结构设计原理》第三版叶见曙复习课件-第1-7章培训课件

《结构设计原理》第三版叶见曙复习课件-第1-7章培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构设计原理》第三版叶见曙复习课件-第1-7章培训课件（190页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、结构设计原理,张 萌 洁 青海大学 土木工程学院 教授班级：交通2011(1、2),2.2 概率极限状态设计法的基本概念,1、结构设计的目的 使所设计的结构，在规定时间内以足够的概率完成所有预期功能的要求。 2、结构设计的预期功能要求 结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用 承载能力 结构在正常使用条件下具有良好的工作性能适用性 结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性耐久性 在偶然荷载作用下或偶然事件发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌稳定性,安全性,3、结构的可靠性 安全性、适用性和耐久性统称结构的可靠性。

2、4、结构的可靠度 是结构可靠性的度量，指在规定的时间内，在规定的条件下，完成预期功能要求的概率。 5、设计基准期 概念：是进行结构可靠性/可靠度分析时，考虑持久设计状况下各项基本设计变量与时间关系所采用的基准时间参数 设计基准期取值：国际上取值标准不一，多取50120年，重大结构适当延长；中国公路桥梁设计规范统一取100年。,设计基准期与使用寿命,设计基准期：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。 使用寿命：为结构或构件在正常维护条件下，不需要大修即可按其设计规定的目的正常使用的时间。 结构的使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，不能保证其目标可靠指标，

3、但不等于结构丧失所有要求功能甚至报废，通常使用寿命大于设计基准期。,6、结构的极限状态 可靠状态：结构能够满足各项功能要求而良好工作的状态 失效状态：可靠状态以外的其他工作状态 极限状态：上述两者的临界/边际状态 分三类： 承载能力极限状态：对应于安全功能要求，失去平衡，结构构件或连接处因超过材料强度而破坏，失稳，结构转变成机动体系 ； 正常使用极限状态：对应于适用和耐久功能要求，变形，局部损坏，振动，沉降过大等； 破坏-安全极限状态：对应于偶然、特殊作用下的安全功能要求，允许局部损伤，避免整体倒塌,7、结构功能函数 是描述结构满足功能要求的情形或程度（工作状态）的函数，结构抗力R与作用效应S

4、之差 Z=g(R, S)=R- S 结构抗力R：结构构件承受内力和变形的能力，它是结构材料性能和几何参数等的函数。 作用S：施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，它分为直接作用和间接作用。,7、结构功能函数 可靠指标用来描述结构可靠度的原因 可靠指标计算简单，且与可靠度有一一对应的数量关系； 值愈大，失效概率Pf值就愈小； 值愈小，失效概率Pf值就愈大。,8、目标可靠指标 为使结构设计安全和经济合理，确定一个公众所能接受的建筑结构的失效概率或可靠指标，称为目标可靠指标 (允许失效概率) 。,公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T 50283-1999规定，持久状况的

5、极限承载能力极限状态设计的目标可靠指标,对于正常使用极限状态设计时，公路工程结构的目标可靠指标可根据不同类型结构的特点和工程经验确定。,2.3 我国公路桥涵设计规范的计算原则,1、三种设计工况 2、承载能力极限状态计算表达式 3、持久状况正常使用极限状态计算表达式,1、三种设计工况 持久状况 定义：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。 设计要求：必须同时进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计 短暂状况 定义：桥涵施工过程中承受临时性荷载/作用的状况。 设计要求：一般只进行承载能力极限状态设计，必要时进行正常使用极限状态的设计,偶然状况 定义：桥涵使用过程中偶然出现的状况

6、，如地震、车/船撞击等，出现概率极小。 设计要求：只需进行承载能力极限状态设计，保证主要承重结构不至于因为非主要承重结构破坏或自身局部损伤而丧失承载能力或发生连续倒塌。,2.3 我国公路桥涵设计规范的计算原则,1、三种设计工况 2、承载能力极限状态计算表达式 3、持久状况正常使用极限状态计算表达式,2、承载能力极限状态计算表达式 理论基础：塑性理论（极限状态下材料进入塑性） 计算内容：构件承载能力，结构/构件稳定性，必要时应包括结构抵抗倾覆和滑移的设计计算 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。,式中 0 ：结构重要性系数， Sd：作用（或荷载）效应（其

