混凝土结构设计的原则和方法.pptx
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1、2024/8/25 周日混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第10章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章第第10章章混凝土结构设计的原则和方法混凝土结构设计的原则和方法2024/8/25 周日混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第10章主主页页目目录录上一章上一章帮帮助助下一章下一章本章重点本章重点了解结构上的作用、作用效应和结构抗力了解结构上的作用、作用效应和结构抗力的概念;的概念;理解荷载标准值的含义,荷载分项系数的理解荷载标准值的含义,荷载分项系数的含义;含义;了解了解混凝土结构设计方法的理论基础混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论;可靠度理论;熟练掌握实用设计表达式。熟练
2、掌握实用设计表达式。10.1 极限状态极限状态10.1.1结构上的作用结构上的作用作用:使结构产生内力或变形的原因称为作用。作用:使结构产生内力或变形的原因称为作用。直接作用:直接作用:荷载荷载间接作用:间接作用:混凝土的收缩、温度变化、基础的差混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加变形或异沉降、地震等引起结构外加变形或约束变形的原因。约束变形的原因。2024/8/25 周日10.1 极限状态极限状态10.1.1结构上的作用结构上的作用作用效应:作用效应:结构上的作用使结构产生的内力结构上的作用使结构产生的内力变形、裂缝等统称为作用效应或变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应
3、。荷载效应。荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。1荷载的分类荷载的分类 (1)永久荷载永久荷载在结构设计使用期间,其值不在结构设计使用期间,其值不随时间而变化,或其变化与平均值相比可以忽随时间而变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。载。(2)可变荷载可变荷载 在结构设计使用期内其值随时在结构设计使用期内其值随时间而变化,其变化与平均值相比不可忽略的荷间而变化,其变化与平均值相比不可忽略的荷载。载。(3)偶然荷载偶然荷载 在结构设计使用期内不一定出在结构设计使用期内不一定出现
4、,但一旦出现,其值很大且持续时间很短的现,但一旦出现,其值很大且持续时间很短的荷载。荷载。2荷载的标准值荷载的标准值荷载标准值是荷载的基本代表值。荷载标准值是荷载的基本代表值。定义定义将将荷荷载载视视为为随随机机变变量量,采采用用数数理理统统计计的的方方法法加加以以处理而得到的具有一定概率的处理而得到的具有一定概率的最大荷载值最大荷载值。2)如何确定如何确定a.结结构构的的自自重重可可根根据据结结构构的的设设计计尺尺寸寸和和材材料料的的重重力力密度确定;密度确定;b.采用的基本上是经验值。采用的基本上是经验值。10.1.2结构的功能要求结构的功能要求安全等级安全等级破坏后的影响破坏后的影响程度
5、程度建筑物的类型建筑物的类型一级一级很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物1.结构的安全等级结构的安全等级2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件是指设计规定的结构或结构构件不需要不需要进行进行大修大修即可按其预定的目的使用的时期。即可按其预定的目的使用的时期。类类别别结构类型结构类型结构的设计使用结构的设计使用年限(年)年限(年)临时性结构临时性结构5易于替换的结构构件易于替换的结构构件25普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物50纪念性建筑和特别重要建筑纪念性建筑和特别重要建筑10020
6、24/8/25 周日3.建筑结构的功能建筑结构的功能 安全性安全性 建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形,在偶然事件发生时及能出现的各种荷载和变形,在偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。发生后保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。如(如(MMu););整体稳定性整体稳定性2024/8/25 周日2024/8/25 周日3、建筑结构的功能、建筑结构的功能 适用性适用性 结构在正常使用结构在正常使用过程中应具过程中应具有良好的有良好的工作性能。工作性能。例如:不产生过大的变形或振例如:不产生过大的变形或振幅,不发生过
