混凝土结构设计方法的理论基础课件

第二章混凝土结构的设计方法结构设计的要求混凝土结构的耐久性极限状态设计法主要内容：重点：作用、作用效应和抗力的概念及其随机特性

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混凝土结构设计方法的理论基础——可靠度理论；极限状态设计法表达式的基本概念及应用；极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计方法结构设计的要求混凝土结构的1第二章混凝土结构的设计方法2.1.1结构的功能要求§

2.1结构设计的要求第二章混凝土结构的设计方法2.1.1结构的功能要求§2可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。■如何在可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。

2.1.1结构的功能要求第二章混凝土结构的设计方法可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称2.1.1结构的功能32.1.2结构上的作用、作用效应、结构抗力1.作用：使结构产生内力、变形的原因。直接作用：荷载

间接作用：不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震

直接作用（重力）间接作用（升温）第二章混凝土结构的设计方法2.1.2结构上的作用、作用效应、结构抗力直接作用（重力4作用分类永久作用：可变作用：偶然作用：构件自重、土压力、预应力楼面活荷载、风荷载、雪荷载地震、爆炸、撞击等第二章混凝土结构的设计方法作用分类构件自重、土压力、预应力楼面活荷载、风荷载、雪荷载地52.作用效应作用效应（S）：作用产生的后果

M、N、V、T、f、w

作用效应具有随机性

第二章混凝土结构的设计方法2.作用效应作用效应（S）：作用产生的后果作用效应63.结构抗力结构抗力（R）：结构抵抗作用效应的能力

。Mu、Vu、[f]、[w]

结构抗力的影响因素

材料性能的不确定性

构件几何参数的不确定性

计算模式的不确定性

第二章混凝土结构的设计方法3.结构抗力结构抗力的影响因素7第二章混凝土结构的设计方法第二章混凝土结构的设计方法8

2.2.1结构的极限状态◆

区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”第二章混凝土结构的设计方法§

2.2极限状态设计法2.2.1结构的极限状态◆区分结构“可靠”与“9

承载力极限状态超过该极限状态，不能满足安全性要求◆

结构或构件达到最大承载力◆

结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡◆

结构塑性变形过大而不适于继续使用◆

结构形成几何可变体系◆

结构或构件丧失稳定第二章混凝土结构的设计方法承载力极限状态超过该极限状态，不能满足安全性10

正常使用极限状态

超过该极限状态，不能满足适用性和耐久性的要求。

◆

过大的变形、侧移；◆

过大的裂缝；◆

过大的振动；◆

其他正常使用要求。第二章混凝土结构的设计方法正常使用极限状态超过该极限状态，不112.2.2结构的极限状态方程结构的功能函数Z=R-S（随机变量）Z=R-S>0，可靠Z=R-S=0，极限状态Z=R-S<0，失效Z=0称为结构的极限状态方程第二章混凝土结构的设计方法2.2.2结构的极限状态方程第二章混凝土结构的设计方法122.2.3

可靠度和可靠指标

可靠度：可靠性的概率度量。

1.可靠概率PS2.失效概率Pf第二章混凝土结构的设计方法2.2.3可靠度和可靠指标可靠度：可靠性的概率度量。133.可靠指标βb

—可靠指标第二章混凝土结构的设计方法3.可靠指标βb—可靠指标第二章混凝土结构的设计方法144.目标可靠指标

按可靠指标的设计方法

按承载力极限状态设计时

按正常使用极限状态设计时

根据其可逆程度可取0～1.5

第二章混凝土结构的设计方法4.目标可靠指标按可靠指标的设计方法按承载力极限状态设15§2.3极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计方法概率极限状态设计法与过去采用的其他各种方法相比更为科学合理，但计算繁复，某些统计数据也不齐全。实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系数”来表示的方式。具体措施§2.3极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计162.3.1承载力极限状态设计表达式0.9三级1.0二级1.1一级重要性系数安全等级结构的重要性系数第二章混凝土结构的设计方法2.3.1承载力极限状态设计表达式0.9三级1.0二级1.171、基本组合

（1）由可变荷载效应控制的组合（2）由永久荷载效应控制的组合2、偶然组合

第二章混凝土结构的设计方法1、基本组合（2）由永久荷载效应控制的组合2、偶然组合第182.3.2正常使用极限状态设计表达式

S≤C

第二章混凝土结构的设计方法2.3.2正常使用极限状态设计表达式第二章混凝土结构的19荷载效应组合Ⅱ.频遇组合

Ⅲ.准永久组合

第二章混凝土结构的设计方法Ⅰ.标准组合：荷载效应组合Ⅱ.频遇组合Ⅲ.准永久组合第二章混凝20§2.4混凝土结构的耐久性2.4.1耐久性的概念指结构在设计使用年限内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固，而满足正常使用和安全功能要求的能力。第二章混凝土结构的设计方法§2.4混凝土结构的耐久性2.4.1耐久性的概念第二章212.4.2《规范》对混凝土耐久性要求的规定基本原则根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。第二章混凝土结构的设计方法2.4.2《规范》对混凝土耐久性要求的规定基本原则第二章222.保证耐久性的措施（1）最小保护层厚度

