工程结构设计原理讲稿第三讲

结构设计原理第三讲第三讲：计算原则（1）

上一讲的主要内容1、混凝土结构组成及工作原理：由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。发挥材料优势（混凝土的压、钢筋的拉），取长补短。是一种复合材料构件，工作过程相对复杂。2、钢结构组成及工作原理：单一材料构件，材料理想，工作原理简单。3、砌体结构组成及工作原理：用砂浆等胶结材料把砖、石或砌块等砌筑成一体的结构。是一种复合材料构件，工作过程相对复杂。第三讲：结构基本计算原则（1/28）一、结构上的作用二、结构的抗力三、结构的功能和极限状态四、设计的基本原则五、基于近似概率法的设计表达式六、本章要点第三讲：计算原则（2/28）

一、结构上的作用（1/5）1、作用及作用效应(1)作用引起结构内力和变形的一切原因。直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构，也称为荷载；间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生内力。(2)作用效应作用在结构上产生的内力和变形等。

由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。第三讲：计算原则（3/28）

一、结构上的作用（2/5）2、作用的分类(1)按照随时间的变异性分类

永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略；可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略；偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大。(2)按照随位置的变异性分类固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布；可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。(3)按照结构的反应分类：静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略。第三讲：计算原则（4/28）

一、结构上的作用（3/5）3、荷载的随机性与概率模式(1)永久荷载性质：其量值是不确定的，其量值不随时间变化数学描述：随机变量概率模式，基本服从正态分布(2)可变荷载性质：其量值是不确定的，其量值也随时间变化数学描述：把随机过程模式简化成随机变量模式简化方法：分析荷载最大值分布规律，是一随机变量分布规律：极值I型概率分布模式第三讲：计算原则（5/28）

一、结构上的作用（4/5）4荷载的代表值(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，便于设计时，定量描述和运算。(2)取值原则：根据荷载概率分布特征,控制保证率。第三讲：计算原则（6/28）

一、结构上的作用（5/5）(2)代表值取值永久荷载的代表值

标准值：取分布的平均值，保证率50%；

可变荷载的代表值标准值：基本代表值，保证率尚未统一；准永久值：对可变荷载稳定性的描述，等于标准值乘准永久值系数；

组合值：两种或（以上）可变荷载作用时，都以标准值出现的概率小，因此对标准值乘以组合系数进行折减。第三讲：计算原则（1）

下一讲的主要内容1、抗力的不定因素及取值2、结构的功能3、极限状态结构设计原理第四讲主讲教师：曹双寅舒赣平东南大学远程教育第四讲：计算原则（2）

上一讲的主要内容1、作用及作用效应作用：引起结构内力和变形的一切原因。作用效应：作用在结构上产生的内力和变形等。2、作用的分类按时间分：永久作用；可变作用；偶然作用。按位置分：固定作用、可动作用。按反应分：静态作用、动态作用：3、荷载的随机性及代表值目的：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量；种类：标准值、准永久值、

组合值。第四讲：计算原则（7/28）

二、结构的抗力（1/2）1、抗力及其不定因素抗力：抵抗作用效应的能力性质：与时间有关的随机过程

材料的性能，结构尺寸等都是随机变量；

有些材料的力学性能是随时间变化的。简化：忽略随时间的变化，用随机变量模型描述。抗力不定性主要因素：

材料性能的不定性

几参数的不定性

计算模式的不定性第四讲：计算原则（8/28）

二、结构的抗力（2/2）2、材料强度的标准值(1)实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。(2)标准值取值：根据材料强度概率分布的0.05分位值，即95%保证率的要求确定。3、抗力的概率分布模式(假设)对数正态分布第四讲：计算原则（9/28）

三、结构功能和极限状态（1/2）1、结构的功能（1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性，不至于因局部损坏而产生连续破坏。（2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。（3）耐久性要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制等。第四讲：计算原则（10/28）

三、结构功能和极限状态（2/2）2、极限状态(1)定义：极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态。(2)分类：承载能力极限状态是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。正常使用极限状态：是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。第四讲：计算原则（2）

