水工钢筋混凝土之钢筋砼结构设计计算原理

第2章

钢筋砼结构设计计算原理

目的：掌握规范设计方法内容：结构功能要求结构上的作用概率为基础的极限状态设计方法思路规范设计表达式本章学习思路1设计理论（方法）的发展2结构的功能要求：结构设计目的3作用效应和抗力及其特征4极限状态设计方法的基本思路5规范设计表达式及其应用

2.1设计理论发展1容许应力法：例：简支梁问题：非弹性，最大压应力和最大拉应力很难求。安全系数K由经验确定。2破坏阶段法：3概率为基础的多系数表达的极限状态方法理论上：安全系数由结构设计要求达到的可靠概率确定效应抗力2.2.1结构的功能要求FunctionsofStructure1安全性

Safety◎结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。◎在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。

◎如（M≤Mu）第2章结构设计方法2.1结构的功能◆适用性Serviceability

◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。

◎如（f≤[f]）◆耐久性Durability

◎结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。

◎如（wmax≤[wmax]）第2章结构设计方法2.1结构的功能◆结构的可靠性

reliability■

可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称■就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。■结构可靠性越高，建设造价投资越大。■

如何在结构可靠与经济之间取得均衡？——设计目的

可靠性如何计算？可靠性目标是多大？－－可靠性量度◆结构饿的可密靠度re居li娘ab鄙il舱it昂y■可靠患度——可靠请性的券程度——可靠销概率■就是粗指结榆构在眨规定次的使坐用期饥限内堆（设糊计工砖作寿醋命=5矮0年）腊，在话规定榆的条搭件下杠（正歇常设碧计、晚正常怜施工五、正叨常使肿用和馒维护俩），尺完成冲预定缴结构销功能岔的概率。结构炼可靠脸度的戚控制奸因素签是什绞么？可靠耕度目干标－－相安全闭等级劫有关结构插上作用军和作学用效构应（荷绑载和警荷载秀产生厘的效蚁果）结构扯（构迹件)类型群、构膨造、楚尺寸季、材驳料强俩度、谅等。－－结构坡抗力（结搬构或煤构件萍的抵斑抗能承力）2.认2.语2结构杯上的蓝作用(荷载少）、柜荷载司效应1、作滨用引起也结构存内力欢和变泥形的病一切念原因。作用与结构的联系方式分类按随时间的变异性分类按随位置的变异性分类按结构的反应分类直接作用间接作用永久作用可变作用偶然作用固定作用可动作用静态作用动态作用

直接敲作用：直劣接以检力的隐不同禁集结索形式马作用危于结笔构，煮也称塞为荷怒载；

间接勿作用：不院是直袍接以岛力出纺现，豪但是扣对结刷构产略生内雪力。2作用遮效应镰“S”作用鄙在结按构上钱产生妈的内伏力、纪变形数、应极力、扒应变贸。由直傲接作匀用(荷载)引起叼的效荐应称稍为荷载厘效应。费例乌？3、荷驱载性拜质和脏分类(1)永久脊荷载

性质环：其括量值即是不誓确定喜的，背其量值它不随次时间牛变化

数学兆描述陪：基肌本服死从正钩态分念布表计示方艺法：G例？(2归)可变帅荷载

性质末：其叮量值乡丰是不贪确定绢的，两其量值象也随娘时间撕变化

简化般方法斧：分窜析荷魄载最侍大值高分布烫规律办，是源一随交机变吴量

分布港规律也：极粘值I型概顿率分躁布模仙式

表示膝方法句：Q例？(2俘)偶然镜荷载

性质再：其拜量值根是不效确定绒的，咐结构烟使用迹期内骂不一铁定出娇现，替一旦熟出现弃，其量值搅很大倚，作查用时挖间短例？结论乳：荷载探具有设随机案性2.弹2.遭3结构浊抗力“R”（1）概此念：在设哑计使摩用期渐内，候结构练能够劣抵抗键的内挽力、睬变形征、应绕力、给应变周等——抵抗桶作用麦效应临的能殿力（2）影瓣响因毅素：材料芝强度板、构郊件尺偶寸、晓截面不类型嗓等R＝f（fy，fc，a）（3）性结质：——不确腰定性——随机邮性

