水工钢筋混凝土结构课件第二章

第二章钢筋砼结构设计计算原理结构设计的极限状态结构按极限状态设计的基本概念荷载的标准值材料强度的标准实用表达式安全性

◎结构在正常施工和使用情况下能承受可能出现的各种荷载和变形。◎

在偶然事件（如校核洪水位、地震）发生时和发生后，结构应能保持整体承载力和稳定性。适用性

◎

结构在正常使用荷载下，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）、振幅，或产生过大的裂缝宽度。耐久性

◎

结构的承载力和刚度不应随时间有过大的减小，导致结构在其预定使用期间内降低安全性和适用性，缩短使用寿命。结构的功能要求：

(1)安全性。(2)适用性。(3)耐久性。（一）结构设计的极限状态结构设计要保证其可靠性。可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。结构可靠性越高，建设造价投资越大。在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。

结构的可靠度：是指结构在规定的时间内（我国规定50年），在规定的条件下（如正常的设计、施工、使用和维修），完成预定功能要求的概率。（一）结构设计的极限状态1）结构极限状态的定义结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。2）极限状态的分类承载能力极限状态正常使用极限状态设计程序设计校核结构能够满足功能要求且能良好地工作，则结构是“可靠”或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。结构“可靠”与“失效”的临界状态称为“极限状态”。（一）结构设计的极限状态

超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性要求。结构或结构的一部分丧失结构稳定；

（如细长受压构件的压曲失稳）结构形成机动体系而丧失承载能力；

（超静定结构中出现足够多塑性铰)结构发生滑移、上浮或倾覆等不稳定情况；构件的截面因强度不足而发生破坏；（包括疲劳破坏）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。承载能力极限状态（一）结构设计的极限状态（一漂）结守构设凯计的吸极限顾状态（一测）结梯构设跪计的提极限蹲状态（一渴）结文构设园计的注极限皇状态结构和设计抓首先估要满昏足承载更能力的要闭求，氧以保蜜证结秤构安租全使过用；饰然后智按正驾常使莲用极限凯状态亏进行亏校核，以迎保结瓶构的适用结性及耐久疫性。正常芝使用舟极限虾状态超过腾该极畏限状状态，密结构巧就不逆满足牧预定洽的适用表性和耐久甩性要求隐。产生图过大北的变清形，狐影响壶正常服使用旱和外冬观；（不捧安全较感、伤不能伟正常唐使用拐等）产生咽过宽负的裂填缝，硬对耐凭久性弄有影铁响或稻者产糠生人聚们心纷理上精不能悲接受状的感解觉；（钢边筋锈斧蚀、幻玉不安甜全感才、漏胖水等稿）产生肚过大划的振蹄动影伶响使第用。2.租1作用傍效应艘及结罢构抗拍力2.作用沈效应妻“S”是指火在各台种作脱用因壮素的半作用输下，涉结构鸭构件你内所划产生菊的内涂力和茂变形(如轴力屑、弯缎矩、象扭矩安、挠假度、业裂缝等)。3.结构甲抗力欠“R”是指犬整个绵结构口或构顽件承需受内洗力和冲变形秘的能辽力(如构越件的承载奇能力掉、抗材裂度辛和刚睁度等)。1.结构额的作双用：使结异构产蒙生内防力和贱变形歉的所窝有原浴因。遮分触类：直接凯作用坚、间斯接作抬用（二击）概刊率极瞎限状汪态设婆计法店的基缺本概盖念2.标2极限签状态喂方程结构问的极玻限状隶态是鞋用极限王状态灰函数（或喇功能坟函数郑）来颤描述舞的，宁即：Z=响g（R，S）=授R啦–S当Z=0时，明结构败处于极限镜状态。显然木：当Z＞0时，说结构日可靠佩；当Z＜0时，厉结构种失效俯；故：Z=瓣g（R，S）=隶R乌–S=0称为极限吊状态彻方程图2-1结构所处的状态失效是指积结构壶或结逗构的嫁一部键分不盗能满足设蹈计所辣规定踪蝶的某俘一功李能要吧求。失效按概率pf和可涛靠指钞标β不能徒完成赞预定爬功能(R＜S)的概坚率为“失效唇概率”pf。结构蓬能够册完成久预定辣功能(R＞S)的概唐率即扰为“可靠越概率”ps，pf+ps＝1，pf小，ps就大崇，pf能够央反映真结构员的可葬靠程该度。失效帆概率靠，Z＝R-S＜0的事东件出阀现的概告率就据等于房诚原点脚以左蒜曲线枕下面拘与横坐券标所炉包围镇的阴诊影面概积，图2-丹2功能夜函数Z的概晒率分灿布曲伞线1.失效壁概率R、S为随桃机变闯量，厌假定晴服从饺正态便分布葬，所右以Z也是芽随机婆变量.Z的概周率分筒布曲盆线也千服从羊正态锈分布拆。Z的平很均值μZ和标浊准差σZ为：失效品概率妙：可见欲：β大则Pf小，β小则Pf大。因此昨，β和Pf一样泼，可岭作为晓衡量丢结构群可靠疯性的谊一个虎指标筝。β越大或，结猾构可涉靠性茫越高，所丢以β称为葡结构增的“可靠恶指标”。2.可靠绳指标β图中榴阴影练部分聋的面源积与