下一讲的主要内容1、功能函数与极限状态方程2、结构可靠度的概念结构设计原理第五讲主讲教师：曹双寅舒赣平东南大学远程教育第五讲：计算原则（3）

上一讲的主要内容1、抗力及其不定因素及材料强度的标准值标准值的实质：以确定值表达不确定值，便于应用。标准值取值：具有95%保证率的强度值。2、结构的功能安全性、适用性和耐久性3、极限状态目的：判别结构是否能够满足功能要求；分类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。第五讲：计算原则（11/28）

四、设计计算原则（1/11）1、功能函数与极限状态方程(1)功能函数Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)(2)结果分析Z=R-S>0：处于可靠状态；Z=R-S<0：处于不可靠状态，即失效；Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态方程2、结构的可靠性(1)关于结构设计本质：对比、控制R和S，即保证R-S>0问题：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变量绝对保证R大于S不可能！第五段讲：计算通原则伸（1黄2/滩28逆）四、老设计监计算窗原则袖（2罚/1博1）解决夹方法须：控效制可育靠度雾，绝象大多错数情馋况下师：丑R待>S允许距极少公数情浅况下留：R填<S(2圆)结扭构可棒靠度娃和失才效概帆率可靠胁度(息可靠捡概率笋)：伸是结瞎构在搏规定贡的时益间内眨，在锹规定科的条件抵下，婶完成做预定凯功能余的概拔率，愧以Ps表示足。失效鹅概率沉：结作构不是能完汽成预要定功吴能的疯概率制，以决Pf表示伍。第五朗讲：计算循原则第（1疲3/阁28倚）四、迷设计专计算时原则本（3你/1名1）(3好)可桨靠度仪三个阻水准水准怕I：汽是用懒随机蒜变量属的一刑阶矩肆（平穿均值锤）加吼以概玩括;水准拆II溪：用晌随机双变量严的一舌阶矩驱和二新阶矩输来描枣述;水准挑II鸭I：共也称少为全旺概率车法，敌是以完真实雷分布剑进行坛计算读。第五百讲：计算锤原则毯（3侦）下一轮讲的专主要赴内容1、雀可靠送性的乒计算最及可阵靠指有标结构帝设计看原理第瞒六浇讲主讲走教师肺：败曹双借寅兵舒赣修平东南亚大学蜻远程穿教育第六喝讲：欢计算长原则起（4封）上一年讲的开主要眼内容1、策功能宋函数印和极馒限状到态方番程Z=执R-哗S2、隙结构鼠可靠音性概品念功能绝函数谨值Z距可能贯<0萄（失锐效）狂、也侮可能乖>0句（可富靠）锈。因此滥要用亦概率牺控制适。3、羞可靠图概率梯和失菜效概汁率4、芬可靠盗度的色水准畏：I雁、I跌I、际II夏I第六彻讲：计算衰原则和（1剥4/本28省）四、糠设计须计算樱原则嚷（4豆/1耐1）3、音可靠姜度的蔽计算界方法诵及可膏靠指嚷标(1铜)可胃靠指采标简单消分析化：假觉设只和有两肾个随范机变酱量R裕和S提，怕相互买独立干，均服德从正胖态分卧布，嘉已知抱平均漫值和兄均方意差。功能戏函数皂Z:第六俱讲：计算谅原则椒（1耍5/梯28辞）四、段设计陈计算杏原则续（5绕/1港1叶）计算上结构讲失效均概率进行私数学内变换腔得（哪把Z亲由正守态分滩布变检换成衔标准膨正态说分布拒）定膜义可靠夜度指缝标：则：第六芬讲：计算攀原则莲（1勤6/围28卡）四、炎设计敏计算叶原则季（6柱/扫11掏）分析面：可慕靠指辩标与铺可靠壮度（肿失效再概率斜）相颈关，父可靠瓦指标越大缴，结构划越可项靠；可靠槐指标越小桌，结脾构越参不可矛靠。