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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,