第2章 结构基本计算原则.ppt

1、南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,1,第2章 结构基本计算原则,一、结构上的作用（荷载和荷载效应） 二、结构的抗力 三、结构的功能要求 四、结构功能的极限状态 五、概率极限状态设计法的可靠度理论基础 六、概率极限状态设计法的实用设计表达式,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,2,1、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（如温度变化、基础的不均匀沉降） （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2章

2、结构基本计算原则 一、结构上的作用,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,3,2、荷载的分类（按照作用时间的长短 ） 永久荷载：不随时间变化，或变化幅度可以忽略； 可变荷载：随时间变化，且变化幅度不可以忽略； 偶然荷载：可能，但不一定出现，一旦出现效应很 大。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,4,3、荷载的代表值（规范中给定的做为设计依据的荷 载的一定量值 ） 荷载为随机过程或者随机变量 以确定值（代表值）来表达不确定的随机变量 根据荷载概率分布特征，控制保证率来取值。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,5,4、荷载代表值的类型 标准值：荷载的基本代表值 永久荷载标准值

3、高于该值的概率为50 可变荷载标准值 高于该值的概率为5,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,6,频遇值：对可变荷载比较稳定的描述， 引入频遇值系数 准永久值：对可变荷载稳定的描述， 引入准永久值系数 组合值：两种(或以上）可变荷载作用时，都以标准 值出现的概率小，因此对标准值乘以组合 系数进行折减。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,7,1、抗力的基本概念 抗力：结构抵抗荷载效应的能力 组成： 材料的性能（强度、刚度、弹性模量等） 结构构件的尺寸 简化：忽略随时间的变化，用随机变量模型描述。,第2章 结构基本计算原则 二、结构的抗力,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,8

4、,2、 材料强度的标准值 根据材料强度概率分布的0.05分位值，即95%保证率（即，高于该值的概率为95 ）的要求确定。 材料强度的标准值,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,9,第2章 结构基本计算原则 三、结构的功能要求,1、结构的安全等级 根据建筑结构破坏时可能产生的后果的严重程度，分为三个安全等级。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,10,2、结构的设计使用年限,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,11,3、建筑结构的功能 （1）安全性：要求结构能够承受正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性

5、，不至于因局部损坏而产生连续破坏。 （2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。 （3）耐久性：要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,12,定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状 态，就不能满足设计规范所要求的某一项功 能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。,第2章 结构基本计算原则 四、结构功能的极限状态,建筑结构可靠度设计统一标准规定,承载能力极限状态 正常使用极限状态,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,13,1、 承载能力极限状态

6、 是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； 2）结构构件或连接因为超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因为过度塑性变形而不适于继续承载； 3）结构转变为机动体系； 4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈）。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,14,2、正常使用极限状态 是判别结构是否满足正常使用（适用性）和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用

7、极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏 （包括裂缝）； 3）影响正常使用的振动 。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,15,1、功能函数与极限状态方程 （1）功能函数 Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn) （2） 结果分析 Z=R-S0：处于可靠状态； Z=R-S0：处于不可靠状态，即失效； Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态 方程,第2章 结构基本计算原则 五、概率极限状态设计法的可靠度理论基础,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,16,2、结构的可靠性 （1） 关于结构设计 本质：对比、控制R和S，即保证R-S0 问题

8、：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变 量，不可能绝对保证R大于S！ 解决方法：控制可靠度，绝大多数情况下：RS， 允许极少数情况下：RS,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,17,（2）结构可靠性和结构可靠度 结构可靠性：反映结构在规定的时间内，在规定 的条件下，完成预定功能的能力。 结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的 条件下，完成预定功能的概率。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,18,（3）可靠概率和失效概率 可靠概率：结构在规定的时间内，在规定的条件 下，完成预定功能的概率，以Ps表示。 失效概率：结构不能完成预定功能的概率，以Pf 表示。,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,19,3、可靠指标 功能函数： 定义可靠指标： 分析： 可靠指标与失效概率成反比，可靠指标 越大，失效概率越小，结构越可靠。 优点：简便,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,20,南航土木工程系,第2章 结构基本计算原则,21,1、承载能力极限状态设计表达式 组合情况： 基本组合：永久荷载和最大的可变荷载以标准 值作为代表值，其它可变荷载以组 合值为代表值。 偶然组合,第2章 结构基本计算