混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-課件-第2章-設(shè)計原則

1、第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)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)才能實現(xiàn)。 實際工程結(jié)構(gòu)中存在多種不確定性；工程結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計原則就是研究各種不確定性問題，實現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的最佳平衡。共三十八頁一、作用的概念： 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生(chnshng)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)(jigu)基本設(shè)計原則 3.1極限狀態(tài)和設(shè)計狀況 3.1.1結(jié)構(gòu)上的作

2、用共三十八頁（按隨時間的變異性可分為三類）1、永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的作用。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。2、可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。如樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、汽車荷載、溫度變化等。3、偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的作用。如爆炸力、撞擊力、罕遇的地震等。第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 共三十八頁3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能3.1.2 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能一、 結(jié)構(gòu)的安全等級 第三章

3、混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的影響程度分為三級。安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴(yán)重重要的建筑物二級嚴(yán) 重一般的建筑物三級不嚴(yán)重次要的建筑物建筑結(jié)構(gòu)的安全等級共三十八頁3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 安全等級破壞后果橋梁類型一級很嚴(yán)重特大及重要大橋二級嚴(yán) 重大、中橋及重要小橋三級不嚴(yán)重小橋、涵洞橋梁結(jié)構(gòu)的安全等級共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 1、結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(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)定目的使用的時期。2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限不同于實際壽命和設(shè)計基準(zhǔn)期。二、結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限和設(shè)計基

4、準(zhǔn)期類別設(shè)計使用年限（年）示例15臨時性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑物 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限分類共三十八頁3、設(shè)計基準(zhǔn)期：指為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)。 建筑結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年。 橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年。第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 共三十八頁3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能三、 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能（包括安全性、適用性和耐久性）1、 安全性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限內(nèi)，能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用。在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的

5、整體穩(wěn)定性。第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 設(shè)計使用年限：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）；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)生局部損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。共三十八頁3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)定的使用年限(ninxin)內(nèi)，在正常使用時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)計原則 2、 適用性3、 耐久性 結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(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

6、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)隨時間有過大的降低，而降低使用壽命。共三十八頁3.2 極限(jxin)狀態(tài)3.1.3 極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結(jié)構(gòu)為可靠（或有效）。反之，則結(jié)構(gòu)為不可靠（或失效）。區(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 一、極限狀態(tài)的概念 整個結(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)。二、兩類極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。共三十八頁（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

7、(chngzi)的變形。-安全性。3.2 極限(jxin)狀態(tài)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 1、承載能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State（2）標(biāo)志整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（傾覆、滑移）。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。共三十八頁3.2 極限(jxin)狀態(tài)（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(

8、zhndng)； 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規(guī)定限值。對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性。共三十八頁 S作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)(jigu)上的作用引起的效應(yīng)（如彎矩、軸力、剪力、扭矩等）結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要(zhyo)內(nèi)容 R結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力Vu本課程的主要內(nèi)容第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 3.1.4 極限狀態(tài)方程 S和R都是隨機(jī)變量共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝

9、土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 Z 0 可靠 Z = 0 極限狀態(tài)Z 0共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 3.1.5 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(shj)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)計算，必要時才做正常使用極限狀態(tài)計算。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)計算，不必考慮正常使用極限狀態(tài)計算。共三十八頁3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)的功能一、可靠性 結(jié)構(gòu)在設(shè)

10、計規(guī)定(gudng)時間內(nèi)，在規(guī)定(gudng)的條件下，完成預(yù)定功能的能力。規(guī)定時間：設(shè)計使用年限規(guī)定條件：正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護(hù)預(yù)定功能：安全性、適用性和耐久性第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 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)計法二、可靠度 結(jié)構(gòu)可靠度：是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。共三十八頁一、 R和S的概率密度曲線(qxin)-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)計原則 共三十八頁二、 Z的概率密度曲線(qxin)、失效概率、可靠指標(biāo)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jig

11、u)基本設(shè)計原則 失效概率可見， 越大， Pf 越小Pf+Ps=1共三十八頁與 、 存在(cnzi)一一對應(yīng)的關(guān)系。3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 三、失效概率pf與可靠指標(biāo)的關(guān)系四、容許失效概率當(dāng)Pf 小于某個值時，人們不再擔(dān)心。該失效概率稱為容許失效概率Pf 。共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 五、建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)(mbio)可靠指標(biāo)破 壞 類 型安 全 等 級一 級二 級三 級延 性 破 壞3.73.22.7脆 性 破 壞4.23.73.2六、橋梁結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)破 壞 類 型安 全 等 級一 級二 級三 級延 性 破 壞4.74.23.

