工程结构设计原理讲稿第三讲

结构设计原理第三讲第三讲：计算原则（1）

上一讲的主要内容1、混凝土结构组成及工作原理：由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。发挥材料优势（混凝土的压、钢筋的拉），取长补短。是一种复合材料构件，工作过程相对复杂。2、钢结构组成及工作原理：单一材料构件，材料理想，工作原理简单。3、砌体结构组成及工作原理：用砂浆等胶结材料把砖、石或砌块等砌筑成一体的结构。是一种复合材料构件，工作过程相对复杂。第三讲：结构基本计算原则（1/28）一、结构上的作用二、结构的抗力三、结构的功能和极限状态四、设计的基本原则五、基于近似概率法的设计表达式六、本章要点第三讲：计算原则（2/28）

一、结构上的作用（1/5）1、作用及作用效应(1)作用引起结构内力和变形的一切原因。

直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构，也称为荷载；

间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生内力。(2)作用效应作用在结构上产生的内力和变形等。

由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。第三讲：计算原则（3/28）

一、结构上的作用（2/5）2、作用的分类(1)按照随时间的变异性分类

永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略；

可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略；

偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大。(2)按照随位置的变异性分类

固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布；

可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。(3)按照结构的反应分类：

静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；

动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略。第三讲：计算原则（4/28）

一、结构上的作用（3/5）3、荷载的随机性与概率模式(1)永久荷载

性质：其量值是不确定的，其量值不随时间变化

数学描述：随机变量概率模式，基本服从正态分布(2)可变荷载

性质：其量值是不确定的，其量值也随时间变化

数学描述：把随机过程模式简化成随机变量模式

简化方法：分析荷载最大值分布规律，是一随机变量

分布规律：极值I型概率分布模式第三讲：计算原则（5/28）

一、结构上的作用（4/5）4荷载的代表值(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，便于设计时，定量描述和运算。(2)取值原则：根据荷载概率分布特征,控制保证率。第三陪讲：计算搭原则勇（6/砖28）一、弦结构梁上的米作用显（5/洞5）(2烈)代表似值取练值

永久烧荷载慰的代藏表值

标准沟值：扫取分蚁布的述平均吵值，跌保证牵率50纽奉%；

可变谅荷载筝的代乔表值

标准薄值：冠基本椅代表纱值，拖保证夜率尚脏未统傍一；

准永谦久值德：对绪可变军荷载遇稳定亚性的止描述屡，等于衡标准亏值乘彻准永阀久值尘系数惰；

组合记值：剥两种猎或（辈以上昌）可般变荷烘载作止用时奥，都共以标趁准值拉出现物的概缠率小微，因屿此对峡标准钢值乘露以组荐合系佩数进辈行折塑减。第三拢讲：计算壶原则挑（1）下一维讲的出主要滥内容1、抗摄力的乔不定须因素影及取惧值2、结敞构的袖功能3、极蜡限状计态结构棕设计兔原理第自四优讲主讲粗教师冠：草曹双呜寅咐舒赣作平东南株大学餐远程种教育第四百讲：裂计算帮原则欲（2）上一痛讲的温主要传内容1、作乌用及床作用乞效应作腰用：隶引起眠结构译内力单和变金形的姜一切舅原因梅。作用蒸效应浇：作金用在持结构成上产院生的坑内力价和变已形等侵。2、作宰用的明分类按时陵间分：永待久作浴用；艇可变无作用零；偶唤然作坏用。按位生置分秃：固朗定作馋用、冤可动触作用退。按反知应分妇：静智态作权用、庭动态弃作用砌：3、荷驰载的潜随机灭性及王代表习值目的膀：以款确定蒙值（艘代表破值）棕表达默不确除定的却随机倾变量题；种类桨：盛标准庆值、盖准永犁久值奇、丈组合哈值。第四倚讲：计算瞧原则屑（7/廊28）二、搞结构逆的抗羊力倡（1/禾2）1、抗协力及曲其不划定因驳素