7、中汽车荷载应计入冲击系数）的组合设计值； R：构件承载力设计值；,结构重要性系数0 体现不同重要程度的桥涵的可靠度要求差异，通过结构重要性系数0来量化体现。 根据桥涵结构破坏后的严重程度，公路桥涵结构的设计安全等级如下表如示：,取值原则： 同一座桥梁只宜取一设计安全等级； 对个别构件允许在必要时作安全等级的调整，但调整后同一座桥梁内各构件安全等级的级差不应超过一个等级。,2.3 我国公路桥涵设计规范的计算原则,1、三种设计工况 2、承载能力极限状态计算表达式 3、持久状况正常使用极限状态计算表达式,3、持久状况正常使用极限状态计算表达式 理论基础：结构弹性或弹塑性理论 计算内容：构件的抗裂性、

8、裂缝宽度和构件挠度 设计原则：正常使用极限状态下的作用效应组合设计值，应小于或等于相应的规定限值，属于 基本公式：,S正常使用极限状态的作用效应组合设计值； C1结构构件达到正常使用要求所规定的限值。,2 结构按极限状态法设计计算的原则,重点： 2.1 结构设计方法的发展 2.2 概率极限状态设计法的基本概念 2.3 我国公路桥涵设计规范的计算原则 2.4 材料强度的取值 2.5 作用的代表值和作用效应组合,2.4.1 材料强度指标的取值原则,1、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

9、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。 2、材料强度设计值： 设计值是标准值除以材料性能分项系数m，即f=fk / m,2.5 作用的代表值和作用效应组合,1、作用分类 按时间特性来分类： 永久作用：结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用 可变作用：结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽视的作用 偶然作用：结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用,2.5 作用的代表值和作用效应组合,1、作用代表值标准值 定义：结构构件在使用期间的可能出现的最大作用 2、作用代表值频遇值 在设计基准期

10、内，可变作用超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的作用值。结构上频繁出现且量值较大的作用。 频遇值标准值频遇系数1 注：可变作用采用频遇值作为代表值进行短期效应（频遇）正常使用极限状态设计。,3、作用代表值准永久值 可变作用准永久值：设计基准期内超越概率为50%的作用值；是结构上经常出现、且量值较小的荷载作用取值。 准永久值标准值准永久值系数 2 注：可变作用采用准永久值作为代表值进行长期效应（准永久）正常使用极限设计。 4、作用代表值设计值 标准值与分项系数的乘积。分项系数是考虑作用超过标准值的可能性。,2.5 作用的代表值和作用效应组合,3、作用效应组合 结构上同时作用有多种荷

11、载时要考虑作用效应的组合。其中对结构构件产生总效应最不利的一组组合称为最不利组合，按其进行设计。 分为：承载能力极限状态设计时的效应组合和正常使用极限状态设计时的效应组合。,2.5 作用的代表值和作用效应组合,承载能力极限状态设计时的效应组合,公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：基本组合和偶然组合 基本表达式： 基本组合 ：永久作用设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为： 或,考虑结构重要性系数的作用效应设计值,考虑永久作用效应分项系数的永久作用效应设计值,考虑汽车荷载效应分项系数的汽车荷载设计值,考虑除汽车荷载之外的可变作用效应分项系数以及多种

12、可变作用效应的组合系数的可变作用效应设计值,作用短期效应：永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为： 作用长期效应：永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：,正常使用极限状态设计时的效应组合,小结,1、了解概念，结构上的作用、作用效应、结构抗力； 2、结构的功能要求、结构功能的极限状态； 3、了解概率极限状态设计方法，理解可靠度、可靠指标的概念； 4、掌握概率极限状态设计实用表达式；掌握材料强度值和荷载各种代表值的取法，并能够根据不同设计要求进行相应的荷载组合。 作业：2-1，2-3，2-7，2-8,3 受弯构件正截面承载力计算,重点： 3.

