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营设计弊原理第爹五鹊讲主讲暴教师锤：相曹双怜寅互舒赣利平东南攻大学伶远程急教育第五册讲：感计算债原则篮（3糕）上一役讲的部主要勇内容1、愈抗力萍及其瞒不定医因素款及材嫩料强壶度的页标准站值标准弃值的勿实质男：以己确定释值表帝达不哪确定迫值，剑便于套应用止。标准丧值取积值：谣具有诉95叫%保夜证率男的强草度值这。2、裕结构暴的功棒能安全宫性、集适用服性和属耐久稿性3、极限死状态目的导：判者别结虑构是漂否能驼够满得足功艘能要姥求；分类锁：蛙承载凉能力司极限嫌状态辰和正信常使吐用极彩限状沫态。第五适讲：计算垃原则挑（1迫1/甚28具）四、贱设计爬计算姑原则到（1法/1秤1）1、屿功能甜函数魄与极哪限状梅态方砖程(1误)园功能特函数Z=保R-概S=累g(岂X1,X2,X3….析Xn)(2耐)属结果培分析Z=德R-膏S>质0：生处于涂可靠炮状态困；Z=孕R-遮S<咳0：询处于布不可腰靠状村态，洁即失览效；Z=墨R-私S=容0：械处于队极限图状态扇，此匠方程馅称极枣限状季态方饼程2、蹲结构壮的可谁靠性(1歌)唯关于舒结构角设计本质菠：对趴比、明控制讯R和光S，氧即保涉证R秧-S岩>0问题疤：R肺和S也为随顷机变慕量，陆功能材函数框值Z书是随夕机变串量绝对矮保证裳R大适于S魄不可烦能！第五造讲：计算拌原则秀（1胜2/刘28箭）四、擦设计车计算山原则谜（2盒/1柏1）解决肾方法狐：控耗制可会靠度宅，绝向大多本数情农况下韵：赞R员>S允许甲极少俱数情桶况下讨：R诵<S(2俗)结翅构可仁靠度济和失廊效概执率可靠娱度(桥可靠钓概率死)：升是结镇构在著规定旷的时逝间内冰，在片规定叼的条件茂下，按完成者预定宗功能而的概吼率，管以Ps表示纠。失效用概率址：结更构不钩能完润成预扣定功记能的盟概率席，以闹Pf表示睬。第五状讲：计算出原则肝（1屯3/意28刃）四、腊设计首计算沙原则慎（3或/1助1）(3朝)可邀靠度桌三个润水准水准啄I：笨是用矮随机填变量炸的一框阶矩伏（平战均值类）加梯以概芝括;水准插II尤：用讽随机鄙变量夸的一忙阶矩同和二抬阶矩撒来描底述;水准虹II驾I：若也称殖为全约概率技法，侍是以鞋真实痕分布羞进行航计算据。第五猪讲：计算储原则钩（3览）下一断讲的乡丰主要戏内容1、尚可靠雄性的慢计算告及可情靠指甲标结构匠设计垂原理第歼六硬讲主讲论教师移：赛曹双格寅魄舒赣揭平东南款大学袖远程菜教育第六等讲：筛计算罩原则脱（4真）上一住讲的扰主要考内容1、尽功能端函数根和极寨限状弃态方反程Z=拨R-洽S2、太结构阿可靠价性概捆念功能庄函数榴值Z搭可能拢<0碎（失卷效）蓄、也落可能第>0遍（可事靠）如。因此按要用誉概率占控制而。3、苦可靠师概率掌和失间效概跌率4、预可靠岔度的悔水准耗：I总、I盆I、阵II处I第六牢讲：计算烘原则行（1吹4/旧28谈）四、梢设计尾计算寇原则纵（4痕/1现1）3、雹可靠臂度的吗计算倒方法疼及可叛靠指介标(1荷)可嘴靠指车标简单杨分析料：假慨设只赔有两粒个随莫机变卡量R饰和S古，纠相互匪独立阅，均服绳从正姿态分汗布，眨已知避平均但值和旨均方社差。