抗力裤：抵返抗作坝用效夹应的首能力

性质摆：与拾时间验有关违的随需机过丹程

材料训的性钟能，炼结构拦尺寸闲等都叼是随滴机变姨量；

有些历材料策的力欧学性喜能是伴随时突间变积化的输。

简化罗：忽制略随回时间饱的变最化，帅用随芳机变切量模仔型描肾述。

抗力渠不定踏性主列要因喷素：

材料兄性能之的不塘定性

几参滔数的侄不定严性

计算品模式熄的不呀定性第四捷讲：计算问原则胶（8/游28）二、盖结构翼的抗御力观（2/逮2）2、挡材料效强度漂的标谦准值(1叮)实质刊：以清确定层值（谁标准职值）绵表达现不确蹄定值谢，便泰于应爸用。(2誉)标准辉值取绒值：衡根据盟材料栗强度扶概率世分布佛的0.门05分位车值，即95烘%保证块率的绪要求驶确定罩。3、抗防力的害概率耳分布尚模式(假设)对数逮正态始分布第四舅讲：计算择原则扒（9/艘28）三、流结构条功能投和极镰限状袄态（1/胁2）1、结惩构的武功能（1）安非全性扑：要理求结促构承董担正艳常施蓄工和类正常诉使用煮条件粮下，匪可能滑出现公的各峡种作造用，遭而不台产生暗破坏山。并铺且在谦偶然晃事件泻发生帜时以菊及发夕生后脖，能隆保持认必需秃的整码体稳毫定性矮，不企至于展因局乖部损桶坏而奋产生爸连续身破坏极。（2）适震用性垮：要戒求结剃构在田正常构使用匀时满铲足正阔常的蓝要求嫌，具有良箩好的爱工作印性能千。（3）耐也久性定要求假结构赛在正章常使凉用和腥维护糖下，握在规属定的舟使用期悦内，妻能够睛满足沿安全肠和使殊用功肝能要贡求。庸如材料氧的老稿化、枕腐蚀晋等不危能超蚀过规计定的盆限制悬等。第四惧讲：计算悦原则钉（10接/2之8）三、葡结构腔功能秩和极邪限状附态（2/尊2）2、极鼠限状线态(1泥)定义六：极晕限状酬态是宗判别皆结构沸是否解能够竟满足界其功勤能要嫩求的标准摸，指镰结构至或结希构一陵部分粪处于暮失效引边缘腔的状劳态。(2萝)分类稳：

承载赤能力贩极限想状态是判荣别结奔构是峰否满件足安虎全性草要求刘的标得准，焰指结负构或盆结构构件塔达到挡最大委承载须能力劈燕或不戚适于松继续马加载眯的变升形。

正常率使用组极限毅状态马：是判敲别结酸构是侵否满捉足正陵常使尚用和轨耐久煌性要架求的祖标准嫩，指结摔构或智构件投达到浅正常鬼使用乌或耐抓久性功的某归些规善定限扣值。第四出讲：计算偿原则参（2）下一付讲的神主要凶内容1、功贫能函晃数与末极限帖状态合方程2、结构存可靠宫度的辫概念结构蒙设计奔原理第背五陕讲主讲岔教师糟：文曹双耐寅险舒赣拥平东南已大学作远程残教育第五辅讲：相计算玻原则及（3）上一哈讲的订主要橡内容1、抗马力及门其不猪定因般素及源材料杠强度晃的标酿准值标准旷值的冤实质贤：以手确定枕值表士达不慰确定陈值，晋便于绞应用览。标准奴值取方值：罪具有95派%保证辞率的舟强度乘值。2、结织构的蜘功能安全私性、贱适用钟性和纤耐久株性3、极限逃状态目的舅：判工别结蜓构是圣否能尾够满花足功库能要设求；分类润：街承载柄能力延极限世状态自和正乡丰常使具用极方限状烘态。第五达讲：计算舒原则日（11签/2理8）四、虫设计轰计算裹原则劳（1/律11）1、功围能函垃数与缠极限偶状态她方程(1植)功能梁函数Z=膨R-捞S=误g(著X1,X2,X3….Xn)(2处)结果去分析

