结构设计原理--极限状态设计原则ppt课件

1、1 1、教学目的和要求：、教学目的和要求：1 1掌握构造的功能、极限形状、作用效应、构造抗力、掌握构造的功能、极限形状、作用效应、构造抗力、可靠度等根本概念；可靠度等根本概念；2 2掌握作用荷载、构造抗力的取值；掌握作用荷载、构造抗力的取值；3 3掌握荷载分项系数、可变荷载组合系数、构造重要掌握荷载分项系数、可变荷载组合系数、构造重要性系数、混凝土和钢材的资料分项系数的取值；性系数、混凝土和钢材的资料分项系数的取值；4 4掌握承载才干和正常运用极限形状的适用设计表达掌握承载才干和正常运用极限形状的适用设计表达式。式。2 2、 教学内容：教学内容： 1 1构造可靠度实际和极限形状设计法；构造可靠

2、度实际和极限形状设计法；2 2构造设计内容。构造设计内容。 3 3、教学重点与难点：、教学重点与难点：1 1重点：构造的功能要求、极限形状，混重点：构造的功能要求、极限形状，混凝土构造设计方法，构造上的作用、作用效应凝土构造设计方法，构造上的作用、作用效应和构造的抗力，极限形状适用设计表达式。和构造的抗力，极限形状适用设计表达式。2 2难点：极限形状方程，构造的可靠度、难点：极限形状方程，构造的可靠度、失效概率、可靠度目的和目的可靠度目的。失效概率、可靠度目的和目的可靠度目的。 大纲及要求大纲及要求 CHAPTER2 构造按极限形状法设计计算的原那么构造按极限形状法设计计算的原那么2.1 In

3、troduction to the Limit State Design (概率极限形状设计法的根本概念概率极限形状设计法的根本概念)4Integral stability (整体稳定性整体稳定性)在地震等偶尔事件发生时，构造应能坚持必要的整体稳定性在地震等偶尔事件发生时，构造应能坚持必要的整体稳定性)The above requirements are generally referred to as “reliability of structure.(构造的平安性、适用性、耐久性和构造的平安性、适用性、耐久性和整体稳定性统称为构造的可靠性整体稳定性统称为构造的可靠性)可靠度是可靠性的数量

4、描画：是指构造在规定的时间内，在可靠度是可靠性的数量描画：是指构造在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定的条件下，完成预定功能的概率。设计基准期：构造设计时以及对与时间有关的资料性能取值设计基准期：构造设计时以及对与时间有关的资料性能取值时所采用的时间参数。我国公路桥梁构造设计基准期为时所采用的时间参数。我国公路桥梁构造设计基准期为100年。年。2.1.2 Limit State of Structure (构造的极限形状构造的极限形状)构造能满足各项功能要求而良好的任务，称为构造处于构造能满足各项功能要求而良好的任务，称为构造处于 “reliable state可靠形状可靠

5、形状. 反之那么称构造处于反之那么称构造处于 “failure state失效形状失效形状. 分界形状称为分界形状称为“limit state极限形极限形状状 .当整个构造或构造的一部分超越某一特定形状不能满足某项当整个构造或构造的一部分超越某一特定形状不能满足某项功能要求时，那么称该特定形状为该功能的极限形状功能要求时，那么称该特定形状为该功能的极限形状)；1Limit state of load carrying capacityUltimate limit state(承载才干极限形状承载才干极限形状极限形状极限形状)2Serviceability limit state (正常运用极限

6、形状正常运用极限形状)3破坏破坏-平安极限形状：即条件极限形状平安极限形状：即条件极限形状2.1.3 构造的失效概率与可靠目的构造的失效概率与可靠目的1Action 作用作用2Action Effect 作用效应作用效应S3Structural Resistance 构造抗力构造抗力作用效应和构造抗力的不确定性作用效应和构造抗力的不确定性SRZWhen 0ZSR , structure reliable (构造可靠构造可靠) When 0ZSR , structure failure (构造失效构造失效) When 0ZSR , limit state (极限形状极限形状) 4构造功能函数构造

7、功能函数ZWhere is called the limit state function or performance function. (构造功能函数构造功能函数)Equation is called the limit state equation. (构造的极限形状方程构造的极限形状方程)SRZTo be reliable, a structure has to be designed satisfying SR 实际上，没有绝对可靠的构造，构造设计的目的就是使构造失实际上，没有绝对可靠的构造，构造设计的目的就是使构造失效的概率足够小效的概率足够小. 5 Some Fundament

8、al Concept of Statistics 数理统计根本概念数理统计根本概念1.Probability 概率概率mnP/10 P其中P=1 certain event ,P=0 impossible event 2.Arithmetic Mean 算术平均值算术平均值 nxi(3-4) The arithmetic mean has the property that the algebraic sum of the deviations of each number from the arithmetic mean is 0, thus(i0) ix (3-5) 3. Standard

9、 Deviation and Coefficient of Variation 规规范差和离散系数范差和离散系数变异系数变异系数(1) Standard Deviation 规范差规范差Standard deviation indicates the degree of consistency of the data规范差是衡量随机变量离散程度的特征值规范差是衡量随机变量离散程度的特征值. niixn12)(1niixn12)(11(2) Coefficient of Variation 离散系数离散系数变异系数变异系数In order to compare the degree of con

