高等钢筋溷凝土结构-11结构设计方法ppt课件

1、第十一章第十一章 构造设计方法构造设计方法构造设计就是实现可靠性与构造设计就是实现可靠性与经济性的最正确平衡经济性的最正确平衡SafetyServiceabilityDurabilityRobustness 混凝土构造构件设计计算方法混凝土构造构件设计计算方法(calculation method for (calculation method for design)design) 容容 许许 应应 力力 法：最早的计算实际，沿用弹性实际假设。法：最早的计算实际，沿用弹性实际假设。 破破 坏坏 阶阶 段段 法：与允许应力法的主要区别是在思索资料塑性性能法：与允许应力法的主要区别是在思索资料塑性

2、性能 极极 限限 状状 态态 设设 计计 法：明确规定构造按三种极限形状进展设计，是工程法：明确规定构造按三种极限形状进展设计，是工程 概率极限形状设计法：在极限形状设计法的根底上思索构造的可靠概率极限形状设计法：在极限形状设计法的根底上思索构造的可靠的根底上，按破坏阶段计算构件截面的承载才干。的根底上，按破坏阶段计算构件截面的承载才干。构造设计实际的艰苦开展。构造设计实际的艰苦开展。水准水准 半概率法半概率法水准水准 近似概率法近似概率法水准水准 全概率法全概率法概率，按开展阶段，该法可分为三个水准。概率，按开展阶段，该法可分为三个水准。 安安全全系系数数材材料料强强度度cccckfssss

3、kf钢筋混凝土构件：钢筋混凝土构件：混凝土应力混凝土应力钢筋应力钢筋应力式中：式中： 分别为平安系数分别为平安系数sckk 、允许应力法允许应力法允许应力法允许应力法构件在外界作用下，某截面的最大应力构件在外界作用下，某截面的最大应力 到达或超越资料的允许应力时，构件即失效破坏，到达或超越资料的允许应力时，构件即失效破坏，即要满足：即要满足：特点特点 1 1、平安系数、平安系数K K是个大于是个大于1 1的数字的数字 K K越大，构造的平安度就越高，同时资料的用量就越多越大，构造的平安度就越高，同时资料的用量就越多 2 2、没有思索构造功能的多样性要求、没有思索构造功能的多样性要求 对于构造一

4、方面要思索承载才干，另一方面也许思索其对于构造一方面要思索承载才干，另一方面也许思索其正常运用时裂痕、变形。正常运用时裂痕、变形。 3 3、平安系数确实定主要凭仗经，缺乏严厉科学根据。、平安系数确实定主要凭仗经，缺乏严厉科学根据。 破损阶段设计法20世纪30年代uMkkMMuM破损阶段设计法：构件在外界作用下，某截面的内力到达某破损阶段设计法：构件在外界作用下，某截面的内力到达某极限内力时，构件即失效破坏，以受弯构件为例，其计极限内力时，构件即失效破坏，以受弯构件为例，其计算表达式为：算表达式为：式中：式中： 为截面中内力，为截面中内力， 为截面所能接受的极限弯矩为截面所能接受的极限弯矩 为平

5、安系数为平安系数 特点特点 1 1、思索了资料塑性和强度的充分发扬，极限荷载可以直接、思索了资料塑性和强度的充分发扬，极限荷载可以直接由实验验证，构件的总平安度较为明确由实验验证，构件的总平安度较为明确 2 2、平安系数确实定依赖阅历，且是一个定值、平安系数确实定依赖阅历，且是一个定值 3 3、没有思索构造功能的多样性要求、没有思索构造功能的多样性要求 由于采用了极限平衡的实际，对荷载作用下构造的由于采用了极限平衡的实际，对荷载作用下构造的应力分布及位移变化，无法做出适当的估计。应力分布及位移变化，无法做出适当的估计。多系数极限形状设计法多系数极限形状设计法 1 1、构件的极限形状，不仅包括承

