工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理講稿第三講

結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第三講第三講：計算原則（1）

上一講的主要內(nèi)容1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理：由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。發(fā)揮材料優(yōu)勢（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長補短。是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過程相對復(fù)雜。2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理：單一材料構(gòu)件，材料理想，工作原理簡單。3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理：用砂漿等膠結(jié)材料把磚、石或砌塊等砌筑成一體的結(jié)構(gòu)。是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過程相對復(fù)雜。第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則（1/28）一、結(jié)構(gòu)上的作用二、結(jié)構(gòu)的抗力三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)四、設(shè)計的基本原則五、基于近似概率法的設(shè)計表達式六、本章要點第三講：計算原則（2/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（1/5）1、作用及作用效應(yīng)(1)作用引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。直接作用：直接以力的不同集結(jié)形式作用于結(jié)構(gòu)，也稱為荷載；間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。(2)作用效應(yīng)作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。

由直接作用(荷載)引起的效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。第三講：計算原則（3/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5）2、作用的分類(1)按照隨時間的變異性分類

永久作用：不隨時間變化，或變化幅度可以忽略；可變作用：隨時間變化，且變化幅度不可以忽略；偶然作用：可能，但不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)效應(yīng)很大。(2)按照隨位置的變異性分類固定作用：在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布；可動作用：在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。(3)按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類：靜態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略；動態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。第三講：計算原則（4/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5）3、荷載的隨機性與概率模式(1)永久荷載性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化數(shù)學(xué)描述：隨機變量概率模式，基本服從正態(tài)分布(2)可變荷載性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值也隨時間變化數(shù)學(xué)描述：把隨機過程模式簡化成隨機變量模式簡化方法：分析荷載最大值分布規(guī)律，是一隨機變量分布規(guī)律：極值I型概率分布模式第三講：計算原則（5/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5）4荷載的代表值(1)實質(zhì)：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變量，便于設(shè)計時，定量描述和運算。(2)取值原則：根據(jù)荷載概率分布特征,控制保證率。第三講：計算原則（6/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（5/5）(2)代表值取值永久荷載的代表值

標準值：取分布的平均值，保證率50%；

可變荷載的代表值標準值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一；準永久值：對可變荷載穩(wěn)定性的描述，等于標準值乘準永久值系數(shù)；

組合值：兩種或（以上）可變荷載作用時，都以標準值出現(xiàn)的概率小，因此對標準值乘以組合系數(shù)進行折減。第三講：計算原則（1）

下一講的主要內(nèi)容1、抗力的不定因素及取值2、結(jié)構(gòu)的功能3、極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第四講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育第四講：計算原則（2）

上一講的主要內(nèi)容1、作用及作用效應(yīng)作用：引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。作用效應(yīng)：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。2、作用的分類按時間分：永久作用；可變作用；偶然作用。按位置分：固定作用、可動作用。按反應(yīng)分：靜態(tài)作用、動態(tài)作用：3、荷載的隨機性及代表值目的：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變量；種類：標準值、準永久值、

組合值。第四講：計算原則（7/28）

二、結(jié)構(gòu)的抗力（1/2）1、抗力及其不定因素抗力：抵抗作用效應(yīng)的能力性質(zhì)：與時間有關(guān)的隨機過程

材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機變量；

有些材料的力學(xué)性能是隨時間變化的。簡化：忽略隨時間的變化，用隨機變量模型描述?？沽Σ欢ㄐ灾饕蛩兀?/p>

材料性能的不定性

幾參數(shù)的不定性

計算模式的不定性第四講：計算原則（8/28）

二、結(jié)構(gòu)的抗力（2/2）2、材料強度的標準值(1)實質(zhì)：以確定值（標準值）表達不確定值，便于應(yīng)用。(2)標準值取值：根據(jù)材料強度概率分布的0.05分位值，即95%保證率的要求確定。3、抗力的概率分布模式(假設(shè))對數(shù)正態(tài)分布第四講：計算原則（9/28）

三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（1/2）1、結(jié)構(gòu)的功能（1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔正常施工和正常使用條件下，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā)生時以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。（2）適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時滿足正常的要求，具有良好的工作性能。（3）耐久性要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護下，在規(guī)定的使用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。第四講：計算原則（10/28）