功能强函数别Z:第六辆讲：计算郊原则妥（1岗5/果28敬）四、搭设计缓计算举原则连（5构/1掘1疲）计算但结构撇失效湖概率进行觉数学刚变换衔得（凝把Z朗由正意态分允布变塔换成庆标准让正态倦分布伸）定阔义可靠才度指碌标：则：第六蝴讲：计算仿原则靠（1疤6/亏28恋）四、谋设计侮计算挠原则仰（6菌/也11怨）分析新：可蜻靠指项标与下可靠事度（女失效桨概率犹）相套关，齐可靠忌指标越大赠，结构条越可误靠；可靠胖指标越小平，结厉构越测不可金靠。优点睡：用冶统计污特征珠值来传反映坛可靠桐度，爪不直巾接用写概率驴。可靠异度指吓标取嘉值确定须方法询：校界核法棚、类督比法派协商贪给定暮法取掀值：出与安裕全等虏级、液截面欺破坏被形态芒、极宣限状蜘态有姻关：安全席等级演越高腹，可胸靠指咸标越讽大（合0.薄5）喝；脆性罩破坏冶高于鸽延性武破坏况（0粮.5凭）；承载约力极彼限状逐态高嘉于正渔常使乓用极谊限状橡态。第六已讲：计算在原则肉（4音）下一驰讲的液主要悦内容1、与可靠猎指标叙的计吸算方扇法-葵中心奸点法结构满设计完原理第筋七沟讲主讲州教师炒：菠曹双枝寅鬼舒赣援平东南俭大学冤远程锻教育第七楼讲：肝计算乐原则哨（5块）上一展讲的撞主要跪内容1、严可靠隆概率奴和失么效概纠率的堆计算用数屯学方权法可摧以计脊算但犯计算致工作屈量大奴。2、坐可靠遇指标堤的定寇义及忽计算取值凝：安全电等级滔、截衣面破冤坏形雄态、蚀极限将状态吐有关第七税讲：计算挥原则遣（1聪7/恰28帅）四、脾设计出计算且原则你（7瞎/1阶1）(2泽)计苹算方歇法之弃一：瞒中心建点法假设比：Z样中所昼有随深机量劈燕是相论互独封立的袍，均怕服从落正态红分布将Z润在平导均值首处按昏泰勒稼级数震展开艳，忽扯略二拍次以脑上项确定诱Z的棉特征映值求可愉靠指会标适用屡条件昆：基该本变估量的洁正态迈分布彻；功障能函掘数是找线性筋的。特点荣：直桂接用准特征给值；碍概念机清楚扭，应疮用简廉便；服误差绸较大雾。第七绕讲：计算腿原则迟（1胸8/叫28派）四、柔设计景计算炉原则滚（8泡/1赵1）例题返：某爽轴心副受压仓短柱迹，按誓中心银点法尾求构晨件可危靠指霜标已健知：抗压自承载灾力：务恒载悬产生鼓的压遥力：活载旁产生赤的轴发向压吧力：建立多功能体函数斩:求Z卸的特趟征值窑：求可史靠指尽标第七缎讲：计算贝原则过（1险9/斤28积）四、膀设计栋计算子原则腊（9埋/1绿1）例题站：上罪题中棕，要庙求可塔靠指施标3奶.7诱，在猛其它劳条件谁不变杂的条乞件下退,用伯中心欧点法猛求该齐柱应诉具有抗的承期载能伟力平菌均值柔。建立犬功能临函数求Z奶的特六征值求可燃靠指醒标承载懂能力紧平均霞值第七穷讲：计算故原则下（4卸）下一管讲的倦主要充内容1、尸可靠眯指标止的计幕算方肯法-纽奉验算它点法结构团设计待原理第减八史讲主讲雨教师掘：骡曹双浊寅万舒赣块平东南践大学仙远程榴教育第八液讲：惨计算臂原则普（6钥）上一妥讲的替主要点内容1、精中心穴点法曲的原益理假设基本决变量走均符努合正悠态分潮布，苏功能沉函数歪是线眼性方铜程；利用搏按泰亏勒级档数展导开（延忽略蝇二次鲜及以枣上项腔）经数舱学推丙导，果可靠导指标洲可以睁直接算用平缘瑞均值崭和均销方差淡表示畜；2、车中心忍点法龟的特是点直接燃用变况量的锋特征蛇值计爹算；概念王清楚恢，应京用简集便；计算研结果续误差把较大倡。第八妙讲：计算燥原则气（2苗0/岁28第）四、勿设计庙计算阁原则禁（1亩0/舟11母）(3耻)计饶算方涨法之罩二：宾验失算点旬法介逆绍中心刺点法爽的缺微陷：祝非正骡态分非布？倡非线汪形方标程？糖误差造！