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病：计算份原则（3）上一帮讲的虹主要赚内容1、抗汤力及记其不潜定因言素及艇材料爱强度假的标算准值标准值乌的实质现：以确逝定值表井达不确鱼定值，骑便于应备用。标准贵值取严值：敲具有95插%保证率赖的强度姓值。2、结查构的刃功能安全汤性、辛适用拐性和恨耐久脂性3、极限状勿态目的唱：判剑别结哥构是蹦否能飘够满办足功灭能要端求；分类：嘉承载肾能力极案限状态船和正常且使用极唤限状态雀。第五讲顾：计算摆原则娱（11芹/2截8）四、设股计计算始原则（1/1川1）1、功冈能函卡数与皂极限是状态舍方程(1帝)功能柔函数Z=R渣-S=就g(X1,X2,X3….Xn)(2)结果分轰析Z=碧R-笋S>脏0：处于可太靠状态吩；Z=供R-会S<善0：处于戚不可纹靠状师态，概即失倒效；Z=欺R-展S=句0：处于茂极限诉状态惕，此益方程忌称极锅限状绞态方悬程2、结炕构的柜可靠悔性(1)关于托结构挂设计本质锁：对吉比、滋控制R和S，即保旬证R-S塑>0问题愧：R和S为随君机变固量，毯功能必函数胆值Z是随机康变量绝对保年证R大于S不可能粮！第五讲甚：计算惊原则猜（12/遭28）四、或设计火计算不原则树（2/1创1）解决怖方法能：控斧制可捷靠度蹈，绝渗大多歪数情微况下支：R>S允许极承少数情布况下：R<通S(2)结构可配靠度和梳失效概揭率可靠遇度(可靠帜概率)：是结宗构在规能定的时院间内，做在规定每的条件属下，你完成丙预定倡功能信的概朴率，赛以Ps表示察。失效概出率：结奏构不能绳完成预喝定功能晃的概率帽，以Pf表示。第五讲万：计算原菠则（13根/2镇8）四、贼设计贺计算产原则欠（3/1闻1）(3站)可靠倦度三弯个水纸准水准I：是用随南机变量月的一阶嗽矩（平末均值）王加以概仓括;水准II：用随千机变观量的眉一阶舅矩和档二阶桑矩来范描述;水准III：也称做为全富概率年法，脾是以推真实旬分布绘进行臂计算陆。第五讲惹：计算按原则祝（3）下一刺讲的炼主要场内容1、可靠臣性的计盈算及可纹靠指标结构如设计拥原理第栽六斤讲主讲教插师：余曹双寅乘舒赣平东南汗大学机远程组教育第六皆讲：刺计算稍原则臭（4）上一舌讲的耕主要步内容1、功脸能函错数和究极限障状态锦方程Z=R竟-S2、结构愧可靠可性概鼠念功能函企数值Z可能<0（失效进）、也点可能>0（可靠秃）。因此要裳用概率秧控制。3、可矿靠概术率和将失效沉概率4、可予靠度组的水奋准：I、II、II缓I第六血讲：计算原鹅则（14/响28）四、设将计计算墙原则（4/1爱1）3、可靠乒度的计器算方法旷及可靠股指标(1距)可靠指隶标简单分锤析：假晨设只有捧两个随梁机变量R和S，相互芬独立近，均服降从正默态分抚布，殖已知佩平均脾值和对均方党差。功能函漂数Z:第六士讲：计算原稿则（15/锐28）四、设苍计计算泉原则（5/1酒1）计算珠结构国失效炒概率进行数惨学变换昆得（把Z由正态失分布变启换成标需准正态梦分布）定野义可靠度教指标：则：第六秩讲：计算原棍则（16久/2者8）四、枣设计棒计算递原则耻（6/止11）分析：可靠屈指标与韵可靠度拼（失效紫概率）汇相关，酿可靠指林标越大，结构本越可役靠；可靠耳指标越小猎，结狡构越解不可远靠。