三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（2/2）2、極限狀態(tài)(1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的標準，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的狀態(tài)。(2)分類：承載能力極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標準，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形。正常使用極限狀態(tài)：是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標準，指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。第四講：計算原則（2）

下一講的主要內(nèi)容1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)可靠度的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第五講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育第五講：計算原則（3）

上一講的主要內(nèi)容1、抗力及其不定因素及材料強度的標準值標準值的實質(zhì)：以確定值表達不確定值，便于應(yīng)用。標準值取值：具有95%保證率的強度值。2、結(jié)構(gòu)的功能安全性、適用性和耐久性3、極限狀態(tài)目的：判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足功能要求；分類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。第五講：計算原則（11/28）

四、設(shè)計計算原則（1/11）1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程(1)功能函數(shù)Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)(2)結(jié)果分析Z=R-S>0：處于可靠狀態(tài)；Z=R-S<0：處于不可靠狀態(tài)，即失效；Z=R-S=0：處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)的可靠性(1)關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計本質(zhì)：對比、控制R和S，即保證R-S>0問題：R和S為隨機變量，功能函數(shù)值Z是隨機變量絕對保證R大于S不可能！第五講：計算原則（12/28）

四、設(shè)計計算原則（2/11）解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下：R>S允許極少數(shù)情況下：R<S(2)結(jié)構(gòu)可靠度和失效概率可靠度(可靠概率)：是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，以Ps表示。失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，以Pf表示。第五講：計算原石則（1吼3/2投8）四、設(shè)嶺計計算叮原則（丘3/1魚1）(3)糠可靠度俗三個水抓準水準I勇：是用慈隨機變宵量的一罵階矩（業(yè)平均值以）加以柏概括;水準I天I：用亭隨機變瓜量的一和階矩和四二階矩擴來描述扮;水準II痰I：也稱端為全概率最法，是以熟真實分布僻進行計算造。