结构按极限状态法设计计算的原则.ppt

第二章结构按极限状态法设计计算的原则
Ultimate-stateDesignPrinciplesofStructures结构设计方法:◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；
◎结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；
◎没有考虑结构功能的多样性要求；
◎安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。按近似概率的极限状态设计法:结构可靠度设计法：把影响结构可靠性的各种因素视为随机变量，以大量现场实测资料和试验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各变量的统计规律，确定结构的失效概率（或可靠度）来度量结构的可靠性。把可靠度设计方法运用于结构的极限状态，称为概率极限状态设计法，按精确度不同分为三个水准：结构的功能：◆适用性
结构在正常使用条件下，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。
◆耐久性
结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命，不出现过大的裂缝宽度，导致混凝土内部钢筋的锈蚀。可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称，可靠性的数量指标即可靠度。
可靠度：结构在规定的时间内（设计基准期），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。
■结构可靠性越高，建设造价投资越大。
设计基准期：进行结构分析时，考虑持久状况时各项基本变量（荷载、地基沉降等）与时间关系的时间参数。
结构的设计基准期不能等同于结构的使用寿命。2.1.2结构可靠度与极限状态
结构在使用期间的工作情况称为结构的工作状态。结构能满足各项功能要求而良好的工作，称为结构“可靠”，反之称为“失效”。
极限状态：当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。1、承载力能力极限状态
定义：结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形或变位的状态。
（1）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因塑性变形过大而不能继续承载。
（2）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）
（3）结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）
（4）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）2、正常使用极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。
（1）影响正常使用或外观的过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；
（2）过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；
（3）过大的振动（不舒适）；
（4）影响正常使用的其他特定状态。3、“破坏——安全”极限状态
当偶然事件发生时，要求结构仍保持完整无损是不现实的，也是没有必要和不经济的，只能要求结构不致因此造成更严重的损失。结构的功能函数表示：

对应的：
Z=R-S>0时，结构处于可靠状态；
Z=R-S=0时，结构处于极限状态；
Z=R-S<0时，结构处于失效（破坏）状态。任何结构均存在着对立的两个方面：作用效应和结构抗力效应。
作用：使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因。分为直接作用和间接作用。
直接作用：指施加在结构上的集中力或均布荷载，如：结构自重、汽车荷载、人群荷载等。
间接作用：指引起结构内力、变形等的外加变形和约束变形；如地震、基础不均匀沉降等。
结构抗力：指结构构件承受内力和变形的能力。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。
当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。该失效概率限值称为容许失效概率[Pf]。结构功能函数Z=R-S2.1.4可靠指标的两个常用公式2.1.5目标可靠指标2.2我国公路桥涵设计规范（JTGD62—2004）的计算原则2.2.2承载能力极限状态计算表达式2.2.3正常使用极限状态计算表达式：
公路桥涵正常使用极限状态是指桥涵及其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。
1、持久状态设计：
以结构弹性或弹塑性理论为基础，采用荷载的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过《公路桥规》的限值。简支梁的各种极限状态表达式2.3材料强度的取值2.4.1公路桥涵结构上的作用分类
按作用时间的长短和性质，作用分为三类：
1.永久荷载在结构设计使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。
2.可变荷载在结构设计基准期内其量值随时间而变化，且其变