优点萝：用铜统计巾特征浑值来猜反映促可靠差度，志不直矩接用框概率挠。可靠度羽指标取篇值确定方并法：校霸核法、柄类比法值协商给牙定法取颤值：版与安抱全等廉级、油截面笛破坏记形态诊、极异限状动态有贫关：安全等涌级越高侵，可靠烦指标越嫁大（0.妄5）；脆性破苗坏高于边延性破充坏（0.极5）；承载力隐极限状亲态高于床正常使仆用极限风状态。第六讲凝：计算原揭则（4）下一讲寸的主要认内容1、可靠傲指标的镜计算方险法-中心羡点法结构祥设计吗原理第且七键讲主讲扮教师躬：贷曹双骂寅颗舒赣餐平东南大紧学远程胞教育第七讲置：计算毯原则（5）上一泥讲的始主要倘内容1、可窜靠概枝率和币失效告概率融的计迟算用数学垒方法可企以计算播但计算倚工作量袖大。2、可靠懒指标的涌定义及输计算取值：安全射等级耽、截咐面破芦坏形所态、谷极限粮状态姥有关第七碧讲：计算巷原则裹（17/资28）四、设流计计算防原则（7/1做1）(2)计算恒方法戴之一骂：中改心点赏法假设星：Z中所讨有随次机量轻是相愧互独虏立的变，均直服从恩正态边分布将Z在平均困值处按店泰勒级征数展开秀，忽略谢二次以声上项确定Z的特征恭值求可靠峡指标适用条熊件：基仍本变量车的正态奖分布；抬功能函旗数是线俊性的。特点鹿：直拢接用锦特征略值；素概念赠清楚念，应烤用简该便；灯误差逃较大诵。第七序讲：计算原池则（18胁/2猴8）四、逢设计矿计算寸原则挡（8/1程1）例题播：某劲轴心雾受压思短柱篇，按姨中心耻点法势求构循件可细靠指更标已丛知：抗压承若载力：哭恒载偿产生的给压力：活载躲产生廉的轴洒向压盲力：建立阵功能松函数:求Z的特浓征值票：求可喝靠指欧标第七变讲：计算原租则（19/词28）四、啦设计冒计算寺原则形（9/忌11）例题：吼上题中曾，要求这可靠指业标3.7，在潮其它耐条件歪不变兰的条诉件下,用中漆心点胀法求留该柱赶应具钞有的蚀承载撤能力惑平均卧值。建立当功能宇函数求Z的特析征值求可靠兽指标承载能绣力平均喷值第七讲雄：计算蹄原则原（4）下一辜讲的事主要逆内容1、可靠台指标的捕计算方将法-验算按点法结构旋设计估原理第咱八油讲主讲教犁师：汤曹双寅深舒赣平东南魂大学形远程指教育第八忧讲：电计算嘱原则宾（6）上一讲国的主要臣内容1、中库心点拣法的覆原理假设基本变昨量均符貌合正态击分布，爹功能函剥数是线矩性方程辱；利用按全泰勒级阵数展开根（忽略剑二次及轧以上项鼓）经数学精推导，赌可靠指罗标可以络直接用慈平均值垒和均方焰差表示飘；2、中心羡点法的捞特点直接国用变膏量的增特征涉值计张算；概念吼清楚泄，应课用简仁便；计算结调果误差铜较大。第八讲案：计算酱原则代（20柱/2严8）四、嗽设计笛计算贝原则欢（10/立11）(3)计算方职法之二邮：验析算点法毫介绍中心磁点法叔的缺涌陷：拐非正奔态分航布？间非线越形方况程？舅误差考！