材料湖性能寒的不丝式定性扒：如谢强度

几何公参数转的不勿定性祥：变堤化小烧忽略

计算欧模式凑的不柿定性犁：计弹算方燃法应丢满足丈精度社要求2.宜4荷载闹的代咳表值裤和材老料强户度的昂代表正值1、什爆么是阁代表红值？实质：以确尤定值（代混表值堂）表达脂不确投定的厕随机悦变量，便皇于设换计时词，定烂量描胡述和蜘运.取值劣原则：根据裕荷载相概率偿分布锦特征,控制植保证蚁率。2、荷载凤代表瘦值取堂值

永久算荷载享的代跟表值

标准案值：辱取分造布的剩平均堡值，缘瑞保证透率50熟%；Gk

可变件荷载盼的代绵表值

标准幸值：基投本代索表值当，保滤证率向尚未蚀统一治；设为四正态啦分布喷时，95五%保证温率：保证康率系尺数αs＝1.腿64京52、荷载矛代表馋值取靠值

准永妇久值：对药可变狱荷载勇稳定锯性的焰描述场，等于姥标准担值乘怪准永励久值话系数肠。

组合为值：两插种或滥（以迅上）早可变益荷载宝作用塌时，彻都以偏标准但值出窃现的针概率盟小，意对标散准值响乘以霉组合哪系数皂进行民折减凉。

频遇送值：值的冰大小破随时及间变割化。将标延准值坊乘以舌安全研系数猎为设戒计值裕。3、材纹料强肠度的陈标准酷值和驶设计昼值(1万)标准浊值取覆值：根据忆材料云强度径概率误分布集的0.超05分位偷值，粪即具浸有95佳%保证枪率的劲要求甚确定烘的：(2诵)设计背值砼钢筋为什捐么混老凝土香的分企项系锤数大闭？已知允混凝叶土立残方体拢抗压朴强度兵实验愧统计穗结果骑服从倒正态氧分布笔。求立沸方体饶抗压仍强度犬标准缘瑞值。解：已知册砼强守度等肿级为C2丽0，问编：2.透3概率谦极限异状态峰设计猾的基柜本思留路1极限扰状态贤的概奋念结构华可靠闪应满芝足的杯要求释：S≤R（1)结构亡功能画函数Z=据R-抖S>0可靠＝0极限<0失效可靠固度：Ps失效喷概率神：PfPs＋Pf＝1（2）极奖限状净态的活定义贫和分营类定义充：结构历或构诉件的消一部异分超测过某内一特抖定的时状态齐就不蔽再满捉足预搬定功斑能的杂要求供，这高一特疑定的唯状态塔称为猜极限瞎状态捕。分类努：

承载刷能力扩极限秋状态是判胡别结损构是松否满旱足安全搬性功无能要求射的标偏准，指结泰构或生结构锦构件颜达到青最大郊承载呆能力为或不跳适于幼继续厚加载膛的变钳形；

正常浓使用穷极限渔状态：是判吼别结贴构是支否满摩足正常勺使用战和耐泻久性例功能要求就的标若准，指结音构或估构件守达到元正常丈使用映或耐究久性注的某砌些规紫定。（3）极谷限状时态设帮计思制路目标：可裁靠度罚较高锄，失蹲效概移率较杏低设：耽结构野能允日许的短失效套概率紫为[P某f]应满宿足Pf挎<[岔Pf兔]?Pf父=?旗[P恋f]并=即?[P荣f]的确策定(1或)建立神在对星原规望范“校准”的基顾础上浅。(2跪)与结客构安浴全级谈别有凯关。兰安全锄级别蹈愈高瓣，[P衬f]愈小准。(3趟)与构请件破隔坏性烤质有糠关。境脆性西破坏纠的[P勺f]低于此延性魔破坏东。(4狼)与极必限状煎态有何关。型承载铁能力但极限冰状态嗓的[P偷f]低于脏正常酷使凶用祖极限蛇状态羽。水工异建筑堪物的股安全鞭等级根据亭水工坝建筑埋物级饰别确桶定水工须建筑江物级框别根津据重县要性苹程度屑按《水利孩水电招工程跟可靠提度设再计统症一标掩准》有关兄规定朴确定水工建筑物级别水工建筑物的结构安全级别允许失效概率[Pf]延性破坏脆性破坏1Ⅰ1.1×10－41.3×10－52，3Ⅱ6.9×10－41.1×10－44，5Ⅲ3.5×10－36.9×10－4Pf计算展方法饺：S和R均为颗随机冶变量牌，则Z也为完随机孝变量

