02结构设计方法资料教程.ppt

第3章结构设计基本原理◆工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理
◆由于实际工程结构中存在多种不确定性
◆对工程结构的安全可靠可能会产生不利影响
◆截面或材料用量增加越多，安全可靠程度就越高，不安全的可能性就越小，但工程结构造价也越大
◆结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡◆容许应力设计方法allowablestress◆因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求（结构的功能），对安全可靠有更具体的科学定义
◆另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响的大小和变化情况
◆外界影响：各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等
◆以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理的选定结构可靠度。主要内容结构的功能要求◆安全性Safety
◎如（M≤Mu）
◎上式仅从构件自身的承载力来确定安全性
◎结构整体是否安全，不仅与每个构件是否安全有关，更与构件之间的连接是否可靠有关。
◎结构整体牢固性
◎结构不应发生与原因不相称的破坏◆适用性Serviceability
◎如（f≤[f]）

◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。

◎如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。◆结构的可靠性reliability
■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称
■就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。
■结构可靠性越高，建设造价投资越大。
如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。■显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。
■设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。
■经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用◆结构的设计使用年限结构的极限状态承载能力极限状态UltimateLimitState
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求
◆结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）
◆结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）
◆结构塑性变形过大而不适于继续使用
◆结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）
◆结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）
◆结构因局部破坏而发生连续倒塌
◆地基丧失承载力而破坏正常使用极限状态
ServiceabilityLimitState
超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。
◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；
◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；
◆过大的振动（不舒适）；
◆影响正常使用的其它特定状态（如相对沉降量过大等）。结构的作用、作用效应和结构抗力直接作用（荷载）分类结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应（内力、变形或裂缝）
如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等结构抵抗作用效应（内力和变形）的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、刚度、抗裂能力等。结构功能函数

用来表示结构的三种工作状态：
当，结构能够完成预定功能，处于可靠状态；
当，结构不能完成预定功能，处于失效状态；
当，结构处于临界极限状态荷载的代表值23可变荷载组合值：当结构承受两种或两种以上的可变荷载时，它们同时以各自的最大值出现的可能性极小。此时，除其中最大荷载仍取其标准值外，其他可变荷载均采用小于1的组合系数yc乘以相应的标准值来表达其荷载代表值25可变荷载准永久值：结构上经常作用的可变荷载。2728材料强度标准值结构设计中的不确定性
UndeterminedFactorsinDesign◆结构的失效概率和可靠指标结构功能函数Z=R-S◆根据统计，触电的年死亡率为6×10-6
◆b=3.7时，Pf=1.1×10-4，按设计基准期50年考虑，年失效概率为1.1×10-4/50=2.2×10-6
◆50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并不表示结构倒塌，结构倒塌也不一定造成人员伤亡。
◆我国对于一般工程结构，当为延性破坏时，其可靠指标取b=3.2，对脆性破坏取b=3.7。
◆对于重要的工程结构，应提高可靠指标。设计可靠指标、安全等级概率极限状态设计法的实用表达式结构抗力标准值RkSkSkSk设计验算点
S*=R*作用效应设计值，gS作用效应分项系数分项系数材料强度设计值