Z=延R-误S>董0：处于甩可靠谨状态趣；

Z=德R-会S<腹0：处于速不可胖靠状形态，剂即失堂效；

Z=骡R-但S=刘0：处于望极限坏状态教，此兼方程即称极侄限状哄态方弯程2、结样构的敢可靠册性(1谁)关于高结构止设计

本质悟：对夹比、滥控制R和S，即保抄证R-脉S>贿0

问题德：R和S为随红机变束量，恰功能慎函数呜值Z是随亭机变终量绝对鼻保证R大于S不可插能！第五波讲：计算洒原则苍（12康/2岂8）四、剖设计铲计算蒸原则须（2/物11）

解决狱方法剖：控互制可姨靠度危，绝夹大多鉴数情掘况下摧：R>俊S允许润极少凭数情丽况下俭：R<礼S(2缠)结构腥可靠史度和宁失效舌概率

可靠邮度(可靠虹概率)：是灰结构镰在规宪定的趴时间皱内，污在规赞定的条件仁下，南完成乓预定秩功能旬的概厉率，肢以Ps表示死。

失效辣概率雕：结号构不累能完铁成预扭定功田能的候概率侨，以Pf表示栽。第五瞎讲：计算路原则侧（13进/2围8）四、乐设计箩计算筐原则宅（3/垮11）(3条)可靠陷度三久个水趟准

水准I：是用波随机阶变量占的一辛阶矩蚊（平到均值成）加敬以概城括;

水准II：用随紫机变产量的版一阶晶矩和星二阶瓶矩来萌描述;

水准II筑I：也称臂为全欣概率滨法，帖是以束真实沙分布给进行宏计算毕。第五盘讲：计算崇原则存（3）下一鸣讲的部主要崇内容1、可聚靠性滤的计钢算及付可靠是指标结构庙设计芳原理第善六吹讲主讲衔教师雕：大曹双秧寅砌舒赣狼平东南买大学唤远程疫教育第六炭讲：纺计算猎原则讯（4）上一茄讲的每主要剃内容1、功泼能函裹数和炉极限乏状态轨方程Z=少R-泡S2、结构宝可靠鬼性概祸念功能旋函数贴值Z可能<0（失镜效）肿、也伞可能>0（可谜靠）旦。因此燥要用悠概率府控制狗。3、可愈靠概核率和例失效立概率4、可晓靠度巡寿的水锁准：I、II、II姓I第六臂讲：计算孝原则叼（14键/2到8）四、决设计明计算饿原则煎（4/繁11）3、可逮靠度不的计掩算方遇法及彻可靠覆指标(1摇)可靠紧指标

简单坟分析雨：假疼设只臂有两疼个随雁机变秋量R和S，相互欲独立萄，均服己从正篮态分新布，污已知割平均合值和才均方影差。

功能味函数Z:第六安讲：计算干原则踢（15乔/2属8）四、格设计规计算挡原则陡（5/殿11）

计算蜘结构壁失效激概率

进行柄数学掀变换柏得（药把Z由正舟态分北布变变换成绝标准抵正态插分布宁）定够义可靠乳度指疏标：则：第六售讲：计算根原则缘瑞（16大/2竿8）四、悲设计赏计算络原则站（6畅/1律1）

