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1、第三章 结构设计方法失效概率的心理接受程度失效概率的心理接受程度 以坐飞机以坐飞机以坐飞机以坐飞机“ “安全安全安全安全” ”为例为例为例为例可靠概率可靠概率失事概率失事概率乘坐心理乘坐心理99/1001/100不敢坐不敢坐999/10001/1000望而生畏望而生畏9999/100001/10000岌岌可危岌岌可危99999/1000001/100000心有余悸心有余悸999999/10000001/1000000“安全安全”1第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法Sk f (S)，f (R)S，RRkSk f (S)，f (R)S，RRkSk f (S)，f (R)S，RRkSk f (
2、S)，f (R)S，RRk设计验算点设计验算点S*=R*案例四：案例四：假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。2第三章 结构设计方法1.效应取某一分位数的上限，抗力取定值时，功效应取某一分位数的上限，抗力取定值时，功能函数满足和作用效应对应分位数相等的概率。能函数满足和作用效应
3、对应分位数相等的概率。2.效应取均值，抗力取某一分位数的下限时，功效应取均值，抗力取某一分位数的下限时，功能函数失效概率会增加。能函数失效概率会增加。 3.效应取某一分位数的上限，抗力取某一分位数效应取某一分位数的上限，抗力取某一分位数的下限时，功能函数满足不失效的概率会有所提的下限时，功能函数满足不失效的概率会有所提高，但可靠指标远低于规范规定指标，失效概率高，但可靠指标远低于规范规定指标，失效概率过高，不为人所接收。过高，不为人所接收。 设计时必须继续提高效应分位值，同时降低设计时必须继续提高效应分位值，同时降低抗力的分位值，所得功能函数的失效概率才能为抗力的分位值，所得功能函数的失效概率
4、才能为人们接收。人们接收。3第三章 结构设计方法 fS,R,ZZ=R-SSR构件失效和拉力及荷载的关系构件失效和拉力及荷载的关系构件失效和拉力及荷载的关系构件失效和拉力及荷载的关系干涉区概念干涉区概念干涉区概念干涉区概念4第三章 结构设计方法Failure Probability of StructuresAttention!Actually, it has been verified that there exists a relationship as follows:5第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法Sk f (S)，f (R)S，RRkSk f (S)，f (R)S，RRkSk
5、 f (S)，f (R)S，RRkSk f (S)，f (R)S，RRk设计验算点设计验算点S*=R*案例四：案例四：假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不假定悬挂物体的重量标准值和均方差已为定值，不断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。断提高钢筋强度的均值来满足提高的可靠指标要求。6第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法分项系数的应用：分项系数的应用： 可靠指标可靠指标的计算复杂，计算工作量大，不适
6、用；的计算复杂，计算工作量大，不适用； 采用采用分项系数分项系数来代替可靠指标；来代替可靠指标；分项系数必须使得计算表达式分项系数必须使得计算表达式简单、适用简单、适用，又能反映结，又能反映结构的可靠概率或失效概率；构的可靠概率或失效概率；分项系数起着与目标可靠指标分项系数起着与目标可靠指标等价等价的作用；的作用；分项系数可以通过分项系数可以通过分离函数分离函数得到；得到； 请看P40加拿大学者N.C.Lind提出的方法7第三章 结构设计方法g gS 作用效应分项系数作用效应分项系数g gR结构抗力分项系数结构抗力分项系数定义：定义：则原极限状态要求：则原极限状态要求：变成新的可靠性要求：变成
7、新的可靠性要求：作用效应设计值作用效应设计值结构抗力设计值结构抗力设计值上式变为：上式变为：标准值水平标准值水平设计值水平设计值水平8第三章 结构设计方法分项系数我国欧洲MC90永久荷载分项系数 1.0(当永久荷载效应对结构有利时）1.35可变荷载分项系数1.41.3（q4KN/m2)1.50混凝土材料分项系数1.401.50钢筋材料分项系数1.101.15表3.1 承载能力极限状态分项系数承载能力极限状态分项系数1.20（可变荷载效应控制的组合）1.35（永久荷载效应控制的组合）正常使用极限状态，正常使用极限状态，可靠度要求可适当降低，所有分项系数取可靠度要求可适当降低，所有分项系数取1.0
8、第三章 结构设计方法9第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法材料强度设计值材料强度设计值10第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法对由可变荷载效应控制的组合：对由可变荷载效应控制的组合：对由永久荷载效应控制的组合：对由永久荷载效应控制的组合：g g0 结构重要性系数结构重要性系数(考虑到结构安全等级的差异，在抗震考虑到结构安全等级的差异，在抗震设计中，不考虑。设计中，不考虑。）建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定：对于基本组合，荷载效应组合的规定：对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从由设计值应从由可变荷载效应控制的组合可变荷载效应控制的组合和和永久荷载效应控制的永久荷载效应控制的组合组合
