混凝土结构基本设计原则.pptx

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,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,混凝土结构,土木工程专业混凝土结构课程配套电子课件,混凝土结构基本,设计原则,第三章 混凝土结构基本设计原则,本章摘要,本章主要介绍以概率理论为基础的极限状态设计方法的一些基本知识,是学习本课程及其他结构设计类课程的理论基础由于内容涉及新的概念和名词术语较多,又牵涉到数理统计和概率论方面的内容,有一定的难度,需要逐渐克服,.,极限状态设计原则这一节,讨论的是关于建筑结构设计和安全度的基本内容和定义,也是砌体结构,钢结构等其他建筑结构的设计原则,要加以领会和理解,.,对于荷载和材料强度的取值,要求能懂得,理解,.,对于极限状态表达式,要理解和掌握其内涵,以便今后学习与工作中能够正确运用,.,01,02,结构是由不同受力构件组成的承受各种外部作用的骨架混凝土结构建筑物可大体上区分为楼板、梁、柱、墙以及基础等不同部分,这些不同的部分统称为构件.,楼板的主要作用是承受竖向荷载,并将荷载传递到梁上,后者则支撑在柱上。

楼板也可直接支撑在柱上.楼板主要承受弯矩,梁主要承受弯矩和剪力,而柱的主要作用承受压力.基础的作用是把柱所承受的荷载均匀地传递到地基上.墙除了起围护作用外,有时也起承重作用.此时,板或梁所承受的荷载经由墙传递到基础上.,一、混凝土结构的组成与作用,3.1 结构的功能要求,所谓结构上的作用是指施加在结构上的集中荷载或分布荷载(包括永久荷载、可变荷载等),以及引起结构外加变形或约束变形的原因,如基础沉降,温度变化,混凝土收缩,焊接等作用.,01,施加在结构上的集中荷载和分布荷载称为直接作用.,02,引起结构外加变形和约束变形的其他作用称为间接作用.,03,二、结构上作用、结构抗力,结构上作用F、标准按下列原则分类:,01,按随时间的变异分类：,永久作用可变作用偶然作用.,02,按随空间位置的变异分类：固定作用可动作用,03,按结构的反应分类：静态作用、动态作用,04,作用效应S:这些作用使结构产生的内力和变形(如轴力,弯矩,剪力,扭矩,挠度,转角和裂缝等)称为作用效应,若作用为直接作用,则其效应也可称为荷载效应.,结构抗力R:结构或结构构件承受内力和变形能力(如构件的承载能力,刚度等).,01,03,02,No.3,结构设计的目的就是要使结构建成后能满足各项预定的“功能要求”.,结构的功能要求,概括为以下三个方面:,安全性:结构在正常的设计,施工和使用条件下,应该能够承受可能出现的各种作用,在偶然荷载作用下,或偶然事件发生时或发生后,结构应能保持必要的整体稳定性,不致倒塌.,适用性:建筑结构在正常使用时应能满足预定的使用要求,有良好的工作性能,其变形,裂缝或振动等均不超过规定的限度.,No.2,No.1,三、结构的功能要求,耐久性:建筑结构在正常使用,维护的情况下应有足够的耐久性.如保护层不得过薄,裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀,混凝土不得风化,不得在化学腐蚀环境的情况下影响结构预定的使用期限等.,上述功能概括称为结构的可靠性.,1,2,结构可靠性为结构在规定的时间内(即设计所假定的基准使用期),在规定的条件下(结构正常的设计,施工,使用和维护条件),完成预定功能(如强度,刚度,稳定性,抗裂性,耐久性等)的功能.,01,我国取结构的设计基准期T为50年.,01,设计时应根据结构破坏可能产生的各种后果(是否危及人的生命,造成怎样的经济损失,产生如何的社会影响等等)的严重性,对不同的建筑结构采用不同的安全等级.,01,四、结构的可靠性与安全等级,我国,建筑结构设计统一标准,对建筑结构的安全等级划分为三级,安全等级,破坏后果,建筑物类别,一级,很严重,重要的工业与民用建筑,二级,严重,一般的工业与民用建筑,三级,不严重,次要的建筑物,表,3.1,建筑结构的安全等级,极限状态的概念,结构在即将不能满足某项功能要求时的特定状态,称为该功能的极限状态.是否超过极限状态就是判断是否满足功能要求的标准.,结构的各种极限状态,其标志及限值均有明确的规定,并列入相应设计规范.,3.2 结构极限状态,二,.,极限状态分类；,我国,标准,将结构的极限状态分为下列两类,:,(1),承载能力极限状态,这类极限状态是对应结构或结构构件达到了最大承载能力,或者产生了不适于继续承载的过大变形,.,当结构或结构构件出现了下列状态之一时,即认为超过了承载能力极限状态,:,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡,;,结构构件或其连接因超过材料强度而破坏,(,包括疲劳破坏,);,结构转变为机动体系,;,结构或构件丧失稳定,.,正常使用极限状态,这类极限状态是对应结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值.当出现下列状态之一时,即认为结构或结构构件超过了正常使用极限状态:,影响正常使用或有碍观瞻的变形;,影响正常使用或耐久性能的局部损坏;,影响正常使用的振动;,影响正常使用的其他特定状态.,上式称为功能函数,可以用来表示结构的三种工作状态:,当Z0时,结构处于可靠状态;,当Z0时,结构处于失效状态;,当Z=0时,结构处于极限状态;,结构极限状态方程；,结构或结构构件的工作状态,可以由该结构构件所承受的荷载效应S和结构抗力R两者的关系来描述,Z=R-S=g(R,S)3.1,Z=R-S=g(R,S)=0称为“极限状态方程”,它是结构失效的标准.结构功能函数的一般表达式为,Z=g(x1,x2,xn)3.2,随机变量及其概率分布,3.3 随机变量的统计特征,随机事件:对于具有多种可能结果的事件。