第二章混凝土结构的设计方法2.保证耐久性的措施（1）最小保护层厚度第二章混凝土23（2）裂缝控制一级：严格要求不出现裂缝二级：一般要求不出现裂缝三级：允许出现裂缝第二章混凝土结构的设计方法（2）裂缝控制第二章混凝土结构的设计方法24（3）混凝土的基本要求第二章混凝土结构的设计方法（3）混凝土的基本要求第二章混凝土结构的设计方法25（4）其他措施◆对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。◆对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。◆采用有利提高耐久性的高强混凝土。第二章混凝土结构的设计方法（4）其他措施第二章混凝土结构的设计方法26第二章混凝土结构的设计方法结构设计的要求混凝土结构的耐久性极限状态设计法主要内容：重点：作用、作用效应和抗力的概念及其随机特性

；

混凝土结构设计方法的理论基础——可靠度理论；极限状态设计法表达式的基本概念及应用；极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计方法结构设计的要求混凝土结构的27第二章混凝土结构的设计方法2.1.1结构的功能要求§

2.1结构设计的要求第二章混凝土结构的设计方法2.1.1结构的功能要求§28可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。■如何在可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。

2.1.1结构的功能要求第二章混凝土结构的设计方法可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称2.1.1结构的功能292.1.2结构上的作用、作用效应、结构抗力1.作用：使结构产生内力、变形的原因。直接作用：荷载

间接作用：不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震

直接作用（重力）间接作用（升温）第二章混凝土结构的设计方法2.1.2结构上的作用、作用效应、结构抗力直接作用（重力30作用分类永久作用：可变作用：偶然作用：构件自重、土压力、预应力楼面活荷载、风荷载、雪荷载地震、爆炸、撞击等第二章混凝土结构的设计方法作用分类构件自重、土压力、预应力楼面活荷载、风荷载、雪荷载地312.作用效应作用效应（S）：作用产生的后果

M、N、V、T、f、w

作用效应具有随机性

第二章混凝土结构的设计方法2.作用效应作用效应（S）：作用产生的后果作用效应323.结构抗力结构抗力（R）：结构抵抗作用效应的能力

。Mu、Vu、[f]、[w]

结构抗力的影响因素

材料性能的不确定性

构件几何参数的不确定性

计算模式的不确定性

第二章混凝土结构的设计方法3.结构抗力结构抗力的影响因素33第二章混凝土结构的设计方法第二章混凝土结构的设计方法34

2.2.1结构的极限状态◆

区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”第二章混凝土结构的设计方法§

2.2极限状态设计法2.2.1结构的极限状态◆区分结构“可靠”与“35

承载力极限状态超过该极限状态，不能满足安全性要求◆

结构或构件达到最大承载力◆

结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡◆

结构塑性变形过大而不适于继续使用◆

结构形成几何可变体系◆

结构或构件丧失稳定第二章混凝土结构的设计方法承载力极限状态超过该极限状态，不能满足安全性36

正常使用极限状态

超过该极限状态，不能满足适用性和耐久性的要求。

◆

过大的变形、侧移；◆

过大的裂缝；◆

过大的振动；◆

其他正常使用要求。第二章混凝土结构的设计方法正常使用极限状态超过该极限状态，不372.2.2结构的极限状态方程结构的功能函数Z=R-S（随机变量）Z=R-S>0，可靠Z=R-S=0，极限状态Z=R-S<0，失效Z=0称为结构的极限状态方程第二章混凝土结构的设计方法2.2.2结构的极限状态方程第二章混凝土结构的设计方法382.2.3

可靠度和可靠指标

可靠度：可靠性的概率度量。

1.可靠概率PS2.失效概率Pf第二章混凝土结构的设计方法2.2.3可靠度和可靠指标可靠度：可靠性的概率度量。393.可靠指标βb

—可靠指标第二章混凝土结构的设计方法3.可靠指标βb—可靠指标第二章混凝土结构的设计方法404.目标可靠指标

按可靠指标的设计方法

按承载力极限状态设计时

按正常使用极限状态设计时

根据其可逆程度可取0～1.5

第二章混凝土结构的设计方法4.目标可靠指标按可靠指标的设计方法按承载力极限状态设41§2.3极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计方法概率极限状态设计法与过去采用的其他各种方法相比更为科学合理，但计算繁复，某些统计数据也不齐全。实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值以及相应的“分项系数”来表示的方式。具体措施§2.3极限状态设计表达式第二章混凝土结构的设计422.3.1承载力极限状态设计表达式0.9三级1.0二级1.1一级重要性系数安全等级结构的重要性系数第二章混凝土结构的设计方法2.3.1承载力极限状态设计表达式0.9三级1.0二级1.431、基本组合

（1）由可变荷载效应控制的组合（2）由永久荷载效应控制的组合2、偶然组合

第二章混凝土结构的设计方法1、基本组合（2）由永久荷载效应控制的组合2、偶然组合第442.3.2正常使用极限状态设计表达式

S≤C

第二章混凝土结构的设计方法2.3.2正常使用极限状态设计表达式第二章混凝土结构的45荷载效应组合Ⅱ.频遇组合

Ⅲ.准永久组合

第二章混