第2章结构按极限状态法设计原则

1、结构按极限状态法设计原则第二章结构设计计算方法的演变过程：1.容许应力法u以弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。u计算在标准荷载作用下，构件任意一点的应力不大于规定的容许应力。u容许应力由材料的强度除以安全系数得到。2.破坏阶段计算法u计算结构构件的承载力时，充分考虑了材料的塑性性能。u按材料标准极限强度计算的承载能力必须大于最大荷载产生的内力。u计算的最大荷载由规定的标准荷载乘以单一的安全系数而得到。3.极限状态法u规定了结构的极限状态。u安全系数分为：荷载系数、材料系数、工作条件系数u部分荷载系数和材料系数基本上根据统计资料用概率来确定的。4、概率极限状态设计法u把影响结构可靠性的各种因素

2、均视为随机变量，以大量的现场实测资料和实验数据为基础，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来表示结构的可靠性。u以可靠度理论为基础。2.1 2.1 概率极限状态法设计的基本概念概率极限状态法设计的基本概念1.结构的可靠性安全性适用性耐久性数量描述2.可靠度设计基准期正常设计正常施工正常使用结构在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率。3.作用、作用效应及分类（1）定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。（2）一般分类：直接作用：施加在结构上的集中力或分布力。间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。（3）桥规分类：永久

3、作用、可变作用、偶然作用（4）作用效应：作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。（5）结构的抗力：结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。4.结构的极限状态（1）承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。l整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）；l结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；l结构转变成机动体系；l结构或构件丧失稳定；（2）正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值的状态。l影响正常使用或外观的变形；l影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂缝宽度）

4、l影响正常使用的振动；l影响正常使用的其它特定状态。（3）破坏-安全极限状态 又称为条件极限状态，超过这种极限状态而导致的破坏，允许结构发生局部的破坏，而对以发生局部破坏的结构的其它部分，应当具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。2.1.3结构的失效概率与可靠度指标影响工程结构可靠度的两个综合变量：综合作用效应s综合抗力r结构的功能函数z=r-s对功能函数作一次观测，可能出现以下三种情况（如图）：z=r-s0，结构处于可靠状态z=r-s0，结构已失效或破坏z=r-s=0，结构处于极限状态sr1r2z1z2rs1r1 失效结构的极限状态方程为：z=g（r,s）=r-s=0r和s都服从正态

5、分布，则z也符合正态分布，z的概率密度为：)()(21exp21)(2zmzzfzzzz其分布如图所示： fz(z)z mz则结构的失效概率为：)(21exp21)(21exp21)()0(-2020zzmzzzzfmdttdzmzdzzfzppzz fz(z)z zz0可靠prpf可靠度指标：22srsrzzmmm -2.1.5目标可靠度定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠度。确定方法：校准法。即根据各基本变量的统计参数和概率分布模型，运用可靠度的计算方法，揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠指标的依据。公路桥梁结构构件的可靠指标（两种极限状态）4.24.75.2脆性破坏3.74.

6、24.7塑性破坏三级二级一级安全等级破坏类型2.2我国公路桥涵设计规范（jtg d62-2004）的计算原则2.2.1设计状况设计状况持久状况短暂状况偶然状况验算承载能力极限状态和正常使用极限状态一般只验算承载能力极限状态验算承载能力极限状态，视需要验算正常使用极限状态2.2.2承载能力极限状态计算表达式安全等级：安全等级一级二级三级破坏后果很严重严重不严重桥涵类型特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞结构重要性系数01.11.00.9表达式：),(dddafrrrs=02.2.3持久状况正常使用极限状态计算表达式以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用的短期效应组合、长期效应组合或

7、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。1cs 按照公路桥涵的受力特点，还要求对钢筋混凝土及预应力混凝土受力构件按短暂状况设计时计算其在制作、运输及安装等施工阶段由自重、施工荷载产生的应力，并不超过规定的限值；按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段的应力，并不超过限值，按照弹性理论计算。2cs 2.3材料强度的取值2.3.1材料强度标准的取值原则1）材料强度的标准值).(fmkff6450-1=2）材料强度的设计值mkdff/=混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度取1.45热轧钢筋和精轧螺纹钢筋取1.2高强钢丝钢绞线取1.452.3.2混凝土强度标准

8、值和设计值 1.标准尺寸：150mm150mm150mm 2.养护条件：20 2，湿度95%；28d 3.加荷方法：加荷速度0.150.25mpa/s， 垫板不涂油或垫橡胶板。 4.强度保证率：95% ，f = -1.645 立方体抗压强度标准值kcuf.ckc1c2cu,k0.88ff 混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数脆性影响系数 棱柱体强度与立方体强度之比值fckfcu,kh b1.00.5012345bbh轴心抗压强度标准值 ckf c1 和 c2 值0.870.8870.9030.9190.9350.9510.9680.9844.00 c20.820.810.800.790.780

9、.770.760.760.76 c1c80c75c70c65c60c55c50c45c40混凝土强度等级4500.55kcu,2tk645113480.c).(f.f 轴心抗拉强度标准值tkf2.3.3钢筋的强度和标准值抗拉强度标准值fsk:有明显流幅的钢筋，采用国家标准中规定的屈服强度标准值。对钢绞线、预应力钢丝等无明显流幅的钢筋，取0.85b作为设计取用的条件屈服强度。抗压强度标准值计算，或按pppdsssdefef但不得大于相应钢筋抗拉强度设计值。2.4作用、作用代表值和作用效应组合2.4.1公路桥涵结构上的作用分类按其随时间的变异性和出现的可能性分为：永久作用、可变作用、偶然作用。2.4.2作用的代表值作用的标准值