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1、第2章 结构基本计算原则,一、结构上的作用（荷载和荷载效应） 二、结构的抗力 三、结构的功能要求 四、结构功能的极限状态 五、概率极限状态设计法的可靠度理论基础 六、概率极限状态设计法的实用设计表达式,南航土木工程系,1,第2章 结构基本计算原则,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（如温度变化、基础的不均匀沉降） （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2章 结构基本计算原则 一、结构上的作用,南航土木工
2、程系,2,第2章 结构基本计算原则,2、荷载的分类（按照作用时间的长短 ） 永久荷载：不随时间变化，或变化幅度可以忽略； 可变荷载：随时间变化，且变化幅度不可以忽略； 偶然荷载：可能，但不一定出现，一旦出现效应很 大。,南航土木工程系,3,第2章 结构基本计算原则,3、荷载的代表值（规范中给定的做为设计依据的荷 载的一定量值 ） 荷载为随机过程或者随机变量 以确定值（代表值）来表达不确定的随机变量 根据荷载概率分布特征，控制保证率来取值。,南航土木工程系,4,第2章 结构基本计算原则,4、荷载代表值的类型 标准值：荷载的基本代表值 永久荷载标准值 高于该值的概率为50 可变荷载标准值 高于该值
3、的概率为5,南航土木工程系,5,第2章 结构基本计算原则,频遇值：对可变荷载比较稳定的描述， 引入频遇值系数 准永久值：对可变荷载稳定的描述， 引入准永久值系数 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。,南航土木工程系,6,第2章 结构基本计算原则,1、抗力的基本概念 抗力：结构抵抗荷载效应的能力 组成： 材料的性能（强度、刚度、弹性模量等） 结构构件的尺寸 简化：忽略随时间的变化，用随机变量模型描述。,第2章 结构基本计算原则 二、结构的抗力,南航土木工程系,7,第2章 结构基本计算原则,2、 材料强度的标准值 根据材料强度概率分布
4、的0.05分位值，即95%保证率（即，高于该值的概率为95 ）的要求确定。 材料强度的标准值,南航土木工程系,8,第2章 结构基本计算原则,第2章 结构基本计算原则 三、结构的功能要求,1、结构的安全等级 根据建筑结构破坏时可能产生的后果的严重程度，分为三个安全等级。,南航土木工程系,9,第2章 结构基本计算原则,2、结构的设计使用年限,南航土木工程系,10,第2章 结构基本计算原则,3、建筑结构的功能 （1）安全性：要求结构能够承受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
5、：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。,南航土木工程系,11,第2章 结构基本计算原则,定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状 态，就不能满足设计规范所要求的某一项功 能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。,第2章 结构基本计算原则 四、结构功能的极限状态,建筑结构可靠度设计统一标准规定,承载能力极限状态 正常使用极限状态,南航土木工程系,12,第2章 结构基本计算原则,1、 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
6、构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态： 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； 2）结构构件或连接因为超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因为过度塑性变形而不适于继续承载； 3）结构转变为机动体系； 4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈）。,南航土木工程系,13,第2章 结构基本计算原则,2、正常使用极限状态 是判别结构是否满足正常使用（适用性）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。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）
7、影响正常使用或耐久性能的局部破坏 （包括裂缝）； 3）影响正常使用的振动 。,南航土木工程系,14,第2章 结构基本计算原则,1、功能函数与极限状态方程 （1）功能函数 Z=R-S=g(X1,X2,X3.Xn) （2） 结果分析 Z=R-S0：处于可靠状态； Z=R-S0：处于不可靠状态，即失效； Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态 方程,第2章 结构基本计算原则 五、概率极限状态设计法的可靠度理论基础,南航土木工程系,15,第2章 结构基本计算原则,2、结构的可靠性 （1） 关于结构设计 本质：对比、控制R和S，即保证R-S0 问题：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变 量，不
8、可能绝对保证R大于S！ 解决方法：控制可靠度，绝大多数情况下：RS， 允许极少数情况下：RS,南航土木工程系,16,第2章 结构基本计算原则,（2）结构可靠性和结构可靠度 结构可靠性：反映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。 结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的 条件下，完成预定功能的概率。,南航土木工程系,17,第2章 结构基本计算原则,（3）可靠概率和失效概率 可靠概率：结构在规定的时间内，在规定的条件 下，完成预定功能的概率，以Ps表示。 失效概率：结构不能完成预定功能的概率，以Pf 表示。,南航土木工程系,18,第2章 结构基本计算原则,3、可靠指标 功能函数
9、： 定义可靠指标： 分析： 可靠指标与失效概率成反比，可靠指标 越大，失效概率越小，结构越可靠。 优点：简便,南航土木工程系,19,第2章 结构基本计算原则,南航土木工程系,20,第2章 结构基本计算原则,1、承载能力极限状态设计表达式 组合情况： 基本组合：永久荷载和最大的可变荷载以标准 值作为代表值，其它可变荷载以组 合值为代表值。 偶然组合,第2章 结构基本计算原则 六、概率极限状态设计法的实用设计表达式,南航土木工程系,21,第2章 结构基本计算原则,基本组合承载能力设计采用下列设计表达式：,南航土木工程系,22,第2章 结构基本计算原则,2、正常使用极限状态设计表达式 标准组合： 频遇组合： 准永久组合： 书P13 例2.1,南航土木工程系,23,第2章 结构基本计算原则,
