混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、結(jié)構(gòu)可靠性、可靠度的定義可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力?？煽慷龋褐附Y(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的概率，即結(jié)構(gòu)可靠度是可靠性的概率度量?﹡設(shè)計(jì)使用年限：

指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。注意：

①設(shè)計(jì)使用年限并不等同于結(jié)構(gòu)的壽命；②這一時(shí)期的長短與一個(gè)國家在一定時(shí)期的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有關(guān)；③可靠性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)四、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)1、極限狀態(tài)的概念整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一個(gè)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)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。2、極限狀態(tài)的分類（1）承載能力極限狀態(tài)：p40被超越的判斷；（2）正常使用極限狀態(tài)：p41被超越的判斷。第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月五、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的抗力1、作用與作用效應(yīng)（1）定義：

使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的所有原因。

﹡直接作用與間接作用﹡作用與荷載的區(qū)別與聯(lián)系（2）作用的分類：（3）作用效應(yīng)：第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。﹡混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及鋼筋的種類、配筋數(shù)量和方式確定后，構(gòu)件便具有一定的抗力?？沽梢园匆欢ǖ挠?jì)算模式確定。﹡影響抗力的因素：材料性能、幾何參數(shù)、計(jì)算模式。第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2結(jié)構(gòu)的可靠度一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的不確定性作用效應(yīng)

結(jié)構(gòu)的抗力

第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1、作用與作用效應(yīng)的不確定性

（以荷載與荷載效應(yīng)為例）（1）荷載本身的變異性恒載：

材料密實(shí)程度變化，施工偏差引起構(gòu)件尺寸變化?；钶d：

大小和位置均變化。（2）內(nèi)力計(jì)算假定與實(shí)際受力情況之間的差異。第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、結(jié)構(gòu)抗力的不確定性（1）結(jié)構(gòu)材料性能的變異性，是影響結(jié)構(gòu)抗力的主要因素；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何參數(shù)的變異性；

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模式的不確定性。﹡作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力都具有不確定性。第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的幾個(gè)基本概念1、隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)特征值：平均值：

標(biāo)準(zhǔn)差（均方差）：

變異系數(shù)：

第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、正態(tài)分布的概念正態(tài)分布的概率密度函數(shù)：圖2-1正態(tài)分布概率密度曲線

越大，曲線越扁平，隨機(jī)變量分布越分散。第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、保證率根據(jù)概率論，區(qū)間

內(nèi)事件發(fā)生的概率可以表示為：

稱為隨機(jī)變量的值不大于的保證率圖2-2正態(tài)分布的保證率第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月如果隨機(jī)變量X服從正態(tài)分布，則X的值不小于或不大于某一定值的概率分別為：表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)值，可由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表查出。例如：當(dāng)

時(shí)第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、結(jié)構(gòu)的失效概率和可靠指標(biāo)﹡關(guān)于“結(jié)構(gòu)可靠性”的理解引入結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)

則也服從正態(tài)分布，并有以下計(jì)算式子成立：失效概率（用表示）

第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖2-4功能函數(shù)的概率密度曲線

即令

則越大，失效概率就越小

反之，越小，就越大，結(jié)構(gòu)越不可靠目標(biāo)可靠指標(biāo)（object）用表示

為使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)對(duì)不同情況下的可靠指標(biāo)作一規(guī)定，來作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》根據(jù)安全等級(jí)和破壞類型，規(guī)定了按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的目標(biāo)可靠指標(biāo)值（見下表）。不同安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)破壞類型結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2說明：

1、表中數(shù)據(jù)是根據(jù)過去設(shè)計(jì)的若干有代表性構(gòu)件在分析校核其可靠度的基礎(chǔ)上制定的，即“校準(zhǔn)法”。2、充分理解“校準(zhǔn)法”，見p44。3、正常使用極限狀態(tài)下的目標(biāo)可靠指標(biāo)，根據(jù)其作用效應(yīng)的可逆程度宜取0～1.5。問題：為什么延性破壞比脆性破壞的目標(biāo)可靠指標(biāo)低？

第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-3極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式一、概述二、荷載取值1、荷載的標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值

：按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)容重計(jì)算而得?？勺兒奢d標(biāo)準(zhǔn)值

應(yīng)根據(jù)荷載在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)可能出現(xiàn)的最大荷載概率分布并滿足一定的保證率來確定，然而由于目前對(duì)于在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最大荷載的概率分布能作出估計(jì)的荷載尚不多，所以荷載規(guī)范中規(guī)定的荷載標(biāo)準(zhǔn)值主要還是根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)確定的。第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、荷載分項(xiàng)系數(shù)及荷載的設(shè)計(jì)值荷載的標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)后得到荷載的設(shè)計(jì)值。