第五講笑：計算原則彩（3）下一講的溜主要內(nèi)容1、可得靠性的技計算及勺可靠指侮標結(jié)構(gòu)設(shè)陽計原理第六三講主講教夏師：擠曹雙寅睬舒贛平東南大喘學(xué)遠程它教育第六講袖：計算酬原則（面4）上一講需的主要榆內(nèi)容1、功代能函數(shù)葉和極限然狀態(tài)方帝程Z=R潮-S2、結(jié)構(gòu)錄可靠性概漆念功能函撓數(shù)值Z欠可能<暮0（失乓效）、談也可能庸>0（途可靠）五。因此要杏用概率姻控制。3、可圈靠概率臥和失效手概率4、可頌靠度的權(quán)水準：磚I、I矛I、I素II第六講降：計算原且則（1通4/2獨8）四、設(shè)隙計計算蛙原則（讓4/1飯1）3、可晃靠度的編計算方盈法及可宋靠指標(1)傭可靠指頌標簡單分踢析：假勇設(shè)只有急兩個隨鉤機變量礙R和S村，相捐互獨立置，均服從正封態(tài)分布，寧已知平均噸值和均方置差。功能函數(shù)擠Z:第六講三：計算原晉則（1亞5/2醒8）四、設(shè)計辣計算原則鼻（5/1塌1）計算結(jié)構(gòu)蘆失效概率進行數(shù)顯學(xué)變換添得（把薦Z由正武態(tài)分布殲變換成月標準正鳥態(tài)分布密）定義可靠度習指標：則：第六講：計算原則始（16/戴28）四、設(shè)計幻玉計算原則裝（6/某11）分析：可靠指定標與可靠尚度（失效截概率）相鎮(zhèn)關(guān)，可靠由指標越大，結(jié)構(gòu)越可瓶靠；可靠指陵標越小，弊結(jié)構(gòu)越已不可靠盟。優(yōu)點：武用統(tǒng)計撒特征值分來反映輪可靠度企，不直立接用概典率?？煽慷戎杆鼧巳≈荡_定方法野：校核法似、類比法忽協(xié)商給定薪法取值：奶與安全等院級、截面揀破壞形態(tài)臉、極限狀嗽態(tài)有關(guān)：安全等級烏越高，可佳靠指標越底大（0.撕5）；脆性破壞東高于延性椅破壞（0崗.5）；承載力極拼限狀態(tài)高智于正常使希用極限狀昂態(tài)。第六講：計算原則?。?）下一講喉的主要壩內(nèi)容1、可儲靠指標系的計算亭方法-育中心點炕法結(jié)構(gòu)設(shè)計色原理第七蕩講主講教師盾：曹雙杰寅息舒贛平東南大葵學(xué)遠程綁教育第七講匪：計算錢原則（折5）上一講爆的主要乖內(nèi)容1、可裂靠概率勿和失效傍概率的躺計算用數(shù)學(xué)源方法可嘉以計算宅但計算困工作量卷大。2、可靠講指標的定查義及計算取值：安全等級斤、截面破周壞形態(tài)、貌極限狀態(tài)寶有關(guān)第七講：計算原則?。?7/簡28）四、設(shè)派計計算業(yè)原則（揭7/1錫1）(2)計切算方法之潛一：中心肥點法假設(shè)：信Z中所習有隨機記量是相抽互獨立援的，均藏服從正浙態(tài)分布將Z在煩平均值杜處按泰殘勒級數(shù)飼展開，盤忽略二熊次以上捕項確定Z慰的特征縣值求可靠指叢標適用條件大：基本變鬼量的正態(tài)放分布；功糖能函數(shù)是練線性的。特點：姿直接用即特征值納；概念互清楚，狀應(yīng)用簡旨便；誤狼差較大鼓。第七講：計算原畢則（1奔8/2殘8）四、設(shè)計針計算原則善（8/1帽1）例題：某紹軸心受壓始短柱，按浩中心點法漂求構(gòu)件可倘靠指標已糖知：抗壓承載勸力：決恒載產(chǎn)生懇的壓力：活載產(chǎn)生嚷的軸向壓鵲力：建立功能渣函數(shù):求Z的特督征值：求可靠任指標第七講洽：計算原則陪（19/巨28）四、設(shè)叢計計算臭原則（勢9/1桃1）例題：體上題中愈，要求宴可靠指碎標3.喬7，在亦其它條泥件不變呈的條件刺下,用住中心點襪法求該申柱應(yīng)具朽有的承場載能力瀉平均值糕。建立功能福函數(shù)求Z的衰特征值求可靠指臺標承載能中力平均每值第七講：計算原前則（4氧）下一講店的主要菊內(nèi)容1、可靠蓋指標的計未算方法-柱驗算點法結(jié)構(gòu)設(shè)外計原理第八驗講主講教燥師：改曹雙寅竭舒贛平東南大敵學(xué)遠程譯教育第八講：毫計算原則滋（6）上一講的尾主要內(nèi)容1、中心黎點法的原耐理假設(shè)基本變量閑均符合正絞態(tài)分布，遣功能函數(shù)刪是線性方場程；利用按壟泰勒級艦數(shù)展開墓（忽略察二次及固以上項炎）經(jīng)數(shù)學(xué)體推導(dǎo)，驕可靠指廉標可以蹈直接用起平均值輩和均方伯差表示嶄；2、中襪心點法枝的特點直接用尖變量的嗚特征值危計算；概念清爐楚，應(yīng)原用簡便慎；計算結(jié)館果誤差每較大。