6、载力的极限形状，而且包括、构件的极限形状，不仅包括承载力的极限形状，而且包括挠度变形及裂痕宽度的极限形状，这曾经包含了平安挠度变形及裂痕宽度的极限形状，这曾经包含了平安性和适用性的一些概念性和适用性的一些概念 2 2、对于承载才干极限形状，针对荷载、资料的不同变异性，、对于承载才干极限形状，针对荷载、资料的不同变异性，不再采用单一系数，即多系数法。不再采用单一系数，即多系数法。 承载才干极限多系数形状表达式：承载才干极限多系数形状表达式：),a ,fk ,fk(mM)qn(Mccssuikiikqcsk ,kin式中：式中： 为规范荷载或效应，为规范荷载或效应， 为相应的超载系数，为相应的超载

7、系数， 为为钢筋及混凝土的强度，钢筋及混凝土的强度， 为相应的均质系数，为相应的均质系数， 为任务条为任务条件系数，件系数， 为截面几何特性为截面几何特性amcsf ,fl 资料强度，根据统计后按照一定的保证率，取其下限分位值资料强度，根据统计后按照一定的保证率，取其下限分位值 l 荷载值也尽能够根据各种荷载的统计资料，按照一定的保证荷载值也尽能够根据各种荷载的统计资料，按照一定的保证率，取其下限分位值率，取其下限分位值 l 资料强度系数、荷载系数仍按阅历确定，对不同的荷载变异资料强度系数、荷载系数仍按阅历确定，对不同的荷载变异大小，取用不同的系数大小，取用不同的系数 ，备注：特点特点 1、平

8、安系数的选取曾经从纯阅历性到了部分采用概率统计值、平安系数的选取曾经从纯阅历性到了部分采用概率统计值 2、设计方法的本质依然是一种半阅历半概率的方法、设计方法的本质依然是一种半阅历半概率的方法 JTJ 021-85采用了多系数、单采用了多系数、单系数表达的极限形状设计法系数表达的极限形状设计法 基于可靠性实际的概率极限形状设计法 20世纪 40年代美国学者A.M.Freadentbal提出了构造可靠性实际，到了6070年代构造可靠性实际有了很大的开展，70年代以来，国际上的构造可靠度实际在土木工程领域逐渐进入了适用阶段。 我国从20世纪70年代中期才开场研讨，但至80年代后期就在建筑构造领域率

9、先进入了适用阶段，先后出版了系列国家规范v(GBJ68-84) v(GB50153-92) v(GB 50158-92) v(GB 50216-94) v(GB/T 50283-1999) 按开展进程，概率设计法划分为三个水准：按开展进程，概率设计法划分为三个水准： 水准水准半概率设计法，只对影响构造可靠度的某些参数，半概率设计法，只对影响构造可靠度的某些参数，用数理统计进展分析，并与阅历相结合，然后引入某些阅历系用数理统计进展分析，并与阅历相结合，然后引入某些阅历系数，该法对构造的可靠度还不能作出定量的估计。数，该法对构造的可靠度还不能作出定量的估计。 水准水准近似概率设计法，运用概率论和数

10、理统计，对工近似概率设计法，运用概率论和数理统计，对工程构造、构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估程构造、构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估计；分析中忽略或简化了变量随时间的关系，非线性极限形计；分析中忽略或简化了变量随时间的关系，非线性极限形状方程线性化。状方程线性化。水准水准全概率设计法，在对整个体系进展准确概率分析全概率设计法，在对整个体系进展准确概率分析的根底上，以构造失效概率作为构造的直接度量。的根底上，以构造失效概率作为构造的直接度量。我国目前的我国目前的 和和 采用的是采用的是近似概率极限形状设计法近似概率极限形状设计法构造可靠度根本概念构造可靠度根本概念构造的

11、功能要求构造的功能要求 构造在规定的设计运用年限内应满足以下功能要求：构造在规定的设计运用年限内应满足以下功能要求：1 1、在正常施工和正常运用时，能接受能够出现的各种作用、在正常施工和正常运用时，能接受能够出现的各种作用2 2、在正常运用时具有良好的任务性能、在正常运用时具有良好的任务性能3 3、在正常维护下具有足够的耐久性、在正常维护下具有足够的耐久性4 4、在设计规定的偶尔事件发生时及发生后，仍能坚持必要的整体、在设计规定的偶尔事件发生时及发生后，仍能坚持必要的整体稳定性稳定性 1 1项、项、4 4项项 构造平安性的要求构造平安性的要求 2 2项项 构造适用性的要求构造适用性的要求 3

