1、第2章 鋼筋砼結構設計計算原理 目的：掌握規(guī)范設計方法內(nèi)容： 結構功能要求 結構上的作用 概率為基礎的極限狀態(tài)設計方法思路 規(guī)范設計表達式 本章學習思路1 設計理論（方法）的發(fā)展2 結構的功能要求：結構設計目的3 作用效應和抗力及其特征4 極限狀態(tài)設計方法的基本思路5 規(guī)范設計表達式及其應用 2.1 設計理論發(fā)展1 容許應力法： 例： 簡支梁問題：非彈性，最大壓應力和最大拉應力很難求。安全系數(shù)K由經(jīng)驗確定。2 破壞階段法：3 概率為基礎的多系數(shù)表達的極限狀態(tài)方法理論上：安全系數(shù)由結構設計要求達到的可靠概率確定效應抗力2.2.1 結構的功能要求Functions of Structure1 安全

2、性 Safety 結構在預定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結構應能保持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴重損失。 如（MMu）第2章 結構設計方法2.1 結構的功能 適用性 Serviceability 結構在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側移）、振動（頻率、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。 如（f f ） 耐久性 Durabili

3、ty 結構在正常使用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結構的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結構在其預定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。 如（wmax wmax）第2章 結構設計方法2.1 結構的功能 結構的可靠性 reliability 可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱 就是指結構在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設計工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的能力。 結構可靠性越高，建設造價投資越大。 如何在結構可靠與經(jīng)濟之間取得均衡？設計目的 可靠性如何計算？ 可靠性目標是多大？可

4、靠性量度 結構的可靠度 reliability 可靠度可靠性的程度可靠概率 就是指結構在規(guī)定的使用期限內(nèi)（設計工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的概率。 結構可靠度的控制因素是什么？可靠度目標安全等級有關 結構上作用和作用效應（荷載和荷載產(chǎn)生的效果）結構（構件)類型、構造、尺寸、材料強度、等。 結構抗力（結構或構件的抵抗能力）2.2.2 結構上的作用(荷載）、荷載效應1、作 用 引起結構內(nèi)力和變形的一切原因。作 用與結構的聯(lián)系方式分類按隨時間的變異性分類按隨位置的變異性分類按結構的反應分類直接作用間接作用永久作用可變作用偶然作用固定作用可

5、動作用靜態(tài)作用動態(tài)作用直接作用：直接以力的不同集結形式作用于結構，也稱為荷載；間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對結構產(chǎn)生內(nèi)力。2 作用效應 “S” 作用在結構上產(chǎn)生的內(nèi)力、變形、應力、應變。 由直接作用(荷載)引起的效應稱為荷載效應。 例？3、荷載性質和分類(1)永久荷載 性質：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化 數(shù)學描述：基本服從正態(tài)分布 表示方法：G 例？ (2)可變荷載 性質：其量值是不確定的，其量值也隨時間變化 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 表示方法：Q 例？ (2)偶然荷載 性質：其量值是不確定的，結構使用期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，

6、其量值很大，作用時間短 例？ 結論：荷載具有隨機性2.2.3 結構抗力 “R”（1）概念：在設計使用期內(nèi)，結構能夠抵抗的內(nèi)力、變形、應力、應變等 抵抗作用效應的能力（2）影響因素： 材料強度、構件尺寸、截面類型等 Rf（fy，fc，a）（3）性質：不確定性隨機性 材料性能的不定性：如強度 幾何參數(shù)的不定性：變化小忽略 計算模式的不定性：計算方法應滿足精度要求 2.4 荷載的代表值和材料強度的代表值1、什么是代表值？實質：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變量，便于設計時，定量描述和運.取值原則： 根據(jù)荷載概率分布特征, 控制保證率。2、荷載代表值取值永久荷載的代表值 標準值：取分布的平均值，保

7、證率50%；Gk 可變荷載的代表值 標準值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一； 設為正態(tài)分布時，95%保證率： 保證率系數(shù)s 1.6452、荷載代表值取值 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，對標準值乘以組合系數(shù)進行折減 。 頻遇值：值的大小隨時間變化。 將標準值乘以安全系數(shù)為設計值。 3、材料強度的標準值和設計值(1) 標準值取值：根據(jù)材料強度概率分布的0.05分位值，即具有95%保證率的要求確定的：(2) 設計值砼 鋼筋 為什么混凝土的分項系數(shù)大？已知混凝土立方體抗壓強度實驗統(tǒng)計結果服從正態(tài)分布。求立方體抗