z、

z的大他小有狼关，衣增大

z，曲拿线右触移，痰阴影斜面积角将减椒少，架减小

z，曲佩线变磁高变颂窄，喘阴影驳面积喂将减刃少，醉引入

，将姻曲线对称六轴至策纵轴忽的距弄离表示攀成

z的倍漂数，

z=缴

z水工磨砼结暑构设丸计时恢，应苗根据水工葛建筑忽物的音级别，采脉用不辆同的渠水工翁建筑样物结勒构安兆全级惭别。附不同掘安全挣级别敏可靠帮度水栏平要坊求不残同。水工建筑物级别水工建筑物安全级别1Ⅰ2，3Ⅱ4，5Ⅲ水工愧建筑节物结鸟构安枝全级陵别2.翅3结构铁安全括级别2.袖4目标宏可靠琴指标Pf≤我[Pf]或β≥[β]要使适结构沈和构假件在筋设计磨基准珍期内秀，在真规定筑的条捆件下包，失折效概恼率低易于一号个允小许的武水平忧（允许滥失效励概率或目标葡可靠累指标）即目标轿可靠高指标[β丹]遵循活下面柱几项组原则饲确定：(1叼)在原误规范晶“校死准”巡寿的基堤础上肚，考雹虑安搜全级数别、狱破坏肆性质省和极域限状齐态的益不同桃进行陪调整疏。确雨定合骂理且恢统一诸的目班标可列靠指叫标βT。(2袜)[β]与结慈构安位全级横别有秘关。藏安全娇级别溉要求疲愈高榨时目丹标可园靠指扩标就杯应愈截大。(3俯)[β]与构肺件破多坏性盼质有写关。汤延性呆破坏守构件柱的目启标可适靠指唤标可低于脆性料破坏算构件涌的目蛋标可拦靠指途标。(4技)[β]与极邻限状烟态有稼关。闯承载惜能力咏极限竟状态善下的泪目标状可靠切指标谢应高圣于正法常使罩用极伯限状垦态下溜的目化标可赠靠指老标。安全否第一热，当绝然承艳载能挤力极程限状郑态对绘应的βT就应很高些看。结构构件承载能力极限状态的目标可靠指标[β]可靠指标β安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2（三映）荷胁载的炕标准仿值作用浙与荷储载直接苍作用腹：荷载间接捕作用莲：混凝非土收涛缩、喇温度宁变化雀、基谷础差淹异沉私降、情地震闻等结构草在外古作用协下产以生的取变化盏，如趣内力尖、变容形、阳裂缝视等称钉为结帜构的邪作用名效应示或荷津载效谅应。荷载卷分类结构比上的欺荷载化，按浴其作居用时丢间的秒长短炒和性优质，滑可分洗为三伟类：(1写)永久缠荷载G：在结音构设易计使橡用年闪限内全，其锐值不采随时索间而候变化（其摔变化损与平络均值漂相比棚可以摩忽略付不计证），晋或其祸变化杆是单摇调的马并能践趋于鸦限值添的荷已载。(2袭)可变甚荷载Q：在结浅构设颈计基漆准期迈内其同值随腾时间置而变韵化（其率变化贝与平篮均值痰不可吵忽略稻的荷置载）父。(3厨)偶然刚荷载Q：在结扎构设迟计基纷准期咳内不鲜一定塌出现，但陵一旦碗出现悼其值提很大塘且作啦用时浅间很垃短的董荷载灵。荷载傻的取荡值有标准全值、准永牌久值、组合公值三种范。1.荷载标准值Sk荷载的概率分布曲线图定义:指结的构构清件在惠使用阀期间葛正常演情况召下可位能出崖现的最大仔荷载赵值。将弄荷载驳视为题随机峡变量蛙，采豪用数牙理统悼计的的方法赔加以排处理顺而得霸到的列具有95％保练证率的最架大荷斥载值努。Sk由设娇计基降准期波内荷德载最誓大值谅概率蹈分布男的某一拾分位蛋值来确确定。Sk=μs+asσs=μs(1绳+asδs)2.荷载律准永惊久值在按寒正常党使用纵极限盖状态周计算努时，睛应考起虑荷把载效胃应的阳长期比作用军影响霞，《建筑对结构挖可靠扛度设覆计统樱一标巡寿准》引入掘荷载“准永惹久值”禁作为者它的竿代表敏值。所谓凡准永悼久值惯（Qq）是指垂可变抬荷载特在结拼构设大计基先准期厅内经据常作肆用的赶那一兽部分拆荷载惊，《建筑河结构摇可靠剖度设商计统不一标妻准》规定斧取被剧超越痒的总生时间盈为设计饥基准音期一路半的赛荷载值。Qq=

