混凝土結構設計第1頁，課件共30頁，創作于2023年2月二、結構可靠性、可靠度的定義可靠性：結構在規定的時間內，規定的條件下，完成預定功能的能力。可靠度：指結構在規定時間內，規定條件下完成預定功能的概率，即結構可靠度是可靠性的概率度量?﹡設計使用年限：

指設計規定的結構或構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期，即結構在規定的條件下所應達到的使用年限。注意：

①設計使用年限并不等同于結構的壽命；②這一時期的長短與一個國家在一定時期的國民經濟發展水平有關；③可靠性與經濟性的統一是結構設計的基本原則。第2頁，課件共30頁，創作于2023年2月三、結構的安全等級四、結構的極限狀態1、極限狀態的概念整個結構或結構的一部分超過某一個特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，此特定狀態稱為結構的極限狀態。2、極限狀態的分類（1）承載能力極限狀態：p40被超越的判斷；（2）正常使用極限狀態：p41被超越的判斷。第3頁，課件共30頁，創作于2023年2月五、結構上的作用、作用效應和結構的抗力1、作用與作用效應（1）定義：

使結構產生內力和變形的所有原因。

﹡直接作用與間接作用﹡作用與荷載的區別與聯系（2）作用的分類：（3）作用效應：第4頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、結構的抗力結構的抗力是指整個結構或構件承受內力和變形的能力。﹡混凝土結構構件的截面尺寸、混凝土強度等級以及鋼筋的種類、配筋數量和方式確定后，構件便具有一定的抗力。抗力可以按一定的計算模式確定。﹡影響抗力的因素：材料性能、幾何參數、計算模式。第5頁，課件共30頁，創作于2023年2月§2-2結構的可靠度一、結構設計問題的不確定性作用效應

結構的抗力

第6頁，課件共30頁，創作于2023年2月1、作用與作用效應的不確定性

（以荷載與荷載效應為例）（1）荷載本身的變異性恒載：

材料密實程度變化，施工偏差引起構件尺寸變化。活載：

大小和位置均變化。（2）內力計算假定與實際受力情況之間的差異。第7頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、結構抗力的不確定性（1）結構材料性能的變異性，是影響結構抗力的主要因素；（2）結構構件的幾何參數的變異性；

（3）結構構件抗力計算模式的不確定性。﹡作用、作用效應和結構抗力都具有不確定性。第8頁，課件共30頁，創作于2023年2月二、數理統計中的幾個基本概念1、隨機變量的統計特征值：平均值：

標準差（均方差）：

變異系數：

第9頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、正態分布的概念正態分布的概率密度函數：圖2-1正態分布概率密度曲線

越大，曲線越扁平，隨機變量分布越分散。第10頁，課件共30頁，創作于2023年2月3、保證率根據概率論，區間

內事件發生的概率可以表示為：

稱為隨機變量的值不大于的保證率圖2-2正態分布的保證率第11頁，課件共30頁，創作于2023年2月如果隨機變量X服從正態分布，則X的值不小于或不大于某一定值的概率分別為：表示標準正態分布的分布函數值，可由標準正態分布表查出。例如：當

時第12頁，課件共30頁，創作于2023年2月三、結構的失效概率和可靠指標﹡關于“結構可靠性”的理解引入結構的功能函數

則也服從正態分布，并有以下計算式子成立：失效概率（用表示）

第13頁，課件共30頁，創作于2023年2月

圖2-4功能函數的概率密度曲線

即令

則越大，失效概率就越小

反之，越小，就越大，結構越不可靠目標可靠指標（object）用表示

為使結構設計安全可靠，經濟合理，應對不同情況下的可靠指標作一規定，來作為設計的依據。第14頁，課件共30頁，創作于2023年2月《建筑結構設計統一標準》根據安全等級和破壞類型，規定了按承載能力極限狀態設計時的目標可靠指標值（見下表）。不同安全等級結構的承載能力極限狀態的目標可靠指標破壞類型結構的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說明：

1、表中數據是根據過去設計的若干有代表性構件在分析校核其可靠度的基礎上制定的，即“校準法”。2、充分理解“校準法”，見p44。3、正常使用極限狀態下的目標可靠指標，根據其作用效應的可逆程度宜取0～1.5。問題：為什么延性破壞比脆性破壞的目標可靠指標低？

