土建结构基本计算原则PPT课件

1、12.12.1结构上的作用和结构的承载力结构上的作用和结构的承载力一一. .结构上的作用结构上的作用1.1.作用的定义：使结构或构件产生效应作用的定义：使结构或构件产生效应（内力、应力、位移等）的因素。（内力、应力、位移等）的因素。2.2.作用的分类：作用的分类： （1 1）直接作用（如荷载）；）直接作用（如荷载）； （2 2）间接作用（如温差、不均匀沉降）间接作用（如温差、不均匀沉降）第1页/共21页23.3.荷载的分类荷载的分类（1 1）永久荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形式不随时间变化，或者其变化可）永久荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形式不随时间变化，或者其变化可忽略

2、不计，通常称为恒载；忽略不计，通常称为恒载；（2 2）可变荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形式等任意因素随时间变化，通常）可变荷载：在设计基准期内大小、方向、作用点及形式等任意因素随时间变化，通常称为活载；称为活载；（3 3）偶然荷载：在设计基准期内一般不出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短。）偶然荷载：在设计基准期内一般不出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短。第2页/共21页34.4.荷载的标准值荷载的标准值（1 1）荷载标准值的定义：具有一定概率的最大荷载值；）荷载标准值的定义：具有一定概率的最大荷载值；（2 2）确定方法：荷载标准值为其平均值减去）确定方法：荷载标准值为其平均

3、值减去1.6451.645倍标准差，此时所对应的出现概率为倍标准差，此时所对应的出现概率为95%95%。二二. .结构的功能要求结构的功能要求1.1.结构的安全等级结构的安全等级（1 1）确定原则：根据破坏后果的严重性；）确定原则：根据破坏后果的严重性；（2 2）等级标准。）等级标准。第3页/共21页42.22.2结构的功能要求结构的功能要求一、结构的使用年限一、结构的使用年限（1 1）结构使用年限的概念：结构保持规定的可靠性的时间；）结构使用年限的概念：结构保持规定的可靠性的时间；（2 2）结构使用年限的规定：）结构使用年限的规定：A.A.一般房屋结构为一般房屋结构为5050年；年；B.B.

4、桥梁结构和水工结构超过桥梁结构和水工结构超过5050年，可根据业主要求确定；年，可根据业主要求确定；C.C.结构使用时间超过规定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。结构使用时间超过规定的年限后，可靠性降低，但不一定不能用。第4页/共21页5二、建筑结构的功能要求二、建筑结构的功能要求（1 1）安全性：在使用年限期间能承受各种）安全性：在使用年限期间能承受各种作用；作用；（2 2）适用性：在使用年限期间能良好工作；）适用性：在使用年限期间能良好工作；（3 3）耐久性：在使用年限期间保持安全和）耐久性：在使用年限期间保持安全和适用。适用。第5页/共21页62.32.3结构功能的极限状态结构功能的

5、极限状态1.1.极限状态的一般定义：结构或构件不能极限状态的一般定义：结构或构件不能满足某一功能要求的特定状态；满足某一功能要求的特定状态；2.2.极限状态的物理意义：未达到极限状态极限状态的物理意义：未达到极限状态则处于有效状态；超过极限状态则处于失则处于有效状态；超过极限状态则处于失效状态。效状态。第6页/共21页73.3.极限状态的分类极限状态的分类（1 1）承载力极限状态：结构或构件丧失承载能力或不能继续承载的状态；其主要表现为材）承载力极限状态：结构或构件丧失承载能力或不能继续承载的状态；其主要表现为材料破坏、丧失稳定或结构机动。料破坏、丧失稳定或结构机动。（2 2）正常使用极限状态

6、：结构或构件达到正常使用时的规定限值的状态；其主要表现为过）正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用时的规定限值的状态；其主要表现为过大变形、裂缝过宽或较大振动；大变形、裂缝过宽或较大振动；第7页/共21页8（3 3）两种极限状态之间的关系：结构或构）两种极限状态之间的关系：结构或构件件必须必须进行承载力极限状态进行承载力极限状态计算计算，必要时，必要时进行正常使用极限状态进行正常使用极限状态验算验算。第8页/共21页94.4.极限状态方程极限状态方程（1 1）极限状态函数：）极限状态函数：Z=R-SZ=R-S 上式中，上式中，R R表示结构构件抗力，它与材料的表示结构构件抗力，它与材料的力学

7、指标及材料用量有关；力学指标及材料用量有关；S S表示作用（荷载）表示作用（荷载）效应及其组合，它与作用的性质有关；效应及其组合，它与作用的性质有关；（2 2）极限状态函数中各量的数学意义：）极限状态函数中各量的数学意义： R R和和S S均可视为随机变量，均可视为随机变量，Z Z为复合随机变量，为复合随机变量，它们之间的运算规则应按概率理论进行。它们之间的运算规则应按概率理论进行。第9页/共21页10（3 3）极限状态函数的物理意义：）极限状态函数的物理意义： Z=R-S0Z=R-S0，结构处于可靠状态；，结构处于可靠状态； Z=R-S=0Z=R-S=0，结构处于极限状态；，结构处于极限状态