分析暮：可丽靠指茅标与掏可靠概度（潮失效仓概率局）相董关，吨可靠扎指标越大迫，结构释越可毙靠；可靠去指标越小沿，结堪构越知不可前靠。

优点拢：用栋统计附特征鸣值来劣反映晶可靠谣度，擦不直但接用蜡概率呀。

可靠扭度指邀标取冬值

确定蚕方法岔：校若核法杆、类饭比法蛮协商茂给定衫法

取谈值：殃与安贷全等维级、奋截面震破坏烤形态碰、极膜限状酸态有毁关：安全恢等级将越高左，可葵靠指在标越圈大（0.缩慧5）；脆性夕破坏现高于开延性昂破坏盐（0.手5）；承载街力极痕限状袍态高企于正乞常使锅用极胃限状债态。第六摄讲：计算裂原则且（4）下一结讲的烧主要链内容1、可泼靠指渴标的章计算少方法-中心芹点法结构昼设计志原理第迈七它讲主讲沫教师后：爹曹双觉寅答舒赣叼平东南碗大学班远程虏教育第七汽讲：求计算撑原则偶（5）上一浮讲的蜡主要源内容1、可靠靠概何率和沿失效昼概率豆的计报算用数活学方前法可偿以计鞠算但鼠计算获工作吵量大诉。2、可蛮靠指惕标的膜定义倦及计姑算取值冷：安全澡等级荐、截观面破哨坏形济态、澡极限周状态默有关第七枯讲：计算存原则辨（17世/2延8）四、叉设计革计算去原则幸（7/慕11）(2双)计算诉方法详之一匹：中身心点筑法

假设映：Z中所首有随牌机量等是相走互独陷立的模，均较服从余正态仁分布将Z在平折均值举处按允泰勒钱级数怖展开位，忽递略二岔次以鸟上项

确定Z的特窜征值

求可乡丰靠指夕标

适用庭条件矩：基杏本变兆量的咳正态兴分布个；功馒能函申数是穗线性撑的。

特点鸽：直缘瑞接用总特征害值；服概念狗清楚暂，应社用简清便；羞误差死较大宾。第七婆讲：计算它原则辱（18缝/2蠢8）四、殊设计前计算玻原则本（8/驻11）例题环：某暮轴心远受压惕短柱煮，按春中心描点法看求构私件可境靠指鹅标已命知：抗压兰承载甜力：晃恒载煤产生堪的压里力：活载哥产生猜的轴票向压东力：

建立僻功能榆函数:

求Z的特鞠征值替：

求可谢靠指奋标第七卸讲：计算穷原则茫（19跌/2胸8）四、计设计砍计算盗原则穗（9/桶11）例题喂：上棍题中钻，要臭求可鞠靠指原标3.蹲7，在第其它竟条件残不变快的条认件下,用中板心点匹法求愚该柱猫应具臂有的逐承载阁能力训平均坛值。

建立烟功能敞函数

求Z的特悉征值

求可爪靠指另标

承载商能力判平均拢值第七每讲：计算选原则令（4）下一炭讲的嚼主要矮内容1、可刘靠指斤标的锹计算毁方法-验算凡点法结构基设计党原理第允八跃讲主讲惹教师逮：炊曹双英寅摆舒赣号平东南事大学耻远程掘教育第八谅讲：袖计算态原则粥（6）上一统讲的巾主要蚁内容1、中巾心点选法的中原理假设基本运变量苗均符抢合正片态分贵布，厉功能狼函数效是线砍性方吃程；利用店按泰床勒级钉数展贸开（塌忽略棕二次通及以迎上项警）经数值学推签导，适可靠筛指标数可以兵直接阀用平节均值雷和均趟方差命表示倚；2、中镇心点什法的丝式特点直接盾用变兴量的蝴特征呼值计对算；概念胆清楚杂，应短用简拒便；计算士结果堵误差寸较大锦。第八帮讲：计算塞原则编（20唤/2截8）四、点设计哈计算爽原则视（10榴/1职1）(3躬)计算绕方法良之二危：历验算两点法悔介绍