处理堆办法粉：对翼中心鬼点法尘进行伞了改诞进简单恋分析：仅倍考虑竞两个剂相互街独立雕的正述态分问布变陵量R怠和S极限吼状态筒方程牧为：标准泽化变菊换，享令以然和安表述额的极骗限状则态第八裂讲：计算泽原则霞（2鸽1/蝇28疫）四、丛设计产计算问原则捷（1期1/漂11李）即：可靠纪指标高的实忆质：交标准诊正态严坐标赚系中涂原点诉到极颂限状棉态方摸程直染线的泥最短机距离温。验符算点另定义处：P题点非正拍态变尺量的忙当量让正态查化原率则在验崇算点灰处，派当量桥前后腐分布抄函数值誉相等迷；当浮量前寺后概辉率密娘度函数怠值相展等。第八锄讲：计算丈原则协（6秋）下一廉讲的紫主要闸内容1、惩近似抗概率乱的设排计表父达式结构装设计残原理第帜九设讲主讲霉教师功：灯曹双臭寅絮舒赣穿平东南惊大学吹远程靠教育第九军讲：涉计算颠原则虽（7雪）上一钳讲的把主要壶内容1、抗验算居点法弓的原如理是对础中心帜点法节的修劣正：对非赶正态判变量绒等效筑正态赚化；通过琴数学粉变化估寻找拜验算呢点；2、袖验算赖点法剧的特哀点计算纽奉结果掌比较防准确探；计算毕复杂弊，与瓜随机西变量杆的分英布有歼关；当随话机变柔量为塌正态翼分布范，功灾能函武数是券线形掉方程洗时，可计算结果看和中雁心点炎法相陷同。第九歇讲：计算碧原则残（2渡2/界28轨）五、晚近似扩概率为法设版计表罩达式连(1挣/6隆)1、像一般前方法(1首)结忙构可残靠性野设计溜需要喇解决抽的问同题：理论它模式汪问题岗：失洽效标搏准、裂概率即模式郑和计座算方扑法等巷。社会斯认同坊问题辈：设乌计可利靠指番标的洒取值迅能否温被社宋会接山受。应用和方法读问题疮：所促采用疑的设寺计表剃达式县的形炼式问票题。(2巡寿)安坡全系伙数法迫简单乓示例卖：设Z顽只有功两个禾独立如的正拘态变例量R撤和S嚼，根胶据定睛义得：第九战讲：计算族原则此（2昨3/胖28妄）五、浩近似标概率茅法设棒计表限达式验(2性/6雪)即解得破：定义矿安全雷系数抢：则：安全厅系数时法设闯计表咐达式科：第九妹讲：计算馅原则暴（2松4/液28喇）五、雪近似辉概率规法设械计表吹达式似(3援/6扩)(3月)分河项系皱数法是简单盈示例当功锯能函载数有战两个依随机脊变量前R和土S时整理凭可得四：以标灿准值合代入奔整理腾得：当功快能函吓数有蛾三个令随机泪变量滔R和五SG和SQ时整理社可得以标筹准值蚕代入削:分项肯系数纸法设丝式计表料达式第九寸讲：计算混原则刷（7怕）下一陷讲的故主要苍内容1、村现行软设计忙表达再式结构脊设计恰原理第阁十裂讲主讲绩教师欧：搂曹双袄寅亮舒赣抵平东南敲大学坡远程舅教育第十赔讲：胜计算纵原则触（8税）上一矮讲的溉主要伪内容1、绝安全龄系数洲法经过皮变化位设计注表达物式可顾以表仁示成锁：安全蚁系数商K与叉可靠肃指标面和随愚机变乒量的刻数字批特征坊有关2、窄分项途系数秧法经过扫变化份设计视表达些式可杂以表仗示成登：分项步系数谱法与猫可靠毒指标冠和随治机变浅量的译数字巷特征巩有关杯。第十厕讲：计算努原则板（2吃5/孕28液）五、鞠近似复概率铁法设窄计表匪达式喊(4煌/6拣)2、互我国悦现行影规范部采用挠的基凝本设厘计表话达式(1粒)承迹载能调力极材限状旨态设术计表涨达式组合桑情况设：基本奇组合幼：永陡久荷协载和么最大欺的可妨变荷趁载以棵标准侮值作蒙为代表拐值，坛其它浆可变充荷载愁以组挑合值诱为代决表值孕。偶然桐组合基本更组合鸡承载立能力答设计矮采用闹下列弟设计爱表达可式：第十桥讲：计算租原则厕（2塔6/偶28外）五、灶近似致概率翠法设废计表确达式危(5做/6惜)(2灵)正吓常使方用极杯限状损态设枯计表字达式