12、3项项 构造耐久性的要求构造耐久性的要求 构造在规定的时间设计运用年限内，在规定的条件下正构造在规定的时间设计运用年限内，在规定的条件下正常设计、正常施工、正常运用，完成预定功能的才干常设计、正常施工、正常运用，完成预定功能的才干 构造构造的可靠性，包括构造的平安性、适用性和耐久性的可靠性，包括构造的平安性、适用性和耐久性承载才干极限形状承载才干极限形状- - 构造或构造构件到达最大承载力或不适于继续承载的变形构造或构造构件到达最大承载力或不适于继续承载的变形承载才干极限形状标志承载才干极限形状标志1 1整个构造或构造的一部分作为刚体失去平衡整个构造或构造的一部分作为刚体失去平衡2 2构造构件

13、或衔接因超越资料强度而破坏构造构件或衔接因超越资料强度而破坏( (包括疲劳破坏包括疲劳破坏) )，或，或因过度变形而不适于继续承载因过度变形而不适于继续承载3 3构造转变为机动机构构造转变为机动机构4 4构造或构造构件丧失稳定性构造或构造构件丧失稳定性 (5) (5) 地基丧失承载力而破坏地基丧失承载力而破坏 保证构造或构件的平安性保证构造或构件的平安性正常运用极限形状正常运用极限形状-构造或构造构件到达正常运用或耐久性的某项规定限值构造或构造构件到达正常运用或耐久性的某项规定限值正常运用极限形状标志正常运用极限形状标志1 1影响正常运用或外观的变形影响正常运用或外观的变形2 2影响正常运用或

14、耐久性的部分破坏影响正常运用或耐久性的部分破坏( (包括裂痕包括裂痕) )3 3影响正常运用的振动影响正常运用的振动4 4影响正常运用的其它特定形状例：渗漏、腐蚀、冻害影响正常运用的其它特定形状例：渗漏、腐蚀、冻害等等) ) 保证构造或构件的适用性、耐久性保证构造或构件的适用性、耐久性构造可靠度的根本原理构造可靠度的根本原理 功能函数功能函数 可靠度分析中，构造的极限形状普通用功能函数描画。当有可靠度分析中，构造的极限形状普通用功能函数描画。当有n个随个随机变量机变量(X1,X2,.Xn)影响构造的可靠度时，构造的功能函数可表示为影响构造的可靠度时，构造的功能函数可表示为0 构造可靠构造可靠

15、=0 极限形状极限形状 R2(失效失效) S1R1可靠可靠 设计计算原那么：采用以概率论为根底的极限形状设计法，保证设计构造的失效概率足够小，或可靠概率足够大。构造可靠目的构造可靠目的假设假设RN(RN(R , R , R)R)，S N(S N(S , S , S) S) ，且，且R R、S S 相相互独立互独立 令令ZZ dXedxePXXf22122121121 1 Z=R-S N( Z=R-S N( z , z , z) z) ， z = z = R - R - S S ， 2z= 2z= 2R + 2R + 2S2S Zf Z fP 0 Z Z 失效概率失效概率 dZedZZfZPPZ

16、ZZZf2100210 令ZZZX dxePXZZf22121 令令ZZ dXedxepXXf22122121121 1 Pf 计算复杂，但(由图看出)均值Z向右移，那么Pf 减小，可靠度加大。故称 为可靠目的Reliability Index。 与 Pf 有一一对应的关系 值 2.7 3.2 3.7 4.2 失 效 概 率 Pf 3.5 10-3 6.9 10-4 1.1 10-4 1.3 10-5 ZZ()()fp 构造可靠度分析的适用方法构造可靠度分析的适用方法 中心点法中心点法 ：只适用于根本变量为正态分布、功能函数为线性：只适用于根本变量为正态分布、功能函数为线性的情况的情况中心点法

