标准值效应，该效应大于其他任何第i个可变荷载标准值效应；SGik：第i个可变荷载标准值效应；ci：第i个可变荷载的组合值系数；R()：结构构件的抗力函数；R：结构构件的抗力分项系数；fk：材料性能的标准值；ak：几何尺寸的标准值。,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-19,国内规范设计表达式,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,承载能力极限状态基本组合偶然组合正常使用能力极限状态标准组合频遇组合准永久组合,1、最不利组合,10-20,荷载组合情况表,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-21,1.1重要结构1.0一般结构0.9次要结构,0=,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,建筑结构安全等级,2、承载能力极限状态设计式,0SR（非抗震）,10-22,1）荷载效应基本组合设计值,可变荷载效应起控制作用的组合,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-23,永久荷载效应分项系数,可变荷载效应分项系数,住宅、宿舍、商店等绝大多数楼面活载0.7书库、档案库、电梯机房0.9风荷载0.6,可变荷载Qi的组合值系数,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-24,一般框、排架结构,由永久荷载效应起控制作用的组合,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-25,与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。,2）荷载效应偶然组合设计值,SR/RE（抗震）,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-26,3）构件抗力分项系数由材料的变异性而确定，构件抗力的标准值除以该分项系数后成为抗力设计值。,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-27,一钢筋砼屋面简支梁，跨度为6m，截面尺寸为：250mm500mm，梁的负荷宽度为3.6m，已知屋面板自重标准值为3kN/m2，上人屋面活荷载标准值为2kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，可变荷载组合系数0.7,试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,梁计算简图,屋面平面简图,例题1,10-28,解：,1、计算gk、q1k、q2k梁自重0.250.525=3.125kN/m板自重33.6=10.8kN/mgk=13.93kN/m,q1k=23.6=7.2kN/mq2k=0.53.6=1.8kN/m,2、跨中弯矩标准值,10-29,3、跨中弯矩设计值,4、支座边缘截面剪力设计值,同理：,例题1,可变荷载控制：,永久荷载控制：,10-30,C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。,3、正常使用极限状态设计式,可靠度要求低于承载能力极限状态。,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,10-31,准永久组合,频遇组合,标准组合,10.3结构概率可靠度设计的实用表达式,住宅、宿舍、商店等绝大多数楼面活载分别为：0.7、0.5、0.4风荷载分别为：0.6、0.4、0,组合值、频遇值和准永久值：,10-32,同例题1，求梁跨中挠度。,解：,例题2,10-33,也可：,例题2,10-34,解：（一）计算标准荷载效应1.均布恒载gk产生的跨中弯矩MgKMgK=1/8852=25kN.m2.均布活载qk产生的跨中弯矩MqKMqK=1/8652=18.75kN.m3.集中可变荷载QK产生的跨中弯矩MQKMQK=1/4105=12.5kN.m,简支梁上作用有均布恒载gk=8kN/m,均布活载qk=6kN/m,集中可变荷载QK=10kN，结构重要性系数0=1.1,试求梁跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值。,例题3,10-35,=1.225+1.418.75+1.40.712.5=68.5kN.m2.由永久荷载控制,G=1.35q=Q=1.4c1=c2=0.7M=gMgK+qc1MqK+Qc2MQK=1.3525+1.40.718.75+1.40.712.5=64.37kN.m,G=1.2q=Q=1.4M=gMgK+qMqK+Qc2MQK,例题3,（二）荷载效应组合（荷载基本组合）1.可变荷载控制,10-36,(三)考虑结构重要性系数后按可变荷载控制0M=1.168.5=75.36kN.m按永久荷载控制0M=1.164.37=70.81kN.m,例题3,解：（一）计算标准荷载效应1.均布恒载gk产生的支座剪力VgKVgK=1/285=20kN2.均布活载qk产生的支座剪力VqKVqK=1/265=15kN3.集中可变荷载QK产生的支座剪力VQKVQK=1/210=5kN,10-37,=1.220+1.415+1.40.75=49.9kN2.由永久荷载控制,G=1.35q=Q=1.4c1=c2=0.7V=gVgK+qc1VqK+Qc2VQK=1.3520+1.40.715+1.40.75=46.6kN,G=1.2q=Q=1.4V=gVgK+qVqK+Qc2VQK,例题3,（二）荷载效应组合（荷载基本组合）1.可变荷载控制,10-38,(三)考虑结构重要性系数后按可变荷载控制0V=1.149.9=54.89kN按永久荷载控制0V=1.146.6=51.26kN,例题3,10-39,0.2,0.6,0.7,0.2,雪荷载,0,0.4,0.6,1.4,风荷载,0.5,0.6,0.7,1.6,楼面活载,1.8,永久荷载,q,f,c,MK(kN.m),类别,各种荷载下弯矩标准值及各项系数,标准组合,解：,SK=1.8+1.6+0.61.4+0.70.2=4.38(kN.m),准永久组合,Sd=1.8+0.51.6+01.4+0.20.2=2.64(kN.m),例题4,SK=1.8+1.4+0.71.6+0.70.2=4.46(kN.m),取大值,活载控制：,风载控制：,10-40,M=1.21.8+1.41.6+1.40.61.4+1.40.70.2=5.77kN.m,M=GMGK+Q1c1M