工程結(jié)構(gòu)第二章

1、第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)概述第二節(jié)第二節(jié) 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念第三節(jié)第三節(jié) 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則第四節(jié)第四節(jié) 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則本章目錄本章目錄第二章第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)概述一、一、 結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度二、二、 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期了解結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度點(diǎn)了解結(jié)構(gòu)的功能、可靠性和可靠度點(diǎn)本節(jié)目錄本節(jié)目錄基本要求基本要求1. 結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)的功能安全性安全性結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的

2、各種作用；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如強(qiáng)烈地震、爆炸、車輛撞擊等）發(fā)生時和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。適用性適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時具有良好的工作性能。例如，不會出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動；不會產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。耐久性耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。結(jié)構(gòu)可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率。 規(guī)定時間：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 規(guī)定條

3、件：正常設(shè)計(jì)、正常施工和正常使用 預(yù)定功能：承載能力和正常使用功能2.結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度二、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期二、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期:可變荷載及與時間有關(guān)的材料性能等隨機(jī)過程的時域。公路統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年。 區(qū)分概念：設(shè)計(jì)使用年限，實(shí)際壽命第二節(jié)第二節(jié) 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念一、極限狀態(tài)的定義和分類一、極限狀態(tài)的定義和分類定義：整體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)可靠與失效的界限。分類： 承載能力極限狀態(tài)安全性 正常使用極限狀態(tài)適用性、耐久性二、承載能力極限

4、狀態(tài)二、承載能力極限狀態(tài)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)到最大承載力或出現(xiàn)不適于持續(xù)承載的變形或變位。下列及認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)： 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分作為剛體失去平衡（傾覆，滑移等） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者連接，因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不能繼續(xù)承載 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（壓屈等）結(jié)構(gòu)安全等級：三級設(shè)計(jì)可靠度：高設(shè)計(jì)可靠度：高低低正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 影響正常使用或外觀的變形影響正常使用或外觀的變形 影響正常使用或耐久性的局部損壞（過大裂縫等）影響正常使用或耐久性的局部損壞（過大裂縫等） 影響正常使用的振動影響正常使用的振動 影

5、響正常使用的其他特定狀態(tài)影響正常使用的其他特定狀態(tài)三、正常使用極限狀態(tài)三、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)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)定的限值。下列情況可認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：規(guī)定的限值。下列情況可認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：-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-影響正常使用的振動-影響正常使用的其他特定狀態(tài)。四、作用與作用分類四、作用與作用分類作用-指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力，如汽車、結(jié)構(gòu)自重等，或引起結(jié)構(gòu)外形或約束、變形的原因如地震、基礎(chǔ)不均勻?qū)咏?、溫度變化等。前者為直接作用，也可以稱為荷載，后者稱為間

6、接作用（不宜稱為荷載）1.永久作用在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載。2.可變作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且變化值與平均值比較不可忽略的作用。3.偶然作用偶然作用在結(jié)構(gòu)使用期間，出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。（其表見教材P21）五、作用代表值、作用效應(yīng)及作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值五、作用代表值、作用效應(yīng)及作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值1.作用代表值結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時，針對不同設(shè)計(jì)目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值和頻遇值等。2）作用準(zhǔn)永久值結(jié)構(gòu)與構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時，采用的另一種可變作用代表值，其值根據(jù)在足夠長觀測

7、期內(nèi)作用任意時點(diǎn)概率分布的0.5（或高于0.5）分位值確定。3）作用頻遇值結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時，采用的一種可變作用代表值，其值根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意時點(diǎn)概率分布的0.95分位值確定。2.作用效應(yīng)與作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)指結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)，如彎矩、扭矩、位移等。作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值指作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與作用分項(xiàng)系數(shù)的乘積。3.作用效應(yīng)組合1）基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)組合。2）偶然作用承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合。3）作用短期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，永

8、久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合。4）作用長期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合。第三節(jié)第三節(jié) 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則一、荷載標(biāo)準(zhǔn)值及分項(xiàng)系數(shù)1.荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fk 永久荷載：設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)準(zhǔn)重力密度 可變荷載：車道荷載，車輛荷載 汽車荷載計(jì)入沖擊系數(shù)汽車荷載分為公路級和公路級。汽車荷載分車道荷載和車輛荷載。2.荷載分項(xiàng)系數(shù)m： 目的：調(diào)整荷載標(biāo)準(zhǔn)值使結(jié)構(gòu)可靠度趨于一致 原則：以定標(biāo)準(zhǔn)值，使可靠指標(biāo)與目標(biāo)值間誤差最小 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)G 可變荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)Q3.荷載設(shè)計(jì)值Fd結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，作用（

