2-结构设计原理结构按极限状态法设计计算的原则教案资料.ppt

结构设计原理
第二章

结构按极限状态法设计计算的原则本章的主要内容三、结构设计计算的理论和方法有：
容许应力法
破损阶段设计法
多系数极限状态设计法
基于可靠性理论的概率极限状态法钢筋混凝土构件：以钢筋混凝土构件为例：二、特点
1、安全系数K是个大于1的数字
K越大，结构的安全度就越高，同时材料的用量就越多
2、没有考虑结构功能的多样性要求
对于结构一方面要考虑承载能力，另一方面也许考虑其正常使用时裂缝、变形。
3、安全系数的确定主要凭借经，缺乏严格科学依据。
三、适用情况
当结构是非杆件结构（如大体积坝体、空间薄壳结构等）时，因规范没有给出明确的计算公式，则弹性力学方法仍是较实用的分析方法。§2.0.2破损阶段设计法——20世纪30年代
一、基本概念

b二、特点
1、考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确
2、安全系数的确定依赖经验，且是一个定值
3、没有考虑结构功能的多样性要求
由于采用了极限平衡的理论，对荷载作用下结构的应力分布及位移变化，无法做出适当的预计。
§2.0.3多系数极限状态设计法（我国原规范采用）
一、基本概念
1、构件的极限状态，不仅包括承载力的极限状态，而且包括挠度（变形）及裂缝宽度的极限状态，这已经包含了安全性和适用性的一些概念
2、对于承载能力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一系数，即多系数法。承载能力极限多系数状态表达式：二、特点
1、安全系数的选取已经从纯经验性到了部分采用概率统计值
2、设计方法的本质依然是一种半经验半概率的方法
§2.0.4基于可靠性理论的概率极限状态设计法
一、发展历史
20世纪40年代美国学者A.M.Freadentbal提出了结构可靠性理论，到了60~70年代结构可靠性理论有了很大的发展，70年代以来，国际上的结构可靠度理论在土木工程领域逐步进入了实用阶段。
我国从20世纪70年代中期才开始研究，但至80年代后期就在建筑结构领域率先进入了实用阶段，先后出版了下列国家标准：《建筑结构可靠度设计统一标准》(GBJ68-84)
《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92)
《港口工程结构可靠度设计统一标准》(GB50158-92)
《铁路工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216-94)
《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)按发展进程，概率设计法划分为三个水准：★我国目前的《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》和《混凝土结构设计规范》采用的是
近似概率极限状态设计法一、结构的功能要求承载能力规定时间（设计基准期）
设计基准期——进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项变量与时间关系所采用的基准时间参数。结构的设计基准期与使用寿命二、结构的极限状态承载能力极限状态
——对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。正常使用极限状态
——对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。三、结构可靠度的基本原理结构所处状态2、结构抗力和作用约束变形作用效应
——结构对所受作用的反应：结构或者构件的内力、变形等。3、失效与失效概率：可靠指标用来描述结构可靠度的原因5、目标可靠指标§2.2我国《公路桥涵设计规范》(JTGD62-2004)的计算原则二、公路桥涵结构的安全等级1、设计原则：作用效应最不利组合(基本组合)设计值必须小于或等于结构抗力的设计值。四、持久状况正常使用极限状态计算表达式五、持久、短暂状况应力设计表达式：2、极限状态设计表达式材料强度的标准值:材料强度的一种特征值。是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布的0.05分位值确定的强度值。
取值原则：是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，材料的强度标准值应具有不小于95％的保证率。3.材料强度的设计值:——材料强度标准值除以材料分项系数二、混凝土强度标准值和设计值
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定：
钢筋混凝土构件不应低于C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25
预应力混凝土构件不应低于C40。2、混凝土棱柱体抗压强度标准值3、混凝土轴心抗拉强度标准值4、混凝土轴心抗压强度设计值和轴心抗拉强度设计值（附表1-1）
《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》取混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度的材料分项系数为1.45，用标准值除以分项系数即可得到相应设计值。（接近按二级安全等级结构分析的脆性破坏构件目标可靠指标的要求）三、钢筋的强度标准值和强度设计值
1、标准值
国家标准中规定的屈服强度标准值即为钢筋出厂检验的废品限值，其保证率不小于95%；
对有明显流幅的热轧钢筋，钢筋的抗拉强度标准值采用国家标准中规定的屈服强度标准值
对于无明显流幅的钢