8、； Z=R-S0Z=R-S0，结构处于失效状态；，结构处于失效状态；第10页/共21页112.42.4按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法一一. .结构的可靠度结构的可靠度（1 1）传统方法存在的问题：缺乏科学性）传统方法存在的问题：缺乏科学性（2 2）发展方向：应采用概率来描述结构）发展方向：应采用概率来描述结构的可靠性。的可靠性。 （3 3）结构的可靠性：结构在规定的时间）结构的可靠性：结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的能力；内和规定的条件下完成预定功能的能力；第11页/共21页12（4 4）结构的可靠度：结构在规定的时间内）结构的可靠度：结构在规定的时间内和规

9、定的条件下完成预定功能的概率；和规定的条件下完成预定功能的概率；（5 5）规定的时间：设计基准期；）规定的时间：设计基准期；（6 6）规定的条件：正常设计、正常施工和）规定的条件：正常设计、正常施工和正常使用。正常使用。第12页/共21页13二二. .可靠指标和失效概率可靠指标和失效概率（1 1）失效概率的求解根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立：）失效概率的求解根据极限状态函数，由概率论可知如下关系成立： (a) (a) ，为失效概率；，为失效概率； ( (b) b) ，为可靠概率；，为可靠概率； ( (c) c) ，失效和可靠一定发生。，失效和可靠一定发生。0ZfdZfp0ZsdZf

10、p1ppsf第13页/共21页14（2 2）求解上述概率存在的困难）求解上述概率存在的困难A.A.概率密度函数很难确定或不可积分；概率密度函数很难确定或不可积分；B.B.上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。上述积分运算较繁琐，不便于工程设计。（3 3）关于可靠指标）关于可靠指标A.A.物理意义：简化积分运算；物理意义：简化积分运算；B.B.计算公式：计算公式： 式（式（2-12-1）；）；C.C.几何意义：几何意义：P14P14图图2-12-1；D.D.可靠指标与失效概率的数量关系：可靠指标与失效概率的数量关系：P14P14表表2-12-1；)(22SRSRzz第14页/共21页15E.E.关

11、于目标可靠指标关于目标可靠指标 a.a.目标可靠指标：结构设计必须达到的指标；目标可靠指标：结构设计必须达到的指标； b.b.目标可靠指标的确定：校准法；目标可靠指标的确定：校准法； c.c.目标可靠指标与安全等级的关系：目标可靠指标与安全等级的关系： d.d.延性破坏：破坏前有预兆；延性破坏：破坏前有预兆； e.e.脆性破坏：破坏前无预兆。脆性破坏：破坏前无预兆。第15页/共21页162.5实用设计表达式一.承载能力极限状态设计表达式 （2-4）上式的物理意义为：荷载效应设计值不超过抗力的设计值；上式中各符号的意义见P.20RSoiKCiQin2iQiK11Q1QKGGQCQCGCS),f,

12、f(RRkcckssk第16页/共21页17二二. .关于承载能力极限状态设计表达式的可靠性关于承载能力极限状态设计表达式的可靠性1.1.可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即结构构件重要性系数可靠性的评价包含在三类分项系数之中，即结构构件重要性系数 ； 荷载分项系数荷载分项系数 ； 材料分项系数材料分项系数 ；2.2.分项系数的确定原则：由实用设计表达式求得的可靠指标满足目标可靠指标的要求。分项系数的确定原则：由实用设计表达式求得的可靠指标满足目标可靠指标的要求。3.3.引入分项系数的原因：利用积分求解失效概率困难、计算可靠指标麻烦且不便工程师设引入分项系数的原因：利用积分求解失效概率困难、

13、计算可靠指标麻烦且不便工程师设计。计。oQiG,cs,第17页/共21页18三三. .正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式1.1.表达式：类似承载力极限状态表达式，表达式：类似承载力极限状态表达式，但是将分项系数全取为但是将分项系数全取为1.01.0；2.2.理由：正常使用极限状态仅用于验算，理由：正常使用极限状态仅用于验算，所以可降低可靠度；所以可降低可靠度；第18页/共21页193.63.6按极限状态设计时材料强度和荷载按极限状态设计时材料强度和荷载的取值的取值1.1.材料强度标准值等于其均值减去材料强度标准值等于其均值减去1.6451.645倍标差；由概率论知，保证率为倍标差；由概率论知，保证率为95%95%；2.2.荷载标准值等于其均值加上荷载标准值等于其均值加上1.6451.645倍标倍标准差；由概率论知，保证率为准差；由概率论知，保证率为95%95%；第19页/共21页203 3. .材料和荷载分项系数根据目标可靠指标确定，材料和荷载分项系数根据目标可靠指标确定， 且均大于且均大于1.01.0；4.4.标准值与设计值之间的关系标准值与