8、壓強度標準值。解： 已知砼強度等級為C20，問： 2.3 概率極限狀態(tài)設計的基本思路1 極限狀態(tài)的概念 結構可靠應滿足的要求：SR（1)結構功能函數(shù) Z=R-S0 可靠0 極限0 失效可靠度：Ps失效概率：Pf PsPf1（2）極限狀態(tài)的定義和分類定義：結構或構件的一部分超過某一特定的狀態(tài)就不再滿足預定功能的要求，這一特定的狀態(tài)稱為極限狀態(tài)。分類：承載能力極限狀態(tài) 是判別結構是否滿足安全性功能要求的標準， 指結構或結構構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)： 是判別結構是否滿足正常使用和耐久性功能要求的標準， 指結構或構件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定。（3）極限狀態(tài)設計

9、思路目標：可靠度較高，失效概率較低 設：結構能允許的失效概率為Pf 應滿足PfPf ? Pf=? Pf =? Pf的確定(1)建立在對原規(guī)范“校準”的基礎上。(2)與結構安全級別有關。安全級別愈高， Pf愈小。(3)與構件破壞性質有關。脆性破壞的Pf低于延性破壞。(4)與極限狀態(tài)有關。承載能力極限狀態(tài)的Pf低于正常 使 用極限狀態(tài)。 水工建筑物的安全等級根據(jù)水工建筑物級別確定水工建筑物級別根據(jù)重要性程度按 水利水電工程可靠度設計統(tǒng)一標準有關規(guī)定確定水工建筑物級別水工建筑物的結構安全級別允許失效概率Pf延性破壞脆性破壞11.11041.31052，36.91041.11044，53.51036.

10、9104Pf 計算方法：S和R均為隨機變量，則Z也為隨機變量 f(S)SSk f(R)RRkSk f(S)，f (R)S，RRk求失效概率轉化為求小于0的面積，即求曲線積分。令則值越大，失效概率越小，結構越可靠; 值越小，失效概率越大,結構越不可靠所以稱為結構可靠度指標。目標可靠指標 reliability index效應S的均值和標準差抗力R的均值和標準差結構狀態(tài)函數(shù)Z的均值和標準差結構可靠指標T 失效概率PfPf 理論設計方法：根據(jù)荷載和材料強度的統(tǒng)計參數(shù)計算失效概率實用設計方法多系數(shù)法式中的各系數(shù)和可靠度有關，各系數(shù)分別考慮了不同因素 2.5 水工砼規(guī)范采用的實用設計表達式1、五種分項系

11、數(shù)（1）結構重要性系數(shù)0 結構安全級別為、級的結構構件， 0分別取為1.1、1.0及0.9，反映不同安全級別的的可靠度水平要求不同。（2）設計狀況系數(shù)持久狀況。在結構運行使用過程中，不僅出現(xiàn)且持續(xù)時間很長，一般與設計基準期為同一量級的設計狀況。短暫狀況。在結構施工（安裝）、檢修或使用過程中短暫出現(xiàn)的設計狀況。偶然狀況。在結構使用過程中，出現(xiàn)概率很小，持續(xù)時間很短的設計狀況。 設計狀況系數(shù)反映不同設計狀況其可靠度水平要求不同。（3）荷載分項系數(shù)G、Q用來考慮荷載超過標準值的可能性，在水工建筑物設計中，它實質上就是“超載系數(shù)”。荷載標準值乘以相應的荷載分項系數(shù)后即為荷載設計值。按水工建筑物荷載設計

12、規(guī)范取用，其值大小主要依據(jù)荷載的變異程度大小。例P44：表2-4、2-5（4）砼和鋼筋的強度分項系數(shù)c、s考慮材料的離散性和施工偏差帶來的材料實際強度低于其強度標準值，在承載能力極限狀態(tài)采用材料強度設計值，即強度標準值除以相應的材料強度分項系數(shù)。（5）結構系數(shù)d用來考慮荷載分項系數(shù)和材料強度系數(shù)沒能反映的對結構可靠度有影響的因素，如荷載效應和抗力計算模式的不定性。DL/T 50572009規(guī)范采用五種分項系數(shù)SL 1912008合并為單一安全系數(shù) 第二章 鋼筋砼結構設計計算原理2承載能力極限狀態(tài)設計表達式（1）基本組合基本組合：持久狀況或短暫狀況下永久荷載與可變荷載效應組合。(2)偶然組合:某些可變荷載標準值折減。具體形式：P482.5 水工鋼筋砼結構設計規(guī)范的使用設計表達式 第二章 鋼筋砼結構設計計算原理 2.5 水工鋼筋砼結構設計規(guī)范的使用設計表達式3正常使用極限