混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則.ppt

學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握極限狀態(tài)的基本概念； 了解結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理； 熟悉近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則,教學(xué)提示 首先應(yīng)明確建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范是結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)宜遵守的基本原則。 本章應(yīng)重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)上的作用、對結(jié)構(gòu) 的功能要求、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、兩類極限狀 態(tài)以及極限狀態(tài)的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則, 工程結(jié)構(gòu)需要安全適用、經(jīng)濟(jì)合理；這只有技術(shù)先進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。 實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中存在多種不確定性； 工程結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則就是研究各種不確定性問題，實(shí)現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的最佳平衡。,一、作用的概念： 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因，分直接作用和 間接作用兩種。 直接作用：是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力， 即荷載。 間接作用：是指引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原 因（混凝土收縮、溫度變化、基礎(chǔ)差異 沉降、地震等）。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況 3.1.1結(jié)構(gòu)上的作用,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,（按隨時(shí)間的變異性可分為三類）,1、永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的作用。,二、作用的分類：,如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、地基沉降、焊接等。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,三、荷載標(biāo)準(zhǔn)值 是荷載的基本代表值，為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某個(gè)分位值。 1、 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：按設(shè)計(jì)尺寸與材料重力密度的乘積計(jì)算。一般相當(dāng)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的0.5分位值。 2、可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某個(gè)分位值。 對于建筑結(jié)構(gòu)，查荷載規(guī)范GB50009。 對于道橋結(jié)構(gòu)，查公路橋涵通用規(guī)范JTG D60。,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,3.1.2 結(jié)構(gòu)的功能 （包括安全性、適應(yīng)性和耐久性）,一、 結(jié)構(gòu)的安全等級,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的影響程度分為三級。,建筑結(jié)構(gòu)的安全等級,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,1、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。,2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限不同于實(shí)際壽命和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。,二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分類,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,3、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。 橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,三、 結(jié)構(gòu)的功能 （包括安全性、適應(yīng)性和耐久性）,1、 安全性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用年限內(nèi)，能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用。在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)使用年限：一般為50年。 各種作用：指荷載、外加變形和約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時(shí)）； 偶然事件：如地震、爆炸、火災(zāi)、撞擊等； 整體穩(wěn)定性：指建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。,結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用年限內(nèi)，在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。 良好的工作性能：指不發(fā)生影響正常使用的過大的變形、振動，或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度等。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,2、 適用性,3、 耐久性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。 耐久性能：指在各種因素（混凝土碳化、鋼筋銹蝕等）的影響下，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過大的降低，而降低使用壽命。,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,（1）概念：承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形。-安全性。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,1、承載能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State,（2）標(biāo)志 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞）或因過度變形而不適于繼續(xù)承載。 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）。 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）。 地基喪失承載能力而破壞。,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,（2）標(biāo)志： 影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫、鋼筋銹蝕、漏水等）； 影響正常使用的振動； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,2、正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State,（1）概念：正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和耐久性。,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1.4 極限狀態(tài)方程,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,二、極限狀態(tài)方程,Z=0 即 R-S0,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.1.5 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況,一、持久狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，且持續(xù)期與使用期為同一數(shù)量級的狀況。 應(yīng)進(jìn)行承載能力、正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì),二、短暫狀況：在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而持續(xù)期較短的狀況。 一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，必要時(shí)才做正常使用極限狀態(tài)計(jì)算。,三、偶然狀況：在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況。 只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，不必考慮正常使用極限狀態(tài)計(jì)算。,3.1極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況,3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,一、可靠性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用年限內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定功能（安全性、適用性和耐久性）的能力。即是安全性、適用性和耐久性的總稱。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.2.1結(jié)構(gòu)的可靠度,3.2 按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,一、 R和S的概率密度曲線-正態(tài)分布,可見，在多數(shù)情況下，RS。 但在重疊區(qū)（陰影段內(nèi)）仍有可能出現(xiàn)RS是不可能的。,3.2.2 可靠指標(biāo)與失效概率,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,二、 Z的概率密度曲線、失效概率、可靠指標(biāo),第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,失效概率,可見，Pf 越小， 越大,3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,三、容許失效概率,四、失效概率pf與可靠指標(biāo)的關(guān)系,當(dāng)Pf 小于某個(gè)值時(shí)，人們不再擔(dān)心。該失效概率稱為容許失效概率Pf 。,3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,五、建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo),六、橋梁結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo),3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.3.1 設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的確定、分項(xiàng)系數(shù),3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,二、設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的確定,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,二、設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的確定,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,二、設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的確定,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,二、設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的確定,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.3.2 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式,一、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,基本組合-由可變荷載效應(yīng)控制,基本組合-由永久荷載效應(yīng)控制,三、建規(guī)-承載能力極限狀態(tài)的 荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值S,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,基本組合,四、橋規(guī)-承載能力極限狀態(tài)的 荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值Sud,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,3.3.3 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,一、建規(guī)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：,S C,2、S-正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值,1、C-正常使用極限狀態(tài)所規(guī)定的變形、裂縫寬度和應(yīng)力等的限值。具體見教材P322附表4-1和4-3,標(biāo)準(zhǔn)組合,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,-分別為頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久系數(shù)。具體查JTG D60第4.1.7。,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.3.4、材料強(qiáng)度和荷載的取值,材料強(qiáng)度有實(shí)測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值,一、材料強(qiáng)度,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,1、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 根據(jù)材料強(qiáng)度概率分布的某個(gè)分位值確定。 混凝土的分位值取0.05（即95%的保證率）； 鋼筋的分位值取0.0227（即97.73%的保證率）。,2、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 等于材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)。,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3、混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,4、混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,建規(guī),橋規(guī),5、鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,1、荷載標(biāo)準(zhǔn)值前面已講,二、荷載,荷載也有實(shí)測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值,2、荷載設(shè)計(jì)值,（1）概念：等于荷載代表值與荷載分項(xiàng)系數(shù)的乘積。,（2）荷載分項(xiàng)系數(shù)取值,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,（2）頻遇值結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的較大作用值,但小于 標(biāo)準(zhǔn)值。,頻遇值 =頻遇值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,t/T 0.1,（1） 組合值當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上可變荷載同時(shí)作 用時(shí)的代表值 。,組合值=組合值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則,建規(guī)G 、Qi 、Ci的取值,橋規(guī)見JTG D62第4.1.6條,3.3 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式,小結(jié),本章的主要內(nèi)容 1、結(jié)構(gòu)的功能：安全性、適用性和耐久性；可靠