12、7脆 性 破 壞5.24.74.2共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 3.3 材料強(qiáng)度和荷載的取值材料強(qiáng)度有實測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值一、材料強(qiáng)度共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 1、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 根據(jù)(gnj)材料強(qiáng)度概率分布的某個分位值確定。 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)計值 等于材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù)?；炷粒篶=1.4；普通鋼筋: s= 1.

13、1；預(yù)應(yīng)力鋼筋: s=1.2。 fy、fc查教材。建工混凝土：c=1.45；普通鋼筋: s= 1.2；預(yù)應(yīng)力鋼筋: s=1.25。 fsd、fcd教材附表。道橋共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 3、混凝土強(qiáng)度(qingd)標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度種類符號混凝土強(qiáng)度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80建工軸心抗壓fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2軸心抗拉ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.

14、053.11道橋軸心抗壓fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2軸心抗拉ftk1.271.541.782.012.202.402.512.652.742.852.933.003.053.10共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 4、混凝土強(qiáng)度(qingd)設(shè)計值強(qiáng)度種類符號混凝土強(qiáng)度等級C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80建工軸心抗壓fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9軸心抗拉ft

15、0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22道橋軸心抗壓fcd6.99.211.513.816.118.420.522.424.426.528.530.532.434.6軸心抗拉ftd0.881.061.231.391.521.651.741.831.891.962.022.072.102.14共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 鋼筋種類抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk抗拉強(qiáng)度設(shè)計值fy抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fyHPB235235210210HRB335335300300HRB400400360360RRB40040036036

16、0建規(guī)鋼筋種類抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fsk抗拉強(qiáng)度設(shè)計值fsd抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fsdR235235195195HRB335335280280HRB400400330330KL400400330330橋規(guī)5、鋼筋(gngjn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計值共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 1、荷載標(biāo)準(zhǔn)值二、荷載荷載也有實測值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值是荷載的基本代表值，為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某個分位值。 （1） 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：按設(shè)計尺寸與材料重力密度的乘積計算。一般相當(dāng)于設(shè)計基準(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)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概

17、率分布的某個分位值。 對于建筑結(jié)構(gòu)，查荷載規(guī)范GB50009。 對于道橋結(jié)構(gòu)，查公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTGD60。 共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)原則 2、荷載設(shè)計值（1）概念：等于荷載代表值與荷載分項系數(shù)的乘積。（2）荷載分項系數(shù)取值3、荷載代表值對于永久荷載，其代表值就是標(biāo)準(zhǔn)值，即結(jié)構(gòu)自重；對于可變荷載，其代表值分別為標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、 頻遇值和準(zhǔn)永久值。共三十八頁（2）頻遇值結(jié)構(gòu)(jigu)上時而出現(xiàn)的較大作用值,但小于 標(biāo)準(zhǔn)值。頻遇值 =頻遇值系數(shù)(xsh)標(biāo)準(zhǔn)值 t/T 0.1（3）準(zhǔn)永久值結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用值準(zhǔn)永久值 =準(zhǔn)永久值系數(shù)標(biāo)

18、準(zhǔn)值 t/T=0.5（t為設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載達(dá)到和超過該值的總持續(xù)時間，T為設(shè)計基準(zhǔn)期。）（1） 組合值當(dāng)有兩個或兩個以上可變荷載同時作 用時的代表值 。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)計原則 共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 建規(guī)G 、Qi 、Ci的取值橋規(guī)見JTG D62第4.1.6條共三十八頁第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 3.4.1 承載能力極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式一、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0安全等級或使用年限一級或100年二級或50年三級或5年01.11.00.9二、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式0 S R建規(guī)橋規(guī)0 Sd R3.4 實用設(shè)計表達(dá)

19、式共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本(jbn)設(shè)計原則 基本組合1-由可變荷載效應(yīng)控制基本組合2-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)計值S共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)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)計值Sud共三十八頁3.4.2 正常使用極限(jxin)狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計原則 一、建規(guī)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式： S C2、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)

20、力等的限值。具體見教材標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合-準(zhǔn)永久系數(shù)。對民用建筑一般為0.30.5。具體查荷載規(guī)范GB50009-2001 。共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(shj)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。二、橋規(guī)持久狀況正常使用極限狀態(tài)設(shè)計1、采用的荷載效應(yīng)組合：短期效應(yīng)組合長期效應(yīng)組合共三十八頁3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法(fngf)第三章 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)基本設(shè)計原則 2、應(yīng)驗算的內(nèi)容（1）預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的抗裂驗算； 應(yīng)力限值見JTG D62第6.3.1條。（2）裂縫寬度驗算； 寬度限值見JTG D62第6.4.2條。0.15mm,0.2mm（3）撓