第3章極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第3章極限狀態(tài)章極限狀態(tài)(zhungti)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法第一頁(yè)，共53頁(yè)。內(nèi)其值隨時(shí)間而變化，其變化與平均值相比不可忽略的荷載。例如，樓面活荷載、吊車(chē)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等，可變荷載又稱(chēng)活荷載。 3)偶然荷載 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期內(nèi)不一定(ydng)出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。例如，爆炸力、撞擊力等。第1頁(yè)/共53頁(yè)第二頁(yè)，共53頁(yè)。用年限內(nèi)最大荷載概率分布的某個(gè)分位值確定。第2頁(yè)/共53頁(yè)第三頁(yè)，共53頁(yè)。次要建筑物。對(duì)人員比較集中(jzhng)使用頻繁的影劇院、體育館等，安全等級(jí)宜按一級(jí)設(shè)計(jì)；建筑物中梁、柱等各類(lèi)構(gòu)件的安全等級(jí)一般應(yīng)與整個(gè)建筑物的安全等級(jí)相同。第3頁(yè)/

2、共53頁(yè)第四頁(yè)，共53頁(yè)。用年限更長(zhǎng)。注意：結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超過(guò)(chogu)設(shè)計(jì)使用年限的結(jié)構(gòu)并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。第4頁(yè)/共53頁(yè)第五頁(yè)，共53頁(yè)?，F(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件（如地震、爆炸等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后保持必需的整體(zhngt)穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。第5頁(yè)/共53頁(yè)第六頁(yè)，共53頁(yè)。條件下應(yīng)有足夠的耐久性，完好使用到設(shè)計(jì)規(guī)定的年限，即設(shè)計(jì)使用年限。例如，混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。第6頁(yè)/共53頁(yè)第七頁(yè)，共53頁(yè)。力或者達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱(chēng)為承載能力極限狀態(tài)。超過(guò)承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

3、就不能滿(mǎn)足安全性的要求。第7頁(yè)/共53頁(yè)第八頁(yè)，共53頁(yè)。第8頁(yè)/共53頁(yè)第九頁(yè)，共53頁(yè)。響正常使用的過(guò)大變形、過(guò)寬裂縫、局部損壞和振動(dòng)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算后，還應(yīng)該按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。第9頁(yè)/共53頁(yè)第十頁(yè)，共53頁(yè)。載效應(yīng)的總和； R 表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力。 2. 結(jié)構(gòu)狀態(tài)根據(jù)S、R的取值不同，Z值可能出現(xiàn)三種情況（圖3-1）：第10頁(yè)/共53頁(yè)第十一頁(yè)，共53頁(yè)。圖圖3-1 極限極限(jxin)狀態(tài)方程取值示意圖狀態(tài)方程取值示意圖 Z = R-S 0 時(shí)時(shí), 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z = R-S 0 時(shí)時(shí), 結(jié)構(gòu)處于極限結(jié)構(gòu)處于極限(jxin)狀態(tài)

4、；狀態(tài)； Z = R-S 0 時(shí)時(shí), 結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。第11頁(yè)/共53頁(yè)第十二頁(yè)，共53頁(yè)。（3-2）式中，g()是函數(shù)記號(hào)，在這里稱(chēng)為功能函數(shù)。g()由所研究的結(jié)構(gòu)功能而定，可以是承載能力，也可以 是變形或裂縫寬度等。 x1，x2，xn 為影響該結(jié)構(gòu) 功能的各種荷載效應(yīng)以及材料強(qiáng)度、構(gòu)件的幾何尺寸等。第12頁(yè)/共53頁(yè)第十三頁(yè)，共53頁(yè)。第13頁(yè)/共53頁(yè)第十四頁(yè)，共53頁(yè)。(xioyng)S、抗力R，都是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量且二者為線(xiàn)性關(guān)系。S、R的平均值分別為S、R，標(biāo)準(zhǔn)差分別為S、R， S和R的概率密度曲線(xiàn)如圖3一2所示。第14頁(yè)/共53頁(yè)第十五頁(yè)，共53頁(yè)。圖圖