f(S)SSk

f(R)RRkSkf(S)，f(R)S，RRk求失夹效概虏率转愁化为谢求小锐于0的面呀积，拖即求慎曲线旨积分。令则β值越葵大，歉失效草概率锅越小凡，结湖构越答可靠;β值越园小，雾失效脏概率耳越大,结构凝越不馒可靠所以划称β为结构周可靠确度指细标。—目标可靠指标

reliabilityindex效应S的均值和标准差抗力R的均值和标准差结构状态函数Z的均值和标准差结构可靠指标β≥βT

失效概率Pf<[Pf]理论戏设计拢方法挽：根据将荷载泻和材疮料强愧度的惹统计长参数欢计算怖失效纱概率实用兼设计图方法莫－－魔多系甘数法式中桃的各胃系数车和可暴靠度迟有关怒，各的系数醋分别邪考虑娱了不窑同因烫素2.皮5类《水工斤砼规比范》采用率的实锣用设庄计表疗达式1、五补种分特项系寸数（1）结押构重胞要性坟系数γ0结构联安全脊级别帽为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的绳结构竿构件厦，γ0分别寇取为1.装1、1.馆0及0.陵9，反赚映不迷同安童全级现别的栋的可埋靠度盟水平压要求携不同湿。（2）设饰计状哈况系捡数ψ持久挎状况群。在结摘构运琴行使闷用过殃程中朋，不蚕仅出改现且承持续狮时间涝很长撕，一谋般与梁设计呀基准窗期为输同一螺量级芬的设仅计状梢况。短暂豆状况换。在结链构施输工（电安装沿）、震检修娱或使齿用过轮程中乞短暂竟出现族的设似计状霸况。偶然波状况潜。在结蜻构使框用过丽程中驾，出趋现概遇率很蚀小，芬持续锈时间由很短鼠的设感计状凶况。设计凡状况翅系数ψ反映不同责设计求状况裁其可觉靠度咸水平富要求禁不同汇。（3）荷根载分否项系丹数γG、γQ用来考虑芬荷载做超过屈标准旧值的膜可能船性，咽在水鞭工建体筑物岂设计差中，期它实索质上宵就是“超载沃系数”。荷载匙标准汁值乘部以相洲应的屋荷载妇分项项系数犹后即大为荷巧载设肺计值妇。按《水工定建筑乒物荷殃载设夜计规卡范》取用庙，其疗值大绿小主稻要依弱据荷挖载的桑变异枣程度羡大小种。——例P4夹4：表2-灿4、2-瓜5（4）砼笋和钢尖筋的袖强度概分项唉系数γc、γs考虑灭材料钱的离散披性和施工誓偏差带来恒的材管料实歼际强积度低翼于其抢强度捉标准缎值，荡在承绝载能漠力极稀限状链态采活用材料锁强度泊设计员值，代即强替度标畅准值李除以革相应绒的材险料强项度分荡项系塌数。（5）结危构系缓数γd用来恋考虑膨荷载纱分项敢系数辜和材吧料强汇度系旅数没鲜能反菠映的染对结构欧可靠唉度有架影响晓的因城素，税如荷载雪效应切和抗蛙力计秀算模纪式的不纺定性球。DL秤/T依5灯05易7—订20授09规范俭采用温五种亏分项始系数SL堪19育1—索20估08合并鉴为单组一安逗全系全数第二柄章余钢枯筋砼采结构哗设计鸭计算路原理2．承绿载能潜力极僚限状厨态