9、两组组合中取最不利值确定。两组组合中取最不利值确定。承载能力极限状态设计表达式：承载能力极限状态设计表达式：11第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法荷载的标准组合荷载的标准组合荷载的标准组合荷载的标准组合（主要用于当一个极限状态被超越时将产生严（主要用于当一个极限状态被超越时将产生严（主要用于当一个极限状态被超越时将产生严（主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久损害的情况）重的永久损害的情况）重的永久损害的情况）重的永久损害的情况）：荷载的准永久组合荷载的准永久组合（主要用在当长期效应是决定性因素时（主要用在当长期效应是决定性因素时（主要用在当长期效应是决定性因素时（主要用在当长期
10、效应是决定性因素时）：建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定按不同的设计目的，分别选用荷载规定按不同的设计目的，分别选用荷载规定按不同的设计目的，分别选用荷载规定按不同的设计目的，分别选用荷载的标准组合、频遇组合和荷载的准永久组合。的标准组合、频遇组合和荷载的准永久组合。的标准组合、频遇组合和荷载的准永久组合。的标准组合、频遇组合和荷载的准永久组合。正常使用极限状态设计表达式：正常使用极限状态设计表达式：荷载的频遇组合荷载的频遇组合（主要用于当一个极限状态被超越时将产生局（主要用于当一个极限状态被超越时将产生局（主要用于当一个极限状态被超越时将产生局（主要用于当一
11、个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动）部损害、较大变形或短暂振动）部损害、较大变形或短暂振动）部损害、较大变形或短暂振动）：12第三章 结构设计方法Relationship between Reliability Index and Safety Factor However, is not only related to the center position of PDF of R & S, Safety factor K cannot reflect this fact !Reliability index can reflect this fact !it is als
12、o related to the degree of disperse relative to the means.13第三章 结构设计方法表达式中虽然用了统计与概率的方法，但表达式中虽然用了统计与概率的方法，但在分析中只用到统计的平均值和均方差，在分析中只用到统计的平均值和均方差，并非实际的概率分布；并非实际的概率分布；分项系数导出时，采用了近似的处理方法，分项系数导出时，采用了近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为因而计算结果是近似的，所以只能称为近似概率设计方法近似概率设计方法。为什么称为：按近似概率等极限状态设计法？为什么称为：按近似概率等极限状态设计法？为什么称为：按近似
13、概率等极限状态设计法？为什么称为：按近似概率等极限状态设计法？14第三章 结构设计方法15第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法极限状态：极限状态：点点截面截面构件构件结构结构结构可靠度结构可靠度可靠性的概率度量可靠性的概率度量失效概率、可靠指标失效概率、可靠指标分项系数分项系数作用作用作用效应作用效应作用效应标准值作用效应标准值作用效应设计值作用效应设计值结构抗力结构抗力材料强度标准值材料强度标准值材料强度设计值材料强度设计值小小 结结16第三章 结构设计方法一位不知名的作者一位不知名的作者一位不知名的作者一位不知名的作者17第三章 结构设计方法科学家很难成为工程师科学家很难成为工程师但工
14、程师可以成为科学家但工程师可以成为科学家一个好的工程师一个好的工程师是懂得科学是懂得科学并很好的运用科学并很好的运用科学去解决工程问题去解决工程问题18第三章 结构设计方法第三章 结构设计方法什么是什么是设计？设计？ 人们对将要进行的活动，根据一定的理论基础，事人们对将要进行的活动，根据一定的理论基础，事先做出规划和安排，使预期的活动能更合理的进行。先做出规划和安排，使预期的活动能更合理的进行。设计设计 是从未知是从未知已知，包括收集资料，方案比较，已知，包括收集资料，方案比较，计算分析，结果评价，反复修改。计算分析，结果评价，反复修改。设计设计 是一项综合性的创造性工作，设计不是一次就是一项
15、综合性的创造性工作，设计不是一次就能成功的。能成功的。设计设计 是一个寻找最佳解的过程。是一个寻找最佳解的过程。设计结果设计结果 答案不唯一，但有好坏之分。答案不唯一，但有好坏之分。19第三章 结构设计方法课堂作业（一）课堂作业（一）1、钢筋和混凝土是如何共同工作的？、钢筋和混凝土是如何共同工作的？2、某方形钢筋混凝土短柱浇筑后发现混凝土强度、某方形钢筋混凝土短柱浇筑后发现混凝土强度不足，根据约束混凝土原理如何加固该柱？不足，根据约束混凝土原理如何加固该柱？3、什么是结构的极限状态？结构的极限状态分为几、什么是结构的极限状态？结构的极限状态分为几类，其含义各是什么？类，其含义各是什么？4、什么是结构的可靠性和可靠度？、什么是结构的可靠性和可靠度？5、什么是荷载的标准值、什么是荷载的设计值？、什么是荷载的标准值、什么是荷载的设计值？可靠指标体现在何处？可靠指标体现在何处？第三章 结构设计方法20