10、sistency of different groups of data, a coefficient of variation 离散系数离散系数变异变异系数系数is introduced which is defined as is dimensionless and is usually expressed as a percentage无无量纲参数，通常用百分数来表示量纲参数，通常用百分数来表示. 4. Normal Distribution 正态分布正态分布正态分布曲线方程正态分布曲线方程221()( )exp22xmf x正态分布曲线的特征正态分布曲线的特征 构造的效应S及构造的抗力

11、R均符合正态分布，因此构造的功能函数也符合正态分布。如图：图中Z0部分(阴影)面积即为失效概率Pffz(Z)pfzzzZ Pf 计算复杂，但(由图看出)均值mZ向右移Pf 减小，可靠度加大。令Z22ZRSRSmmm 越大， Pf 越小 ，构造越可靠。故称 为可靠度目的。 在确定构造的可靠目的在确定构造的可靠目的 时，应该使构造的时，应该使构造的失效概率降低到人们可以接受的程度，做到既平失效概率降低到人们可以接受的程度，做到既平安可靠又经济合理。安可靠又经济合理。规定规定 ： 的取值与构件的破坏类型及构造的重要性有关。的取值与构件的破坏类型及构造的重要性有关。见表见表2-2 ：目的可靠目的2.2

12、 我国路桥规范的计算原那么我国路桥规范的计算原那么 但是由于统计资料不够完善、设计过程很繁琐。目前采但是由于统计资料不够完善、设计过程很繁琐。目前采用的是近似概率极限形状设计法。用的是近似概率极限形状设计法。 实际上，假设知道作用效应实际上，假设知道作用效应S和构造抗力和构造抗力R的分布函的分布函数和有关的统计特征值，就可以根据目的可靠目的来进数和有关的统计特征值，就可以根据目的可靠目的来进展设计。展设计。2.2.1 三种设计情况三种设计情况 耐久情况、短暂情况、偶尔情况耐久情况、短暂情况、偶尔情况2.2.2 承载才干极限形状计算表达式承载才干极限形状计算表达式0dSR2.2.3 耐久情况正常

13、运用极限形状计算表达式耐久情况正常运用极限形状计算表达式1SC2SC 公路桥涵构造的设计计算，除了进展上述计算外，还按照公路桥涵构造的设计计算，除了进展上述计算外，还按照公路桥梁的构造受力特点和设计习惯，要求构件按短暂情况设计公路桥梁的构造受力特点和设计习惯，要求构件按短暂情况设计来计算由自重、施工荷载产生的应力，并不应超越限值；来计算由自重、施工荷载产生的应力，并不应超越限值； 对于按耐久情况设计预应力混凝土受弯构件，应计算其对于按耐久情况设计预应力混凝土受弯构件，应计算其运用阶段的应力，并不应超越限值。采用的极限形状运用阶段的应力，并不应超越限值。采用的极限形状设计表达式为：设计表达式为：

14、2.3 资料强度的取值资料强度的取值对资料强度的取值采用了规范值和设计值对资料强度的取值采用了规范值和设计值1资料强度的规范值资料强度的规范值 是设计时采用的资料强度的根本代表值是设计时采用的资料强度的根本代表值(1 1.645)kmfff2资料强度的设计值资料强度的设计值/dkmff3混凝土强度规范值和强度设计值混凝土强度规范值和强度设计值4钢筋强度规范值和强度设计值钢筋强度规范值和强度设计值2.4 作用、作用的代表值和作用效应组合作用、作用的代表值和作用效应组合1、公路桥涵构造上的作用分类、公路桥涵构造上的作用分类按时间的变异分布：永久作用、可变作用、偶尔作用按时间的变异分布：永久作用、可

15、变作用、偶尔作用2、作用的代表值、作用的代表值1作用的规范值作用的规范值作用的规范值是构造或构件设计时，采用的各种作用的根本代表值作用的规范值是构造或构件设计时，采用的各种作用的根本代表值其值确实定其值确实定 可根据作用在设计基准期内最大约率分布的某一分值确定可根据作用在设计基准期内最大约率分布的某一分值确定 资料不充分时，根据工程阅历，分析后确定。资料不充分时，根据工程阅历，分析后确定。永久作用：用规范值作为代表值；永久作用：用规范值作为代表值；可变作用：承载才干极限形状设计及按弹性阶段计算构造应力时可变作用：承载才干极限形状设计及按弹性阶段计算构造应力时采用规范值作为代表值采用规范值作为代

16、表值2可变作用频遇值可变作用频遇值指构造上较频繁出现的且量值较大的作用取值。指构造上较频繁出现的且量值较大的作用取值。正常运用极限形状短期效应组合设计时：用频遇值作为正常运用极限形状短期效应组合设计时：用频遇值作为可变作用的代表值。可变作用的代表值。 可变作用频遇值可变作用频遇值=3可变作用准永久值可变作用准永久值 指设计基准期内，可变作用作用的总时间约为设计基准指设计基准期内，可变作用作用的总时间约为设计基准期一半的作用。期一半的作用。正常运用极限形状按长期效应组合设计时：用准永久值作为正常运用极限形状按长期效应组合设计时：用准永久值作为可变作用的代表值。可变作用的代表值。可变作用准永久值可变作用准永久值=1kQ2kQ3、作用效应组合、作用效应组合是指构造上几种作用分别产生的效应的随机叠加。是指构造上几种作用分别产生的效应的随机叠加