中心越点法绩的缺译陷：阀非正侄态分惜布？趟非线网形方慎程？逝误差琴！

处理带办法糊：对蕉中心住点法苦进行誉了改绿进

简单孟分析：仅粱考虑蝇两个停相互袭独立欢的正踪蝶态分漏布变碌量R和S极限恭状态穿方程澡为：标准虑化变蒜换，剩令以助和狭表述和的极唐限状盖态第八斤讲：计算荒原则抄（21罩/2嘴8）四、竿设计洒计算脖原则盘（11服/1保1）即：

可靠扯指标朴的实投质：活标准赌正态沟坐标置系中绢原点壮到极等限状鹊态方裹程直帮线的蜜最短轨距离面。验疾算点绒定义拼：P点

非正逢态变信量的夫当量宝正态让化原雕则

在验雷算点扎处，硬当量连前后稼分布屑函数值钢相等嘱；当娱量前旧后概杀率密膀度函数绕值相骑等。第八采讲：计算捐原则竖（6）下一幼讲的概主要斯内容1、近年似概船率的余设计姑表达怜式结构夕设计爬原理第裂九承讲主讲既教师尾：烦曹双廊寅谜舒赣舞平东南泼大学岂远程健教育第九牧讲：栋计算纺原则修（7）上一引讲的虾主要炉内容1、验如算点迹法的细原理是对乡丰中心嗽点法榆的修博正：对非脊正态改变量妨等效恨正态仓化；通过库数学箱变化汽寻找醉验算挂点；2、验瞎算点算法的菌特点计算陡结果骗比较半准确麻；计算帅复杂坑，与嚷随机独变量君的分杰布有留关；当随缺机变全量为蒙正态钥分布筛，功史能函抚数是害线形成方程半时，稻计算结果顾和中巴心点脂法相周同。第九隶讲：计算凑原则罚（22株/2牧8）五、渴近似倚概率猎法设理计表凭达式(1帐/6咳)1、一落般方陪法(1竹)结构啊可靠纷性设教计需凑要解移决的灵问题摩：

理论欢模式荣问题摸：失均效标赏准、险概率根模式削和计糟算方招法等托。

社会胆认同运问题仗：设听计可嗓靠指缺标的伴取值殖能否社被社王会接俭受。

应用冤方法侧问题墨：所残采用质的设格计表著达式稻的形酸式问非题。(2划)安全应系数梨法简江单示种例：

设Z只有趴两个兆独立柿的正营态变但量R和S，根据很定义得：第九坟讲：计算呢原则乒（23遭/2后8）五、析近似院概率川法设厚计表啦达式(2宜/6合)即解得寒：

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当功董能函拘数有吊两个逝随机委变量R和S时整理怨可得医：以标汁准值够代入比整理灭得：

当功崖能函挺数有刃三个浩随机缎变量R和SG和SQ时整理铺可得以标岭准值灿代入:

分项伏系数隐法设舅计表很达式第九盟讲：计算历原则棉（7）下一印讲的涉主要蛾内容1、现购行设杜计表出达式结构歌设计帆原理第钢十谈讲主讲东教师神：搬曹双社寅贴舒赣数平东南灭大学筐远程名教育第十核讲：芹计算钳原则帆（8）上一批讲的诊主要猴内容1、安带全系蜘数法经过弟变化庙设计肆表达侵式可耳以表扔示成中：安全村系数K与可浪靠指村标和棉随机杜变量榨的数挂字特垮征有瞒关2、分愈项系有数法经过姥变化韵设计禁表达绸式可脆以表胃示成惧：分项冬系数幸法与垂可靠盒指标血和随醋机变浓量的极数字软特征每有关喷。第十收讲：计算索原则幼（25嘉/2渐8）五、催近似载概率拒法设系计表鸭达式(4列/6那)2、我速国现毒行规觉范采港用的谋基本网设计旱表达宅式(1台)承载尖能力陆极限项状态武设计准表达清式

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