13、1 受弯构件的截面形式与构造 3.2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态 3.3 受弯构件正截面承载力计算原则 3.4 单筋矩形截面受弯构件 3.5 双筋矩形截面受弯构件 3.6 T形截面受弯构件,3.1 受弯构件的截面形式与构造,基本概念： 钢筋混凝土梁和板是典型的受弯构件，在桥梁工程中应用很广泛，例如：中小跨经梁或板式桥上部结构中承重的梁和板、人行道板、行车道板等均为受弯构件。 受弯构件主要是指梁与板。与构件轴线相垂直的截面称为正截面；与构件轴线斜交的截面称为斜截面。,3.1 受弯构件的截面形式与构造,受弯构件正截面承载力计算就是根据受弯构件所承受的弯矩组合设计值Md来对来对构件进行设计，

14、包括确定截面尺寸、材料强度、钢筋的布置及数量。 重点： 3.1.1 截面形式和尺寸 3.1.2 受弯构件的钢筋构造,3.1.1 截面形式和尺寸,结构中常用的梁、板是典型的受弯构件。 仅在截面的受拉区配置受力钢筋的钢筋混凝土构件称为单筋受弯构件； 在受拉区及受压区均配置受力钢筋的钢筋混凝土构件称为双筋受弯构件。,截面形式和钢筋布置,工程实例,梁的截面尺寸与构造要求： 分为现浇梁和预制梁 梁的截面尺寸先根据梁的跨度和荷载、工程经验初步确定，然后通过计算确定。 尺寸选用原则： （1）钢筋混凝土现浇矩形截面梁，梁宽一般采用120mm、150mm、180mm、200mm、220mm、250mm等尺寸，其

15、后梁高h800mm时可按50mm一级增加，梁高h800mm时可按100mm一级增加。 整体现浇矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.02.5 矩形梁的高度一般可取梁跨度（即高跨比）的1/101/18,梁的截面尺寸与构造要求： （2）T形截面梁的高宽比h/b一般取2.54.0（此处b为肋宽）。T形截面梁的高跨比（高度与跨径之比）一般为h/L=1/111/16。 T形截面梁翼缘悬臂端的厚度不应小于100mm；翼缘根部厚度不应小于梁高的1/10，当该处设有承托时，承托的加厚部分可计算在内。,3.1.2 受弯构件的钢筋构造,钢筋混凝土梁（板）正截面受弯矩作用时，中和轴以上受压，中和轴以下受拉。,基本概念,

16、3.1.2 受弯构件的钢筋构造,1、配筋率： 构件的配置钢筋的多少通常用的截面配筋率表示，截面配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与混凝土截面有效面积的的比值（用百分比表示）。,基本概念,3.1.2 受弯构件的钢筋构造,1、钢筋混凝土保护层（c）： 指的是钢筋边缘至构件截面表面间最短距离。 作用：为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其他环境因素的作用，同时，也使得钢筋和混凝土之间保证有良好的粘结，其厚度根据构件及其所处环境条件确定（见书后附表18）。,1、板的钢筋 单向板/双向板对于周边支承的桥面板，当长短边之比大于或等于2时，受力以短边方向为主，称为单向板；反之称为双向板,3.1.2 受弯构件的钢筋构造板的钢筋,1、梁的钢筋 梁内钢筋骨架的形成，一般由绑扎和焊接两种形式。绑扎钢筋如下图示，梁内钢筋一般有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋及架立钢筋组成。,3.1.2 受弯构件的钢筋构造梁的钢筋,1、梁的钢筋 焊接钢筋,3.1.2 受弯构件的钢筋构造梁的钢筋,2、梁的钢筋 主筋：直径为1432mm，最大不超过40mm。因为钢筋过粗不仅焊接、弯折困难，而且对抗裂不利。