9、或荷載）設(shè)計(jì)值為荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的作用荷載分項(xiàng)系數(shù)。FdmFk二、作用效應(yīng)組合二、作用效應(yīng)組合（1 1）基本組合：）基本組合： 或或式中Sud 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合設(shè)計(jì)值；0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按本規(guī)范表1.0.9規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級采用，對應(yīng)于設(shè)計(jì)安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9；0ud0GiGikQ1Q1KQjQjk12mncijSSSS0ud0GidQ1dcQjd12mnijSSSSGi 第i個永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按表4.1.6的規(guī)定采用；SGik、SGid 第i個永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；Q1 汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)的分項(xiàng)系數(shù)，取

10、Ql=1.4。當(dāng)某個可變作用在效應(yīng)組合中其值超過汽車荷載效應(yīng)時，則該作用取代汽車荷載，其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)采用汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)；對專為承受某作用而設(shè)置的結(jié)構(gòu)或裝置，設(shè)計(jì)時該作用的分項(xiàng)系數(shù)取與汽車荷載同值；計(jì)算人行道板和人行道欄桿的局部荷載，其分項(xiàng)系數(shù)也與汽車荷載取同值；SQ1k、SQ1d汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心 力)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值； Qj在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)、風(fēng)荷載外的其他第j個可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取1.4，但風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.l；SGjk、SGjd 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)外的其他第j個可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；

11、c 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載(或其他一種可變作用)組合時，人群荷載(或其他一種可變作用)的組合系數(shù)取c=0.8；當(dāng)除汽車荷載(含汽車沖擊力、離心力)外尚有兩種其他可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.70；尚有三種可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，取c=0.50。設(shè)計(jì)彎橋時，當(dāng)離心力與制動力同時參與組合時，制動力標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值按70%取用。編號作用類別永久作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)對結(jié)構(gòu)的承載能力不利時對結(jié)構(gòu)的承載能力有利時1混凝土和圬工結(jié)構(gòu)重力（包括附加重力

12、）1.21.0鋼結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）1.1或1.22預(yù)加力1.21.03土的重力1.21.04混凝土的收縮及徐變作用1.01.05土側(cè)壓力1.41.06水的浮力1.01.07基礎(chǔ)變位作用混凝土和圬工結(jié)構(gòu)0.50.5鋼結(jié)構(gòu)1.01.0注：本表編號1中，當(dāng)鋼橋采用鋼橋面板時，永久作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.1；當(dāng)采用混凝土橋面板時，取1.2。永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù) （2） 偶然組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)取用適當(dāng)?shù)拇碇?。地震作用?biāo)準(zhǔn)值及其表達(dá)式按現(xiàn)行公路工程

13、抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用。三、材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)三、材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)1.混凝土強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù)混凝土強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù) rc=1.452.鋼筋強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù)鋼筋強(qiáng)度的分項(xiàng)系數(shù)rs1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋼絲和鋼絞線的抗拉強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)為預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋼絲和鋼絞線的抗拉強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)為rs1.25/0.85=1.47第四節(jié)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則第四節(jié)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則一、荷載及其效應(yīng)組合一、荷載及其效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài) 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。這一狀態(tài)對應(yīng)于適用性或耐久性的功能。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，對于需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，需要考慮可變作用的短期

14、效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準(zhǔn)永久值。眾所周知，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)僅涉及結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗裂，裂縫寬度和撓度，其結(jié)構(gòu)可靠度要比承載能力極限狀態(tài)低得多。1.活載的頻遇值 可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值，但它比可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值小，實(shí)際上由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1的頻遇值系數(shù)1得到。 可變作用的準(zhǔn)永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用取值，但它比可變作用的頻遇值又要小一些，實(shí)際上是由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1的準(zhǔn)永久值系數(shù)2的得到。規(guī)定，公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用以下兩種效應(yīng)組合；2.荷載的效應(yīng)組合 （1） 作用短期效應(yīng)組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為： (2-4) 式中 Ssd作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 1j第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計(jì)沖擊力）1=0.7，人群荷載1=1.0，風(fēng)荷載1=0.75，溫度梯度作用1=0.8，其他作用1=1.0； 1jSQjk第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值。 （2） 作用長期效應(yīng)組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為： (2-5) 式中 Sld作用長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 2j第j個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)，汽車荷載（不計(jì)沖擊力）2=0.4，人群荷載2=0.4，風(fēng)荷載2=0.