5、3-2 R、S的概率密度分布的概率密度分布(fnb)曲線(xiàn)曲線(xiàn)第15頁(yè)/共53頁(yè)第十六頁(yè)，共53頁(yè)。能出現(xiàn)構(gòu)件的抗力R小于荷載(hzi)效應(yīng)S的情況。重疊區(qū)的大小與S、R以及S、R有關(guān)。所以，加大平均值之差R-S，減小標(biāo)準(zhǔn)差S和R可以使重疊的范圍減小，失效概率降低。第16頁(yè)/共53頁(yè)第十七頁(yè)，共53頁(yè)。圖圖3-3 可靠指標(biāo)與失效概率可靠指標(biāo)與失效概率(gil)關(guān)系示意圖關(guān)系示意圖第17頁(yè)/共53頁(yè)第十八頁(yè)，共53頁(yè)。（3-6）則 (3-7)第18頁(yè)/共53頁(yè)第十九頁(yè)，共53頁(yè)。第19頁(yè)/共53頁(yè)第二十頁(yè)，共53頁(yè)。目標(biāo)可靠指標(biāo)可定得稍低些。脆性破壞常常是突發(fā)性破壞，破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，所以目標(biāo)

6、可靠指標(biāo)就應(yīng)該定得高一些。用可靠指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠度校核，可以較全面地考慮可靠度影響因素的客觀(guān)變異性，使結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足預(yù)期的可靠度要求。第20頁(yè)/共53頁(yè)第二十一頁(yè)，共53頁(yè)。 第21頁(yè)/共53頁(yè)第二十二頁(yè)，共53頁(yè)。（3-8） (1)抗力分項(xiàng)系數(shù) R (2)永久荷載分項(xiàng)系數(shù) G (3)可變荷載分項(xiàng)系數(shù) Q第22頁(yè)/共53頁(yè)第二十三頁(yè)，共53頁(yè)。荷載效應(yīng) 荷載效應(yīng) 荷載效應(yīng) 承載能力結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值組合值設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值式中 0結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。第23頁(yè)/共53頁(yè)第二十四頁(yè)，共53頁(yè)。可變荷載同時(shí)出現(xiàn)的可能性較小，引入荷載組合值系數(shù)對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)值折減。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)

7、考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合。第24頁(yè)/共53頁(yè)第二十五頁(yè)，共53頁(yè)。第25頁(yè)/共53頁(yè)第二十六頁(yè)，共53頁(yè)。第26頁(yè)/共53頁(yè)第二十七頁(yè)，共53頁(yè)。構(gòu)構(gòu)件構(gòu)構(gòu)件(gujin)不應(yīng)小于不應(yīng)小于0.9；在；在抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件(gujin)的重要性系數(shù)；的重要性系數(shù)； G永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù) ，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合G = 1.2； 由永久荷載效應(yīng)控制的組由永久荷載效應(yīng)控制的組合合G = 1.35。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)

8、構(gòu)有利時(shí)，結(jié)構(gòu)有利時(shí)， 取取G 1.0；第27頁(yè)/共53頁(yè)第二十八頁(yè)，共53頁(yè)。變荷載的荷載效應(yīng)系數(shù)。以上不等式右側(cè)為結(jié)構(gòu)承載力，用承載力函數(shù)R（）表示，表明其為混凝土和鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 （fck、fsk）、分項(xiàng)系數(shù)（c、s）、幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)值（ak）以及其他(qt)參數(shù)的函數(shù)。第28頁(yè)/共53頁(yè)第二十九頁(yè)，共53頁(yè)。第29頁(yè)/共53頁(yè)第三十頁(yè)，共53頁(yè)。第30頁(yè)/共53頁(yè)第三十一頁(yè)，共53頁(yè)。第31頁(yè)/共53頁(yè)第三十二頁(yè)，共53頁(yè)。0.4力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)(shj)時(shí)的截面彎矩設(shè)計(jì)(shj)值。第32頁(yè)/共53頁(yè)第三十三頁(yè)，共53頁(yè)。降低對(duì)可靠度的要求。計(jì)算時(shí)取荷載標(biāo)準(zhǔn)值，不需乘分

9、項(xiàng)系數(shù)，也不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0。 1. 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單表達(dá)式 S C第33頁(yè)/共53頁(yè)第三十四頁(yè)，共53頁(yè)?？煽慷仍O(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)采用一個(gè)小于1的準(zhǔn)永久值系數(shù)和頻遇值系數(shù)來(lái)考慮這種折減。 (1)準(zhǔn)永久值系數(shù)， 是根據(jù)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達(dá)到和超過(guò)該值的總持續(xù)時(shí)間與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)總持續(xù)時(shí)間的比值而確定。 (2)頻遇值系數(shù)，是根據(jù)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期間可變荷載超越(choyu)的總時(shí)間或超越(choyu)的次數(shù)來(lái)確定的。第34頁(yè)/共53頁(yè)第三十五頁(yè)，共53頁(yè)。永久值和頻遇值。其中標(biāo)準(zhǔn)值永久值和頻遇值。其中標(biāo)準(zhǔn)值稱(chēng)為基本代表值，其他代表值稱(chēng)為基本代表值，其他代表值可由基本代表值乘以相應(yīng)的系可由基本代表值

