原结构设计原理_第二章__结构按极限状态法设计计算的原则(白底)

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1、第二章第二章 结构按极限状态法设计结构按极限状态法设计的原则的原则概率极限状态设计法的基本概念我国公路桥涵设计规范的计算原则作用的代表值和作用效应组合材料强度的取值设计的含义：设计的含义： 指在预定的作用和材料性能的条件下，指在预定的作用和材料性能的条件下，确定确定构件按构件按功能要求功能要求所需要的所需要的截面尺寸、配筋和构造截面尺寸、配筋和构造。设计一个结构要考虑的内容很多。设计一个结构要考虑的内容很多。 假设有一栋房屋需要你设计，你需要思考哪些问假设有一栋房屋需要你设计，你需要思考哪些问题呢？题呢？ 2.0 结构设计理论的发展kf设计方法设计方法允许应允许应力设计力设计法法破坏阶破坏阶段

2、设计段设计法法极限状极限状态设计态设计法法半经验半概率法半经验半概率法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全过程设生命全过程设计法计法材料力学的方法材料力学的方法按经验法确定安全系数)()(0，hbAkfkfMqkMssskcckuikqiKMMu2.1 概率极限状态设计法的基本概念概率极限状态设计法的基本概念2.1.1 结构功能要求和极限状态作用：作用： 指施加在结构或构件上的力，以及引起结构外指施加在结构或构件上的力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。加变形或约束变形的原因。1. 1. 结构上的作用与作用效应结构上的作用与作用效应作用效应作用效应S： 是指由结构上的作用引起的结构或

3、构件的内力是指由结构上的作用引起的结构或构件的内力(如轴力、剪力、弯矩、扭矩等如轴力、剪力、弯矩、扭矩等)和变形和变形(如挠度、侧如挠度、侧移、裂缝等移、裂缝等)。当作用为集中力或分布力时，其效。当作用为集中力或分布力时，其效应可称为荷载效应。应可称为荷载效应。2. 2. 作用类型作用类型永久作用永久作用： 是指在设计基准期内其量值不随时间变化，或其是指在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用，如结构自重、变化与平均值相比可以忽略不计的作用，如结构自重、土压力、预加应力等土压力、预加应力等可变作用：可变作用： 是指在设计基准期内其量值随时间变化，且其变是指在设计

4、基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用，如人群荷载、车辆化与平均值相比不可忽略的作用，如人群荷载、车辆活荷载、风荷载、雪荷载、和温度变化等。活荷载、风荷载、雪荷载、和温度变化等。 作作 用用偶然作用：偶然作用： 是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量很大且持续时间很短，如地震、爆炸、船只撞其量很大且持续时间很短，如地震、爆炸、船只撞击等。击等。2.1.1 结构功能要求和极限状态结构功能要求和极限状态作用、作用代表值和作用效应组合作用、作用代表值和作用效应组合可变作用组合注意事项可变作用组合注意事项 安全性安全性 适用性适用性

5、耐久性耐久性设计基准期：在进行结构可靠性分析时，设计基准期：在进行结构可靠性分析时， 考虑持久设计状况下考虑持久设计状况下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。 三项统称为三项统称为 可靠性可靠性 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为“可靠可靠”或或“有有效效”。反之，则结构为。反之，则结构为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。区分结构。区分结构“可靠可靠”与与“失失效效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态”，即整个结构或结构的一部分超过，即整个结构或结构的一部分超过某一特定

6、状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态即为该功某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态即为该功能的极限状态。举例如下表。能的极限状态。举例如下表。2. 结构的功能要求结构的功能要求3. 3. 结构极限状态的概念结构极限状态的概念2.1.1 2.1.1 结构功能要求和极限状态结构功能要求和极限状态结构设计原理结构设计原理第二章第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则钢筋混凝土结构设计基本原则设计使用年限设计使用年限实际寿命或耐久年限实际寿命或耐久年限福岛第一核电站福岛第一核电站核反应堆的最大使用年核反应堆的最大使用年限在限在3030到到4040年之间年之间20112011年年

7、3 3月，日本福岛月，日本福岛第一核电站度过了第一核电站度过了4040岁岁的生日的生日 日本福岛第一核电站还会继续服务日本福岛第一核电站还会继续服务1010年年 1号反应堆能正常运行60年之久 结构设计原理结构设计原理第二章第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则钢筋混凝土结构设计基本原则设计使用年限设计使用年限设计基准期设计基准期n设计使用年限设计使用年限：设计规定的结构或结构构件：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。n设计基准期设计基准期：确定可变作

8、用及与时间有关的：确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。材料性能等取值而选用的时间参数。设计使用年限设计使用年限设计基准期设计基准期实际寿命或耐久年限实际寿命或耐久年限 承载能力极限状态承载能力极限状态 结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载的变结构或构件达到最大承载力，疲劳破坏或不适于继续承载的变形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预形状态称为承载能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求，主要包括：定的安全性功能要求，主要包括： 结构或构件达到最大承载力结构或构件达到最大承载力( (包括疲劳包括疲劳) )。 结构整

9、体或其中一部分作为刚体失去平衡结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡( (如倾覆、滑移如倾覆、滑移) )。 结构塑性变形过大而不适于继续使用。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结构形成几何可变体系( (超静定结构中出现足够多的塑性铰超静定结构中出现足够多的塑性铰) )。 结构或构件丧失稳定结构或构件丧失稳定( (如细长受压构件的压曲失稳如细长受压构件的压曲失稳) )。 4. 4. 极限状态的分类极限状态的分类2.1.1 2.1.1 结构功能要求和极限状态结构功能要求和极限状态湘西凤凰拱桥垮塌前照片湘西凤凰拱桥垮塌前照片湘西凤凰拱桥湘西凤凰拱桥垮塌照片垮塌照片结构设计原理结构

10、设计原理第二章第二章 钢筋混凝土结构设计基本原则钢筋混凝土结构设计基本原则2001年年9月月11日纽约世贸中日纽约世贸中心北楼遭客机撞击后，另心北楼遭客机撞击后，另一架联航一架联航175航班撞向南楼航班撞向南楼前的瞬间前的瞬间熊熊燃烧的纽约世贸大厦熊熊燃烧的纽约世贸大厦南楼倒塌瞬间南楼倒塌瞬间110层的双子塔从层的双子塔从被撞到倒塌仅被撞到倒塌仅1小时小时43分分 4. 4. 极限状态的分类极限状态的分类 正常使用极限状态正常使用极限状态 结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定，称为正常结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值规定，称为正常使用极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定

11、的适用性和使用极限状态。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。主要包括：耐久性的功能要求。主要包括： 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、会过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、会给人不安全感或导致结构不能正常使用给人不安全感或导致结构不能正常使用( (如吊车梁如吊车梁) )等。等。 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致房屋漏水等。房屋漏水等。 过大的振动，这往往会给人不舒适感。过大的振动，这往往会给人不舒适感。 其他正常使用要求。其他正常使用要求。 “破坏破坏安全安全”极限状