7、宽的裂缝。幅,不发生过宽的裂缝。如如ff;2024/8/25 周日3、建筑结构的功能、建筑结构的功能 耐久性耐久性结构在结构在正常使用正常使用和和正常维护正常维护条件下,应具有足够条件下,应具有足够的耐久性,的耐久性,完好使用完好使用到设计使用年限。到设计使用年限。例如:混凝土不发生严重的风化、腐蚀、脱落,钢例如:混凝土不发生严重的风化、腐蚀、脱落,钢筋不锈蚀等。筋不锈蚀等。2024/8/25 周日10.1.3结构功能的极限状态结构功能的极限状态极限状态:极限状态:整个结构或结构的一部分超过某一特定状整个结构或结构的一部分超过某一特定状 态就不能满足设计指定的某一功能要求,这个态就不能满足设计
8、指定的某一功能要求,这个 特定状态称为特定状态称为该功能的极限状态该功能的极限状态。结构能够完成预定的各项功能时,则称结结构能够完成预定的各项功能时,则称结构是构是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之,则结构的。反之,则结构为为“不可靠不可靠”或或“失效失效”。2024/8/25 周日10.1.3结构功能的极限状态结构功能的极限状态“有效状态有效状态”与与“失效状态失效状态”的的分界分界称为称为“极限状态极限状态”。1.承载力能力极限状态:承载力能力极限状态:结构或构件达到最大的承载能力或者达结构或构件达到最大的承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。到不适于继续承载的变形状态。结构或构
9、件由于材料强度不够而破坏;结构产生过大的塑性变形而不适于继续承载;结构或构件丧失稳定;结构转变为机动体系时(超静定结构中出现足够多塑性铰);整体结构或其中一部分作为刚体失去平衡。2.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能中某项规结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。定限值的状态。过大的变形、侧移;过大的变形、侧移;过大的裂缝(钢筋锈蚀、不安全感、漏水等);过大的裂缝(钢筋锈蚀、不安全感、漏水等);过大的振动(不舒适);过大的振动(不舒适);局部损坏。局部损坏。10.1.4 极限状态方程极限状态方程S荷载效应荷载效应结构上的各种作用产生的效应总和结构上
10、的各种作用产生的效应总和(如弯矩(如弯矩M、轴力轴力N、剪力、剪力V、扭矩、扭矩T、挠度、挠度f、裂缝宽度、裂缝宽度w 等)等)R结构抗力结构抗力结构抵抗作用效应的能力结构抵抗作用效应的能力(如受弯承载力如受弯承载力Mu、受、受剪承载力剪承载力Vu、容许挠度、容许挠度f、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度w)S=S(Q)-力学的主要内容力学的主要内容R=R(fc,fy,A,h0,As,)-本课程的主要内容本课程的主要内容Z=R-S(极限状态方程极限状态方程)对应的:对应的:Z=R-S0时,时,结构处于可靠状态;结构处于可靠状态;Z=R-S=0时,结构达到极限状态;时,结构达到极限状态;Z=R-S0时,
11、时,结构处于失效状态。结构处于失效状态。极限状态方程可推广为:极限状态方程可推广为:10.2 按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法10.2.1结构的可靠度结构的可靠度鉴于结构抗力和荷载效应的随机性,安全可靠鉴于结构抗力和荷载效应的随机性,安全可靠应该属于概率的范畴,应当用结构完成其预定应该属于概率的范畴,应当用结构完成其预定功能的可能性(概率)的大小来衡量,而不是功能的可能性(概率)的大小来衡量,而不是一个定值来衡量。一个定值来衡量。可靠性:可靠性:结构在规定的时间内,在规定的条件结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力称为结构的下,完成预定功能的能力称为结构的可
12、靠性。可靠性。可靠度:可靠度:结构在规定的时间内,在规定的条件结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的下,完成预定功能的概率概率称为结构的称为结构的可靠度。可靠度。可靠度是可靠性的概率度量。可靠度是可靠性的概率度量。概概念念以概率理论为基础的极限状态设计法以概率理论为基础的极限状态设计法由于实际结构中的不确定性,因此无论如何由于实际结构中的不确定性,因此无论如何设计结构,都会有失效的可能性存在,只是可设计结构,都会有失效的可能性存在,只是可能性大小不同而已。能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构为了科学定量的表示结构可靠性可靠性的大小,采用的大小,采用概率方法概率方法是比较合理的。
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