优点谨：用邻统计表特征掩值来锤反映能可靠茂度，引不直买接用抛概率描。可靠蛛度指妹标取受值确定骆方法维：校测核法起、类祸比法震协商眠给定宽法取弦值：示与安坝全等轻级、晒截面气破坏触形态程、极纤限状刑态有渴关：安全密等级千越高芒，可待靠指矮标越冻大（绣0.唐5）海；脆性件破坏旗高于养延性补破坏抚（0夫.5购）；承载吸力极嘱限状械态高折于正蚕常使顶用极狐限状兽态。第六诱讲：计算财原则坦（4的）下一弟讲的地主要彩内容1、罪可靠马指标楚的计没算方保法-柿中心钟点法结构租设计迫原理第丈七钟讲主讲勿教师疫：停曹双罢寅彻舒赣电平东南朋大学拖远程缸教育第七截讲：宴计算闪原则铁（5浩）上一池讲的烦主要便内容1、分可靠垦概率局和失裹效概慌率的然计算用数醋学方弦法可滤以计进算但捧计算矩工作淋量大躬。2、耕可靠表指标杀的定陶义及瓜计算取值钻：安全狐等级此、截笛面破怀坏形舒态、汗极限督状态惨有关第七诊讲：计算粥原则别（1绞7/恳28色）四、晕设计店计算立原则臂（7舅/1磨1）(2毙)计宪算方辅法之华一：杀中心头点法假设杨：Z甲中所爽有随兼机量衡是相杨互独呜立的远，均小服从摄正态育分布将Z灿在平枕均值届处按雹泰勒贵级数雁展开翅，忽局略二允次以循上项确定对Z的选特征灵值求可鸦靠指堡标适用费条件孔：基守本变拼量的泽正态矮分布报；功孙能函蹦数是冰线性绑的。特点发：直井接用沾特征半值；金概念扶清楚主，应饱用简县便；甜误差胶较大归。第七腐讲：计算技原则及（1舅8/束28盘）四、户设计养计算到原则迎（8剑/1胳1）例题朵：某伴轴心枝受压登短柱寄，按匀中心鸣点法蛋求构录件可帜靠指逼标已砍知：抗压撞承载辞力：低恒载尸产生孤的压惯力：活载袋产生详的轴偿向压捐力：建立水功能抄函数根:求Z灶的特却征值纺：求可论靠指描标第七邀讲：计算叮原则见（1药9/羡28葛）四、触设计督计算役原则桐（9枯/1蜓1）例题芹：上土题中珍，要受求可骄靠指为标3自.7森，在扭其它贝条件酸不变恒的条袍件下娃,用述中心叮点法庸求该蛛柱应纷具有盆的承驼载能鞭力平堡均值分。建立狡功能制函数求Z撇的特祥征值求可渔靠指辰标承载症能力万平均抓值第七跨讲：计算燥原则镜（4崇）下一掠讲的舅主要阻内容1、铸可靠钳指标吹的计伏算方顶法-环验算血点法结构欺设计凑原理第白八朽讲主讲林教师次：拐曹双的寅食舒赣津平东南旺大学放远程扯教育第八届讲：舍计算遭原则协（6崇）上一致讲的具主要漫内容1、盈中心狼点法盼的原臭理假设基本谁变量烈均符坡合正规态分枣布，念功能枣函数倚是线购性方押程；利用晚按泰超勒级蹦数展骄开（悬忽略躺二次跟及以诉上项颈）经数软学推县导，亩可靠断指标铅可以沸直接陶用平烫均值昼和均即方差虚表示桨；2、印中心烂点法火的特炭点直接模用变亲量的班特征爪值计吴算；概念皱清楚免，应维用简稿便；计算钩结果挠误差告较大阵。第八荣讲：计算戴原则其（2葱0/删28桃）四、膨设计络计算矿原则赏（1断0/竭11藏）(3冈)计镇算方挽法之丙二：辅验简算点嗓法介阳绍中心暴点法印的缺轻陷：狼非正驱态分湿布？行非线楼形方灶程？筋误差局！处理抓办法靠：对缠中心牧点法上进行泪了改移进简单响分析：仅盼考虑拘两个蜡相互些独立秆的正保态分创布变秩量R坐和S极限茎状态脆方程框为：标准惠化变浅换，背令以窗和态表述孕的极狠限状呢态第八谣讲：计算逝原则般（2葛1/骆28汁）四、蔑设计叔计算慈原则忽（1有1/拢11闷）即：可靠归指标传的实绿质：穷标准薄正态吓坐标沉系中吉原点拾到极艘限状镰态方携程直野线的雪最短剃距离饺。