第15頁，課件共30頁，創作于2023年2月§2-3極限狀態實用設計表達式一、概述二、荷載取值1、荷載的標準值永久荷載標準值

：按結構設計尺寸和標準容重計算而得。可變荷載標準值

應根據荷載在設計使用年限內可能出現的最大荷載概率分布并滿足一定的保證率來確定，然而由于目前對于在設計使用年限內最大荷載的概率分布能作出估計的荷載尚不多，所以荷載規范中規定的荷載標準值主要還是根據歷史經驗確定的。第16頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、荷載分項系數及荷載的設計值荷載的標準值乘以荷載分項系數后得到荷載的設計值。

永久荷載分項系數

當其效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合，應取1.2；對由永久荷載效應控制的組合取1.35。當其效應對結構有利時，一般情況取1.0,對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。

可變荷載分項系數

一般情況下取1.4,對標準值大于的工業房屋樓面結構的活荷載取1.3，對某些特殊情況，可按建筑結構有關設計規范的規定確定。第17頁，課件共30頁，創作于2023年2月3、可變荷載的準永久值與頻遇值永久荷載是長期作用的，可變荷載時有時無，時大時小，但是如果達到或超過某一值的可變荷載出現次數較多，持續時間較長以致其累計總持續時間占整個設計基準期的一半以上，則該可變荷載的這一量值稱為可變荷載的準永久值。

其實質是考慮荷載長期作用效應而對標準值的一種折減。準永久值=準永久值系數×荷載標準值可變荷載的頻遇值：

是指結構上時而出現的較大荷載。它與時間有密切關聯，即在規定的期限內（設計基準期T），具有較短的總持續時間和較少的發生次數的特性，使結構的破壞性有所減緩。

第18頁，課件共30頁，創作于2023年2月頻遇值=頻遇值系數×荷載標準值4、可變荷載的組合值多種可變荷載同時作用時，其值不一定都同時達到最大值，因此需要作適當調整。為了使結構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，需引入可變荷載的組合值系數，對荷載標準值進行折減。三、材料強度的取值1、材料強度的標準值——與保證率有關的系數第19頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、材料強度的設計值及材料分項系數確定材料分項系數的方法：

有統計資料的材料，按設計可靠指標通過可靠度分析確定。對統計資料不足的材料，則以工程經驗為主要依據，通過對原規范結構構件的校準計算確定。鋼筋和混凝土材料分項系數確定的原則：見教材p48。混凝土：，熱軋鋼筋，預應力鋼筋材料強度的標準值、設計值見附表1-1，1-2，2-1，2-3。四、承載能力極限狀態實用設計表達式1、基本表達式第20頁，課件共30頁，創作于2023年2月2、荷載效應組合的設計值荷載效應組合是指在所有可能同時出現的諸荷載組合下，確定結構或構件內產生的總效應。

其最不利組合是指所有可能產生的荷載組合中，對結構構件產生總效應為最不利的一組。

（1）承載能力極限狀態一般考慮荷載效應的基本組合，應從下列組合值中取其最不利值確定：①由可變荷載效應控制的組合第21頁，課件共30頁，創作于2023年2月②由永久荷載效應控制的組合（2）對于一般的框架、排架結構，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由可變荷載效應控制的組合②由永久荷載效應控制的組合，仍按

確定。注：承載能力極限狀態設計時，荷載和材料強度均采用設計值。第22頁，課件共30頁，創作于2023年2月五、正常使用極限狀態實用設計表達式1、基本表達式—正常使用極限狀態的荷載效應組合值（如變形、裂縫寬度、應力等的組合值）；

—結構構件達到正常使用要求所規定的變形、裂縫寬度和應力等的限值。2、荷載效應組合值（1）標準組合（短期效應組合）該組合主要用于當一個極限狀態被超越時將產生嚴重的永久性損害的情況。第23頁，課件共30頁，創作于2023年2月（2）頻遇組合——為可變荷載的頻遇值系數。（3）準永久組合（長期效應組合）注：正常使用極限狀態設計時，荷載和材料強度均采用標準值。第24頁，課件共30頁，創作于2023年2月3、正常使用極限狀態驗算內容（1）變形驗算：按荷載效應標準組合并考慮長期作用影響進行計算。（2）抗裂度驗算：按荷載效應標準組合和準永久組合進行計算。（3）裂縫寬度驗算：按荷載效應標準組合并考慮長期作用影響進行計算。第25頁，課件共30頁，創作于2023年2月作業：1、思考題：p532-9，2-10，2-112、書面作業：一簡支梁，計算跨度為4m，承受永久線均布荷載標準值，集中永久荷載標準值作用在梁的跨中，可變線荷載標準值，構件的安全等級為二級。求