永久荷載分項(xiàng)系數(shù)

當(dāng)其效應(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，應(yīng)取1.2；對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合取1.35。當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，一般情況取1.0,對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。

可變荷載分項(xiàng)系數(shù)

一般情況下取1.4,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3，對(duì)某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、可變荷載的準(zhǔn)永久值與頻遇值永久荷載是長期作用的，可變荷載時(shí)有時(shí)無，時(shí)大時(shí)小，但是如果達(dá)到或超過某一值的可變荷載出現(xiàn)次數(shù)較多，持續(xù)時(shí)間較長以致其累計(jì)總持續(xù)時(shí)間占整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的一半以上，則該可變荷載的這一量值稱為可變荷載的準(zhǔn)永久值。

其實(shí)質(zhì)是考慮荷載長期作用效應(yīng)而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的一種折減。準(zhǔn)永久值=準(zhǔn)永久值系數(shù)×荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載的頻遇值：

是指結(jié)構(gòu)上時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載。它與時(shí)間有密切關(guān)聯(lián)，即在規(guī)定的期限內(nèi)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T），具有較短的總持續(xù)時(shí)間和較少的發(fā)生次數(shù)的特性，使結(jié)構(gòu)的破壞性有所減緩。

第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月頻遇值=頻遇值系數(shù)×荷載標(biāo)準(zhǔn)值4、可變荷載的組合值多種可變荷載同時(shí)作用時(shí)，其值不一定都同時(shí)達(dá)到最大值，因此需要作適當(dāng)調(diào)整。為了使結(jié)構(gòu)在多種可變荷載參與組合的情況下，與僅有一種可變荷載的情況具有大體相同的可靠指標(biāo)，需引入可變荷載的組合值系數(shù)，對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。三、材料強(qiáng)度的取值1、材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值——與保證率有關(guān)的系數(shù)第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值及材料分項(xiàng)系數(shù)確定材料分項(xiàng)系數(shù)的方法：

有統(tǒng)計(jì)資料的材料，按設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)通過可靠度分析確定。對(duì)統(tǒng)計(jì)資料不足的材料，則以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)，通過對(duì)原規(guī)范結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校準(zhǔn)計(jì)算確定。鋼筋和混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)確定的原則：見教材p48。混凝土：，熱軋鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值見附表1-1，1-2，2-1，2-3。四、承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1、基本表達(dá)式第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值荷載效應(yīng)組合是指在所有可能同時(shí)出現(xiàn)的諸荷載組合下，確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的總效應(yīng)。

其最不利組合是指所有可能產(chǎn)生的荷載組合中，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生總效應(yīng)為最不利的一組。

（1）承載能力極限狀態(tài)一般考慮荷載效應(yīng)的基本組合，應(yīng)從下列組合值中取其最不利值確定：①由可變荷載效應(yīng)控制的組合第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月②由永久荷載效應(yīng)控制的組合（2）對(duì)于一般的框架、排架結(jié)構(gòu)，基本組合可以簡化處理，并按下列組合值中取組不利值確定。①由可變荷載效應(yīng)控制的組合②由永久荷載效應(yīng)控制的組合，仍按

確定。注：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載和材料強(qiáng)度均采用設(shè)計(jì)值。第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月五、正常使用極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式1、基本表達(dá)式—正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值（如變形、裂縫寬度、應(yīng)力等的組合值）；

—結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度和應(yīng)力等的限值。2、荷載效應(yīng)組合值（1）標(biāo)準(zhǔn)組合（短期效應(yīng)組合）該組合主要用于當(dāng)一個(gè)極限狀態(tài)被超越時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害的情況。第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）頻遇組合——為可變荷載的頻遇值系數(shù)。（3）準(zhǔn)永久組合（長期效應(yīng)組合）注：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載和材料強(qiáng)度均采用標(biāo)準(zhǔn)值。第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算內(nèi)容（1）變形驗(yàn)算：按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響進(jìn)行計(jì)算。（2）抗裂度驗(yàn)算：按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行計(jì)算。（3）裂縫寬度驗(yàn)算：按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響進(jìn)行計(jì)算。第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：1、思考題：p532-9，2-10，2-112、書面作業(yè)：一簡支梁，計(jì)算跨度為4m，承受永久線均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，集中永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用在梁的跨中，可變線荷載標(biāo)準(zhǔn)值，構(gòu)件的安全等級(jí)為二級(jí)。求