Qk(长期安组合沃系数

≤1)荷载父准永仁久值菊实际榨上是箱考虑颗荷载黑效应狭的长问期组毯合而悉对可仁变荷者载标消准值亡的一舅种折以减。3.荷载检组合丘值当结便构构舱件承埋受两刊种或希两种途以上特的可变俩荷载时，沙考虑吗到各戚种可挣变荷尿载不坚可能莫同时维以其凭最大怕值(标准巾值)出现映，因行此，辩除了分一个巷主要椅可变府荷载捏（是镰指效足应最抖大的私一种声荷载伍）外孟，其踪蝶余可狠变荷撞载应在其突标准州值上长乘以小于1.森0的组赖合系阴数对可缺变荷距载标巩准值端进行折减，可变闲荷载权组合踏值记编为：Qc=ψcQk，ψc为组他合系敲数。冒其值猛取为气小于董等于1.政0。2.围4材料偶强度呼的标病准值材料燥强度举标准踏值是指矛使用翅期间畏正常济情况巨下可厦能出嫌现的艺最小爬值。住也就百是强金度标哀准值畜具有95％的导保证潮率。设计疯时，材料变强度妥尽可去能取国低些，才使能保荡证结庭构的果可靠胶性。图2-弹4材料睬强度摇标准搅值的伞取值保证停率系蜘数a=笋16致45fk=μf(1墙-1惜.6再45δf)材料部强度市标准确值：（一下）砼航强度翠标准仅值1.砼立堂方体钉抗压沈强度居标准浙值fcu书k2.砼轴密心抗段压强顷度标史准值fck3.砼轴铅心抗劲拉强址度标烟准值ftk（二双）钢肆筋强东度标惹准值受拉葵热轧幻玉钢筋历采用角国家洗标准赏规定拾的屈服犁强度（出惩厂检优验的恳废品某限值薯）作萌为标泰准值fyk，其保醒证率沙不小应于95书%。对于瓣无明溉显屈段服点领的钢棍筋，目采用托国标叨规定顷的极限牌抗拉时强度作为赴标准券值fst害k，其保贴证率螺也不叠小于95肤%。1)敞《规范》采用厉的分塑项系陪数通过γ0来调蹲整荷答载效公应S，从馋而实纯现建往筑物截的重巨要性猜不同莲，可蓄靠度困水准丈的要俘求不狠同。计算擦荷载计效应役时，辰将其江值乘膀以结检构重接要性愚系数γ0。《规范》确定盲了不雷同结烛构安孔全级撕别时捕的系艰数γ0值1.疾1结构硬重要滥性系晕数γ02.嫁5结构礼设计轿实用贝设计垂表达鸟式结构免重要冤性系赔数的训取值水工建筑级别安全级别重要性系数1Ⅰ级1.12、3Ⅱ级1.04、5Ⅲ级0.9安全等级破坏后的影响程度建筑物的类型Ⅰ级很严重重要的建筑物Ⅱ级严重一般的建筑物Ⅲ级不严重次要的建筑物结构戏的安驴全等插级的也划分1.2设计痒状况脸系数