处理北办法亩：对垫中心域点法悠进行渗了改止进简单窑分析：仅考烤虑两个宣相互独忍立的正相态分布舰变量R和S极限贝状态激方程往为：标准化姥变换，殿令以弟和叨表述的肺极限状概态第八张讲：计算轧原则茧（21/宽28）四、栗设计籍计算售原则洪（11湖/1郊1）即：可靠从指标钱的实帜质：纲标准累正态晃坐标脸系中掘原点兼到极识限状尼态方够程直根线的怕最短核距离督。验算北点定义对：P点非正近态变温量的仇当量缸正态宽化原融则在验农算点最处，怖当量首前后暑分布页函数值渣相等拾；当蛾量前跃后概签率密脂度函数手值相工等。第八典讲：计算原锐则（6）下一历讲的碎主要勇内容1、近似海概率的用设计表咏达式结构仇设计撑原理第恰九组讲主讲反教师旗：熔曹双跟寅禁舒赣伪平东南采大学铺远程类教育第九易讲：事计算器原则咽（7）上一扫讲的盟主要障内容1、验算告点法的脚原理是对中完心点法缘瑞的修正峰：对非正凝态变量汽等效正超态化；通过筋数学聚变化寨寻找修验算狠点；2、验算白点法的秋特点计算结阳果比较文准确；计算复识杂，与首随机变叠量的分真布有关稳；当随瓣机变乒量为普正态险分布见，功乔能函砌数是递线形循方程只时，赢计算结果和援中心点蓄法相同网。第九恶讲：计算原贵则（22/屡28）五、路近似宝概率志法设爸计表猪达式(1/贫6)1、一般赴方法(1)结构可寸靠性设膜计需要芽解决的巡寿问题：理论模攻式问题协：失效商标准、彻概率模竞式和计谋算方法弦等。社会太认同稳问题惠：设正计可脖靠指修标的梨取值乐能否战被社臭会接辅受。应用方怀法问题具：所采仁用的设信计表达贺式的形值式问题增。(2踢)安全瓣系数横法简尼单示扭例：设Z只有两深个独立增的正态蹈变量R和S，根据仰定义得：第九讲箭：计算北原则宏（23/直28）五、胖近似裂概率毒法设准计表教达式(2/盏6)即解得皇：定义安朽全系数访：则：安全辈系数唉法设客计表附达式鞠：第九讲部：计算原戚则（24/缎28）五、近虫似概率毕法设计前表达式(3/衣6)(3详)分项系规数法简丈单示例当功婆能函扔数有到两个眉随机钓变量R和S时整理可丈得：以标医准值钉代入朗整理衰得：当功伍能函磨数有摊三个韵随机仙变量R和SG和SQ时整理孔可得以标正准值轨代入:分项系减数法设级计表达痕式第九讲猛：计算善原则链（7）下一衫讲的低主要以内容1、现惧行设组计表恶达式结构给设计博原理第臂十挣讲主讲教序师：迷曹双寅嫂舒赣平东南大斥学远程狮教育第十浆讲：错计算斥原则破（8）上一讲础的主要避内容1、安圣全系恩数法经过变绪化设计着表达式崭可以表泉示成：安全或系数K与可靠逐指标和刊随机变丽量的数匠字特征炎有关2、分项比系数法经过左变化芹设计详表达软式可邀以表下示成定：分项汁系数湖法与看可靠陪指标康和随歼机变驱量的洞数字使特征垄有关跨。第十趣讲：计算捧原则甲（25炮/2输8）五、荣近似糕概率踏法设起计表膜达式(4垂/6奴)2、我孙国现拦行规私范采字用的骨基本赛设计糠表达歪式(1)承载能息力极限塔状态设台计表达刘式组合摆情况士：基本组疼合：永蔑久荷载军和最大烟的可变顽荷载以惰标准值盲作为代表值谎，其它狡可变荷例载以组歇合值为催代表值董。偶然组诱合基本组遣合承载军能力设瓦计采用衔下列设揪计表达恨式：第十讲原：计算原坚则（26/柔28）五、近胡似概率欣法设计吹表达式(5疾/6周)(2掩)正常使往用极限行状态设今计表达