验货算点掀定义最：P纽奉点非正伍态变省量的腾当量卖正态寒化原驶则在验社算点仿处，艺当量童前后敏分布异函数值刷相等捞；当省量前碗后概留率密漫度函数婚值相召等。第八睛讲：计算寺原则骗（6坚）下一就讲的掀主要继内容1、激近似身概率断的设杏计表歼达式结构筝设计堵原理第杠九布讲主讲份教师吧：念曹双阿寅平舒赣阳平东南奴大学肃远程受教育第九立讲：闹计算充原则悲（7训）上一翅讲的绑主要创内容1、监验算分点法宋的原计理是对塑中心童点法电的修资正：对非块正态驻变量届等效完正态幼化；通过共数学担变化纽奉寻找珠验算荐点；2、葱验算盏点法猫的特国点计算璃结果碑比较醒准确使；计算污复杂节，与店随机箭变量偷的分聪布有收关；当随苍机变野量为扁正态迷分布旗，功自能函侵数是方线形锋方程舅时，惹计算结果垮和中终心点折法相合同。第九伟讲：计算乒原则锯（2鞭2/混28态）五、己近似重概率奖法设维计表踪蝶达式禁(1挖/6锤)1、蹲一般劈燕方法(1为)结够构可唱靠性士设计传需要臂解决瓣的问石题：理论闯模式泥问题农：失陈效标知准、新概率张模式侍和计历算方控法等磁。社会暖认同祖问题击：设渐计可糟靠指毒标的帽取值臣能否球被社船会接戏受。应用堵方法逐问题拍：所馅采用壶的设则计表岸达式谋的形傻式问矮题。(2付)安榆全系摔数法趁简单凳示例舌：设Z汉只有译两个膨独立玻的正蛙态变王量R帮和S养，根脾据定屈义得：第九样讲：计算品原则垃（2抄3/给28括）五、异近似趁概率百法设当计表华达式秘(2扩/6欣)即解得踩：定义弓安全佛系数问：则：安全纪系数评法设侦计表璃达式叶：第九俭讲：计算紧原则译（2明4/悄28偏）五、悬近似阵概率废法设例计表柿达式榨(3享/6两)(3滤)分降项系裁数法析简单监示例当功翼能函轨数有鸦两个爪随机尘变量债R和唇S时整理吊可得愁：以标距准值见代入苍整理割得：当功优能函孟数有针三个欧随机疼变量赴R和习SG和SQ时整理帽可得以标肝准值衫代入宋:分项较系数唯法设纯计表顿达式第九棚讲：计算越原则尿（7脱）下一佳讲的估主要挠内容1、您现行幅设计勒表达万式结构孩设计目原理第象十凭讲主讲线教师鄙：杰曹双毛寅诉舒赣古平东南锁大学袍远程何教育第十梦讲：祥计算表原则弹（8率）上一井讲的村主要驰内容1、吹安全夏系数烈法经过粒变化化设计幻玉表达锣式可舱以表雅示成贪：安全恢系数号K与嗽可靠林指标吃和随晌机变类量的病数字欠特征啦有关2、觉分项峡系数跳法经过晴变化荡设计耀表达佣式可仅以表面示成突：分项蛾系数草法与斥可靠陆指标拜和随脂机变借量的桥数字祥特征乐有关挺。第十遍讲：计算火原则运（2英5/遗28炸）五、狐近似汉概率唤法设喉计表概达式衬(4雪/6痛)2、乐我国斧现行若规范旦采用脏的基狼本设佛计表误达式(1送)承旧载能驾力极蚕限状划态设辉计表敢达式组合袋情况圾：基本胳组合创：永刃久荷雄载和针最大好的可榜变荷恒载以币标准鸦值作攀为代表搭值，井其它乘可变姓荷载适以组丽合值管为代雾表值凯。偶然笋组合基本彻组合很承载休能力诊设计减采用殿下列痒设计涨表达恋式：第十纵讲：计算场原则还（2惰6/自28束）五、趴近似讽概率搜法设栗计表蒸达式航(5黑/6蓄)(2房诚)正维常使宗用极郑限状林态设榆计表长达式组合兵情况箩：短期鲜效应眠组合长期裤效应