,01,随机变量:表示随机事件各种可能结果的变量.,02,随机变量的平均值:,03,标准差(或称均方差):,04,随机变量取值的统计规律可用分布函数或者用密度函数描述,连续型随机变量X的分布函数可以表示为:,正态分布是研究随机变量分布规律时常遇到的一种分布,其概率密度曲线如图所示.峰点横坐标为平均值,峰点两侧()处各有一个反弯点.曲线为渐近线.正态分布的概率密度函数为:,二,.,结构主要荷载与抗力参数的分布,建筑结构设计中遇到的主要基本变量均可借助于统计数学研究,.,目前,常用两种概率模型,:,对于与时间参数无关的永久荷载,一般采用随机变量概率模型,;,对于与时间参数有关的可变荷载,一般采用随机过程概率模型,.,如果同时考虑荷载随时间,空间变异时,则采用多维随机概率模型更为合理,.,(1),荷载,永久荷载,(,恒载,):,在现行荷载规范中对各种恒载规定的标准值为,Gk(,设计尺寸乘以标准重度,),通过对有代表性的恒载的实测数据进行统计假设检验,认为其服从正态分布,简记为,N(1.06Gk,0.074Gk).,民用建筑楼面活荷载,:,一般分为持久性活荷载和临时性活荷载,前者指在设计基准期内经常出现的荷载,后者指短暂出现的活荷载,.,根据统计假设检验,楼面活荷载在任意时点服从极值,型概率分布,并可得出相应的在设计基准期内最大活荷载概率分布,.,风荷载,:,分析表明,在主导风向上,年最大风压也服从极值,型概率分布,.,根据概率理论,也可得出在设计基准期内最大风荷载概率分布,.,(2),结构抗力,由于结构抗力是多个随机变量的函数,如果已知各随机变量的概率分布函数,理论上可通过多维积分求得抗力,R,的概率分布函数,.,但由于目前在数学上有很大困难,在实际工程中,一般将结构构件抗力作为一个综合基本变量来考虑,并根据概率论原理,近似认为抗力服从正态分布,.,概率分布的特征值,在工程应用中,通常要求变量的数值不大于或不小于某一数值.这个数值称为特征值,相应的概率值在工程中称为保证率.特征值可用数理统计方法计算出来,其公式为:,3.4 概率极限状态设计法,1.,结构可靠度,可靠性的定量描述就是可靠度,.,结构可靠度可定义为,:,结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,.,建筑结构设计统一标准,中规定的结构设计所采用的方法为概率极限状态设计法,。

概率极限状态设计法又称为基于概率的极限状态设计法,是按结构达到不同的极限状态的要求进行设计,计算中应用了概率的方法,,令Z=R-S,则亦为正态分布的随机变量,其概率密度分布曲线如图,从图中可见,Z=R-S0的事件出现的概率称为失效概率,失效概率的计算复杂,通常采用另一种比较简单的方法.有上图可见,阴影部分的面积与z,z的大小有关;增大 z,曲线右移,阴影部分面积将减少;减小 z,曲线变高变窄,阴影面积亦将减少;,由结构构件的实际破坏情况可知,破坏状态有延性破坏和脆性破坏之分.,为了使结构设计安全可靠,经济合理,应对不同情况下的目标可靠度指标值作出规定.使结构在按承载能力极限状态设计时,其完成预定功能的概率不低于某一允许水平.,结构构件发生延性破坏前有预兆可察,可及时采取补救措施,故目标可靠指标可定得稍低些.反之,结构发生脆性破坏时,破坏常常突然发生,比较危险,目标可靠度指标就会定得高一些.,01,02,03,2.结构目标可靠度指标,建筑结构设计统一标准根据结构的安全等级和破坏类型,规定了按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标值.,1,实用设计表达式中采用各种的分项系数,则是根据基本变量的统计特征,以结构可靠度的概率分析为基础经优选确定的,他们间接地反映了值的大小.,3.实用设计表达式,进行承载能力极限状态设计时,应考虑作用(荷载)效应的基本组合,必要时尚应考虑作用效应的偶然组合,采用下列设计表达式:,一.承载能力极限状态设计表达式,2,R=R(fe,fs,ak,),fe,fs-混凝土,钢筋强度设计值;,ak-几何参数(构件尺寸,钢筋截面面积等)的标准值.,设计使用年限是指设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的年限.,(1-3),作用(荷载)效应的基本组合,对于基本组合,荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定:,由可变荷载效应控制的组合,(1-2),(1-2),正常使用极限状态设计表达式,(1-2),裂缝控制验算,(1-2),(3)受弯构件挠度验算,四.材料强度代表值,LOGO,(1-4),荷载的代表值,容许应力设计法,破损阶段设计方法,极限状态设计法,概率极限状态设计法,3.5 混凝土结构设计方法的演变,谢谢！,。