结构叨在施悠工、吓安装弯、运忘行、厦检修伙等不夸同时鸡期可刃能出川现不浙同的陡结构唉体系剥、荷炸载及伞环境炉条件挨。考味虑下避列三青种设被计状妨况：（1）持敏久状恒况：=1跨.0（2）短假暂状溪况：=0续.9梨5（3）偶均然状搬况：=0繁.8俱51.竖3结构畏系数

d在承衣载力辨极限移状态墓设计吨中，刚考虑出到各挎种变砍异等签因素日，统坊一用位结构得系数扇来考畅虑。结构炭系数往的取迷值素砼结构钢筋砼结构与预应力钢筋砼结构受拉破坏受压破坏2.01.31.21.茧4荷载惰分项厅系数γG、γQ《规范》（SL锈/T艺19今1-牵96）规显定，床一般粒情况酱下：永久价荷载筋：γG=1的.0；可变幕荷载考：γQ=1厉.2涨0。荷载夕标准灿值乘被以相宏应的冰荷载傍分项径系数姨后即标为荷载呆设计航值。永久默荷载赤设计摘值：G=γGGk可变匠荷载啊设计缺值：Q=γQQk，其中γG、γQ分别持为永席久荷锻载和扇可变暮荷载筐的荷风载分唯项系堪数。实际引荷载仍有半可能超投过预钢定的鉴标准差值。考泳虑这攀一最暮不利倡情况抚，在它承载淹能力桃极限运状态育设计童表达佳式中通还引顽入一篇个荷掌载分叼项系结数。1.出5材料绑强度腥分项铲系数γcγs材料风的实际欧强度低于忽其强度努标准避值，因此盟，在配承载挨能力继极限旬状态汉计算霉中材或料强匀度分掏项系柿数γc、γs来考画虑这拉一不站利影何响。材料携强度胁分项亭系数头取值犁：混凝愈土：γc＝1.焦35。钢筋妄：γs＝1.纪1

1.熊2。材料跳强度房诚标准奔值除端以相浓应的执材料泼强度额分项浆系数缓后，宣即为脑材料柱强度散设计钉值。fc＝fck/γc，fs=fsk/γs2)刷.承载络能力肺极限蜂状态赴设计县表达姿式1.基本维组合基本贺组合伸是持少久状喜况或批短暂落状况报下永恭久荷兄载与眨可变广荷载干的效击应组他合。其中协：CGi、CQj——永久宴荷载荷和可胡变荷目载的僻荷载遮效应批系数况，Gk、Qk——永久谁荷载朽、可犹变荷阁载的随标准健值；2.偶然乐组合偶然第组合填是偶费然状仁况下毁永久耐荷载勺、可泼变荷沃载与孝一种欺偶然位荷载