10、乘以相應(yīng)的系數(shù)得到。各類(lèi)可變荷載和相應(yīng)數(shù)得到。各類(lèi)可變荷載和相應(yīng)的組合值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)、的組合值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)、頻遇值系數(shù)可在荷載規(guī)范中查頻遇值系數(shù)可在荷載規(guī)范中查到。到。第35頁(yè)/共53頁(yè)第三十六頁(yè)，共53頁(yè)。 (1)荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越(choyu)時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害的情況。按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 應(yīng)按下式計(jì)算：n2iikQici1kQ1kGQCQCGCS(3-26)第36頁(yè)/共53頁(yè)第三十七頁(yè)，共53頁(yè)。是決定性因素的情況。按荷載的準(zhǔn)永久組合時(shí)，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值 S 應(yīng)按下式計(jì)算：（3一26a）第37頁(yè)/共53頁(yè)第三十

11、八頁(yè)，共53頁(yè)。3.3.4 按極按極235N/mm2個(gè)廢品限值大體能滿(mǎn)足保證率個(gè)廢品限值大體能滿(mǎn)足保證率為為97.73，即平均值減去二倍，即平均值減去二倍的標(biāo)準(zhǔn)差。這一保證率已高于的標(biāo)準(zhǔn)差。這一保證率已高于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的保證率定的保證率95的要求，因而的要求，因而混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中取混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中取國(guó)家冶金局標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的廢品限國(guó)家冶金局標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的廢品限值作為值作為(zuwi)鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。準(zhǔn)值。第38頁(yè)/共53頁(yè)第三十九頁(yè)，共53頁(yè)。圖圖3-5 鋼筋屈服鋼筋屈服(qf)強(qiáng)度頻率分布圖強(qiáng)度頻率分布圖第39頁(yè)/共53頁(yè)第四十頁(yè)，共53頁(yè)。N

12、/mm2）； fcu混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的平均值（N /mm2）； 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差。第40頁(yè)/共53頁(yè)第四十一頁(yè)，共53頁(yè)。f圖圖3-6 混凝土立方體強(qiáng)度混凝土立方體強(qiáng)度(qingd)的統(tǒng)計(jì)的統(tǒng)計(jì)資料資料第41頁(yè)/共53頁(yè)第四十二頁(yè)，共53頁(yè)。材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 = 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 / 材料的分項(xiàng)系數(shù)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中同時(shí)給出了鋼筋和混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。第42頁(yè)/共53頁(yè)第四十三頁(yè)，共53頁(yè)。第43頁(yè)/共53頁(yè)第四十四頁(yè)，共53頁(yè)。第44頁(yè)/共53頁(yè)第四十五頁(yè)，共53頁(yè)。第45頁(yè)/共53頁(yè)第四十六頁(yè)，共53頁(yè)。第46頁(yè)/共53頁(yè)第四十七頁(yè)，共53頁(yè)。第47頁(yè)/共53頁(yè)第

13、四十八頁(yè)，共53頁(yè)。到規(guī)定的可靠指標(biāo)，在計(jì)算中應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)(shj)值進(jìn)行計(jì)算。荷載設(shè)計(jì)(shj)值荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 荷載分項(xiàng)系數(shù)第48頁(yè)/共53頁(yè)第四十九頁(yè)，共53頁(yè)。類(lèi)，其含義各是什么？ 3.4 建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿(mǎn)足哪些功能要求？結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工壽命如何確定？結(jié)構(gòu)超過(guò)其設(shè)計(jì)工作壽命是否意味著不能再使用？為什么？ 3.5 正態(tài)分布概率密度曲線(xiàn)有哪些數(shù)字特征？這些數(shù)字特征各表示什么意義？正態(tài)分布概率密度曲線(xiàn)有何特點(diǎn)？第49頁(yè)/共53頁(yè)第五十頁(yè)，共53頁(yè)。 3.9 Ps失效概率pf?什么是目標(biāo)可靠指標(biāo)？可靠指標(biāo)與結(jié)構(gòu)失效概率有何定性關(guān)系？怎樣確定可靠指標(biāo)？為什么說(shuō)我國(guó)“規(guī)范”采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是近似概率設(shè)計(jì)方法？其主要特點(diǎn)是什么？第50頁(yè)/共53頁(yè)第五十一頁(yè)，共53頁(yè)。 3.12 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按什么原則確定的？混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是如何確定的？ 3.13 鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值是如何確定的？分別說(shuō)明鋼筋和混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、平均值及設(shè)計(jì)值之間的關(guān)系。第51頁(yè)/共53頁(yè)第五