17、中心点法 根据概率论中心极限定理，当根据概率论中心极限定理，当n，Z 近似服从正态分布近似服从正态分布 = z / z P f =1- ( ) iXniiZaa10 21)(iXniia 验算点法验算点法JCSS建议：建议： 可以思索非正态根本变量、非线性极限形可以思索非正态根本变量、非线性极限形状方程状方程 = z / z P f =1- ( )iiXnXiniiXXXXXggZ1,.,21nXXXZg,.,21niXiZiiXXg12将将Z Z在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项在各变量的均值点处展开成泰勒级数，并取线性项验算点法验算点法以两个正态根本变量以两个正态根本变量R R、

18、S S情况为例情况为例将普通正态分布将普通正态分布N N , , 规范正态分布规范正态分布N N0 0，1 1 坐标变换坐标变换R RRR 第一次变换第一次变换 045 o S o SSS 极限形状方程：极限形状方程： 0SRZ 0SRSRZ RRR RRR RRRR 第二次转换第二次转换 o R SSSS P S o SSS o SSS 极限形状方程：极限形状方程： 0SRSRZ 0SRSRSRZ PO直直线线方方程程SRSR与与极极限限状状态态方方程程的的交交点点 P（R，S） RSRRSRSRRRcos2222 SSRSSRSRSScos2222 22)(SRPO 在标准化空间中，原点在

19、标准化空间中，原点O到极限状态直线的最短距离等于可靠指标到极限状态直线的最短距离等于可靠指标 的几何意义的几何意义 验算点验算点 RRRRRRRcos SSSSSSScos SRP, 迭迭代代法法求求解解，直直到到满满足足极极限限状状态态方方程程0SRZ 22SRPO 构造体系的可靠度构造体系的可靠度 构造构件构造构件(包括衔接的可靠度包括衔接的可靠度 构造体系可靠度构造体系可靠度?一、根本概念一、根本概念1、构造构件的失效性质根据其资料和受力性质不同、构造构件的失效性质根据其资料和受力性质不同 脆性构件脆性构件 -一旦失效立刻完全丧失功能的构件一旦失效立刻完全丧失功能的构件 延性构件延性构件

20、-失效后仍能维持原有功能的构件失效后仍能维持原有功能的构件 构件失效性质的不同，对构造体系可靠度的影响不同构件失效性质的不同，对构造体系可靠度的影响不同2、构造体系的失效模型、构造体系的失效模型 组成构造的方式静定、超静定组成构造的方式静定、超静定 构件失效性质脆性、延性构件失效性质脆性、延性 串联模型、并联模型、串串联模型、并联模型、串-并联模型并联模型1 1串联模型串联模型 假设构造中任一构件失效，那么整个构造也失效，这类假设构造中任一构件失效，那么整个构造也失效，这类构造系统构造系统 串联模型串联模型 一切静定构造的失效分析一切静定构造的失效分析 串联模型串联模型 由脆性构件做成的超静定

21、构造的失效分析由脆性构件做成的超静定构造的失效分析 串联模型串联模型PPPSS桁架杆件桁架杆件 假设构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构假设构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体构造的功能件或失效的延性构件，仍能维持整体构造的功能排架柱排架柱 一切超静定构造的失效分析一切超静定构造的失效分析 并联模型并联模型2 2并联模型并联模型(3)串串并联模型并联模型在延性构件组成的超静定构造中，假设构造的最终失效形在延性构件组成的超静定构造中，假设构造的最终失效形状不限于一种，那么这类构造系统状不限于一种，那么这类构造系统 串串-并联模型并联模型钢构架钢构架截面塑性铰元件截面塑性铰元件15234111555244433212451345234构造体系可靠度的上下界构造体系可靠度的上下界 同一构造中不同构件的失效有一定相关性同一构造中不同构件的失效有一定相关性 各失效形状间存在相关性各失效形状间存在相关性 构造体系可靠度的上、下界构造体系可靠度的