第八講篩：計算原則幟（20/鍵28）四、設(shè)計謝計算原則畝（10/吊11）(3)計休算方法之虧二：驗瞞算點法介檔紹中心點糟法的缺滾陷：非慈正態(tài)分骨布？非雀線形方嘴程？誤請差！處理辦盡法：對段中心點織法進行員了改進簡單分秀析：僅考慮羨兩個相互支獨立的正驕態(tài)分布變塌量R和S極限狀態(tài)某方程為：標準化變赤換，令以和濟表述令的極限狀合態(tài)第八講：計算原爽則（2猜1/2憲8）四、設(shè)計洲計算原則哭（11/中11）即：可靠指標繁的實質(zhì)：著標準正態(tài)稠坐標系中捆原點到極魔限狀態(tài)方京程直線的罵最短距離芳。驗算企點定義胃：P點非正態(tài)榜變量的駝當量正牢態(tài)化原診則在驗算返點處，炭當量前固后分布皂函數(shù)值相熔等；當唇量前后枯概率密爪度函數(shù)值會相等。第八講鴉：計算原增則（6填）下一講宅的主要毒內(nèi)容1、近似杯概率的設(shè)棍計表達式結(jié)構(gòu)設(shè)計競原理第九洋講主講教師泡：曹雙后寅永舒贛平東南大命學(xué)遠程趟教育第九講：炸計算原則平（7）上一講殲的主要盈內(nèi)容1、驗算顛點法的原蜘理是對中稈心點法皺的修正搶：對非正態(tài)冊變量等效錘正態(tài)化；通過數(shù)學(xué)譜變化尋找逮驗算點；2、驗算帥點法的特皂點計算結(jié)坑果比較坐準確；計算復(fù)糖雜，與哲隨機變幼量的分槐布有關(guān)姥；當隨機賽變量為澇正態(tài)分烈布，功獸能函數(shù)搖是線形賭方程時犬，計算結(jié)果和船中心點參法相同澤。第九講傭：計算原前則（2工2/2最8）五、近醋似概率雷法設(shè)計武表達式指(1/派6)1、一般耀方法(1)壺結(jié)構(gòu)可堆靠性設(shè)象計需要逢解決的角問題：理論模式刺問題：失食效標準、促概率模式治和計算方岡法等。社會認同腰問題：設(shè)商計可靠指符標的取值殘能否被社陶會接受。應(yīng)用方妥法問題霉：所采匆用的設(shè)集計表達拍式的形慨式問題孤。(2)安羨全系數(shù)法缸簡單示例眉：設(shè)Z只狡有兩個變獨立的校正態(tài)變折量R和授S，根掛據(jù)定義得：第九講：計算原午則（2令3/2尊8）五、近網(wǎng)似概率謎法設(shè)計藝表達式繪(2/玩6)即解得：定義安汽全系數(shù)開：則：安全系疾數(shù)法設(shè)籍計表達轉(zhuǎn)式：第九講：計算原糟則（2東4/2也8）五、近柱似概率富法設(shè)計績表達式柏(3/古6)(3)分棵項系數(shù)法趕簡單示例當功能函衣數(shù)有兩個鏡隨機變量認R和S時整理可得系：以標準撐值代入卸整理得老：當功能函剩數(shù)有三個娃隨機變量韻R和SG和SQ時整理可京得以標準值漿代入:分項系映數(shù)法設(shè)景計表達忠式第九講：計算原則蒙（7）下一講的幫主要內(nèi)容1、現(xiàn)沈行設(shè)計桌表達式結(jié)構(gòu)設(shè)計志原理第問十狡講主講教閥師：席曹雙寅邊舒贛平東南大學(xué)胸遠程教育第十講缺：計算吵原則（慮8）上一講的盈主要內(nèi)容1、安厚全系數(shù)鑼法經(jīng)過變煌化設(shè)計象表達式散可以表識示成：安全系姻數(shù)K與肥可靠指港標和隨哪機變量棵的數(shù)字犁特征有柳關(guān)2、分項臣系數(shù)法經(jīng)過變內(nèi)化設(shè)計呆表達式罷可以表漢示成：分項系末數(shù)法與?？煽恐钙菢撕碗S負機變量掘的數(shù)字團特征有匙關(guān)。第十講福：計算原紙則（2臘5/2謙8）五、近撕似概率首法設(shè)計旅表達式棋(4/詠6)2、我淘國現(xiàn)行出規(guī)范采繳用的基緊本設(shè)計巴表達式(1)閘承載能辮力極限緞狀態(tài)設(shè)如計表達威式組合情衣況：基本組合現(xiàn)：永久荷陳載和最大堵的可變荷貿(mào)載以標準戒值作為代表值濫，其它態(tài)可變荷識載以組換合值為衫代表值再。偶然組合基本組由合承載龍能力設(shè)測計采用塌下列設(shè)瘋計表達欺式：第十講抱：計算原則傅（26/厘28）五、近鳥似概率