结构按极限状态法设计的原则.ppt

1、对RC结构的基本功能要求
结构设计需满足使用上的要求经济上的要求可归纳为：安全性,适用性,耐久性,经济性
（1）安全性：要求结构能承受正常制作期(施工)、正常使用期，可能出现的各种作用，以及在偶然事件发生后，仍然能保持必需的整体稳定性
作用：自重，预加应力，汽车荷载，人群荷载，汽车冲击力等。

（2）适用性：正常使用过程中，具有良好的工作性能，不出现过大的变形和过宽的裂缝
如：刚度要求(变形)，稳定性要求，裂宽要求
（3）耐久性：结构在正常的使用年限内，在正常的维护下具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化现象，不得过早地发生破坏而影响正常使用
（4）经济性：除包括一次投资的建设费用外，尚应含使用后的维修费用和养护加固费用等，即采用最经济的方案实施安全性和使用性。
总之，安全、适用、耐久、经济，适量考虑美观。2、计算理论发展简介
工程结构计算可概括三个要素：(1)荷载；(2)结构的抵抗能力；(3)安全度。结构设计方法即围绕三个问题逐步发展，而日臻完善的。
历经以下几个发展阶段：
（1）容许应力法。始于十九世纪，历经发展，依然有用。
基本内容：
①假定材料为匀弹体
②按材力计算最大应力
③要求σC≤［σc］σS≤［σS］
缺点：
①假定不符实，非匀弹性
②［σC］，［σs］，随意性，无科学依据
③以Ⅱ阶段为截面强度计算基础，未尽潜能，等
（2）破损阶段法(破坏阶段法)
源于20世纪30年代
内容：
①考虑结构的弹塑性
②在实验的基础上，采用第三阶段计算结构的最大承载能力
③要求KM≤Mp
式中：
Mp—截面破坏时的抵抗力，材料取平均强度
K—安全系数(考虑荷载变异，计算误差，材料强度，引入总系数—单一安全系数法)
主要缺点：
①未给使用阶段的功能估算如变形、裂宽
②K值取值笼统
③材强取值不科学，欠全面数理分析
（3）极限状态设计法
20世纪50年代提出，基于概率统计理论
基本内容
①提出极限状态概念
承载力极限状态
∑kiMi≤Mp=Φ(Rg、Rs、S)
正常使用极限状态
f≤［f］δfmax≤［δf］
②采用分离系数：材强，荷载，施工等多系数表达
③材强、荷载取值经数理统计处理，反映接近实际
存在问题
①荷载超常值处理，材强取值精度
②结构整体可靠度不明确

依采用概率的近似程度分三个标准
水准Ⅰ—半概率设计方法
水准Ⅱ—近似概率设计方法
水准Ⅲ—全概率设计法（最优失效概率法）
目前，我国现《公桥规》中采用的是以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法，属近似概率设计法。2.1概率极限状态设计法的基本概念（4）在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。

结构的安全性：第（1）、（4）两项通常是指结构的承载能力和稳定性，关系到人身安全，称为结构的安全性
结构的适用性：第（2）项
结构的耐久性：第（3）项
结构的可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性可靠度：可靠性的数量描述一般用可靠度
安全度：安全性的数量描述则用安全度
结构可靠度：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
“规定时间”是指对结构进行可靠度分析时，结合结构使用期，考虑各种基本变量与时间的关系所取用的基准时间参数，我国桥梁结构的设计基准期100年
“规定的条件”是指结构正常设计、正常施工和正常使用的条件，即不考虑人为过失的影响
“预定功能”是指上面提到的4项基本功能

2.1.2结构可靠度与极限状态
结构的工作状态：结构在使用期间的工作情况。结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构“可靠”。反之则称结构“失效”。结构工作状态是处于可靠还是实效的标志用“极限状态”来衡量
结构的极限状态：若整个结构或结构的一部分一旦超过某一特定状态，就不能再满足某一规定的功能要求时，且此特定状态即称为极限状态
分类
1、承载能力极限状态，对应于结构或构件达到最大承载能力，或达到不适用于继续承载的变形或变位
主要分为以下几种状态：
（1）整个结构或其一部分作为刚体而失衡(如倾覆)
（2）结构构件或其连接因达到其极限强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形，不能继续承载
（3）结构转变为机动体系
（4）结构或构件丧失稳定性(如柱的压屈失稳等)
2、正常使用极限状态：对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。
（1）影响正常使用的外观变形
（2）影响正常使用或耐久性的局部破坏，如过大的裂宽
（3）影响正常使用的振动
（4）影响正常使用的其它特定状态(如，未失去平衡的过大位移等)3、破坏安全极限状态，以偶然事件出现为条件的一种特殊的承载能力极限状态，也称为条件极限状态。意外爆炸、荷载、车辆撞碰、设计、施工、使用错误地未能预计到的沉陷、大风、地震等设计时未能估计到的意外荷