高等钢筋溷凝土结构11结构设计方法

《高等钢筋溷凝土结构11结构设计方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高等钢筋溷凝土结构11结构设计方法（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十一章第十一章 结构设计方法结构设计方法 目目目目前前前前我我我我国国国国土土土土木木木木工工工工程程程程结结结结构构构构教教教教育育育育和和和和各各各各种种种种工工工工程程程程结结结结构构构构设设设设计计计计规规规规范范范范的的的的主要内容，对结构安全性的计算都是着落于结构构件主要内容，对结构安全性的计算都是着落于结构构件主要内容，对结构安全性的计算都是着落于结构构件主要内容，对结构安全性的计算都是着落于结构构件 这这这这显显显显然然然然没没没没有有有有能能能能够够够够使使使使得得得得结结结结构构构构工工工工程程程程师师师师更更更更多多多多的的的的考考考考虑虑虑虑整整整整体体体体结结结结构

2、构构构的的的的安全性。安全性。安全性。安全性。 虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一定的联虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一定的联虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一定的联虽然结构构件的安全性与整体结构的安全性有一定的联 系，但系，但系，但系，但 结构构件的安全性结构构件的安全性结构构件的安全性结构构件的安全性 整体结构的安全性整体结构的安全性整体结构的安全性整体结构的安全性工程结构的鲁棒性工程结构的鲁棒性 所所所所有有有有结结结结构构构构构构构构件件件件安安安安全全全全性性性性相相相相同同同同的的的的结结结结构构构构，其其其其整整整整体体体体结结结结构构构构的的的的安安安

3、安全全全全性性性性不不不不一定相同。一定相同。一定相同。一定相同。 一一一一个个个个结结结结构构构构工工工工程程程程师师师师的的的的设设设设计计计计水水水水平平平平，往往往往往往往往体体体体现现现现在在在在他他他他对对对对整整整整体体体体结结结结构构构构安全性的把握。安全性的把握。安全性的把握。安全性的把握。 工工工工程程程程结结结结构构构构的的的的鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性就就就就是是是是研研研研究究究究整整整整体体体体结结结结构构构构安安安安全全全全性性性性，使使使使结结结结构构构构工工工工程程程程师师师师在在在在保保保保证证证证结结结结构构构构构构构构件件件件安安安安全全全全性性性性的的的

4、的前前前前提提提提下下下下，更更更更多多多多的的的的关关关关注注注注整整整整体体体体结结结结构的安全性。构的安全性。构的安全性。构的安全性。耐久性耐久性耐久性耐久性适用性适用性适用性适用性承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态安全性安全性安全性安全性结构的结构的功能功能SafetyServiceabilityDurability正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态鲁棒性鲁棒性鲁棒性鲁棒性Robustness 意外情况下的安全性意外情况下的安全性意外情况下的安全性意外情况下的安全性结构鲁棒性的概念和意义结构鲁棒性的概念和意义结构鲁棒性的概念和

5、意义结构鲁棒性的概念和意义鲁棒性鲁棒性 RobustnessRobustness 鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒是是是是RobustRobust的的的的音音音音译译译译，也也也也就就就就是是是是健健健健壮壮壮壮、坚坚坚坚固固固固、耐耐耐耐用用用用的的的的意意意意思思思思。 鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性（robustnessrobustness）就就就就是是是是系系系系统统统统的的的的健健健健壮壮壮壮性性性性。它它它它是是是是在在在在异异异异常常常常和和和和危危危危险险险险情情情情况况况况下下下下系系系系统统统统生生生生存存存存的的的的关关关关键键键键。比比比比如如如如说说说说，计计计计算算算算机机机机软软软软件

6、件件件在在在在输输输输入入入入错错错错误误误误、磁磁磁磁盘盘盘盘故故故故障障障障、网网网网络络络络过过过过载载载载或或或或有有有有意意意意攻攻攻攻击击击击情情情情况况况况下下下下，能能能能否否否否不不不不死死死死机机机机、不不不不崩崩崩崩溃溃溃溃，就就就就是是是是该该该该软软软软件件件件的的的的鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性。所所所所谓谓谓谓“ “鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性” ”，是是是是指指指指控控控控制制制制系系系系统统统统在在在在一一一一定定定定（结结结结构构构构，大大大大小小小小）的的的的参参参参数数数数摄摄摄摄动动动动下下下下，维维维维持持持持某某某某些些些些性性性性能能能能的的的的特特特特

7、性性性性。根根根根据据据据对对对对性性性性能能能能的的的的不不不不同同同同定定定定义义义义，可可可可分分分分为为为为稳稳稳稳定定定定鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性和和和和性性性性能能能能鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性。以以以以闭闭闭闭环环环环系系系系统统统统的的的的鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性作作作作为为为为目目目目标标标标设设设设计计计计得得得得到的固定控制器称为鲁棒控制器。到的固定控制器称为鲁棒控制器。到的固定控制器称为鲁棒控制器。到的固定控制器称为鲁棒控制器。 鲁棒性，结构的整体性及结构的抗倒塌性鲁棒性，结构的整体性及结构的抗倒塌性鲁棒性，结构的整体性及结构的抗倒塌性鲁棒性，结构的整体性及结构的抗倒塌性

8、 易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度易损性，结构容易受到伤害或损伤的程度 鲁棒性的反意是易损性（鲁棒性的反意是易损性（鲁棒性的反意是易损性（鲁棒性的反意是易损性（VulnerabilityVulnerability） JitendraJitendra A A等等等等（20032003）对对对对结结结结构构构构易易易易损损损损性性性性的的的的解解解解释释释释是是是是，局局局局部部部部很很很很小小小小的破坏导致很大的结构破坏的破坏导致很大的结构破坏的破坏导致很大的结构破坏的破坏导致很大的结构破坏 显然一个整体性好的结构，也即

9、结构的局部破坏不影响结显然一个整体性好的结构，也即结构的局部破坏不影响结显然一个整体性好的结构，也即结构的局部破坏不影响结显然一个整体性好的结构，也即结构的局部破坏不影响结构的整体安全性时，结构的易损性就小，鲁棒性就大构的整体安全性时，结构的易损性就小，鲁棒性就大构的整体安全性时，结构的易损性就小，鲁棒性就大构的整体安全性时，结构的易损性就小，鲁棒性就大 相相相相对对对对于于于于工工工工程程程程结结结结构构构构在在在在正正正正常常常常情情情情况况况况下下下下的的的的安安安安全全全全性性性性、适适适适用用用用性性性性和和和和耐耐耐耐久久久久性性性性的的的的性性性性能能能能，工工工工程程程程结结结

10、结构构构构的的的的鲁鲁鲁鲁棒棒棒棒性性性性是是是是指指指指整整整整体体体体结结结结构抵御意外事件的能力构抵御意外事件的能力构抵御意外事件的能力构抵御意外事件的能力 事事事事实实实实上上上上，结结结结构构构构的的的的安安安安全全全全性性性性往往往往往往往往是是是是在在在在意意意意外外外外事事事事件件件件情情情情况况况况下下下下才能体现出来才能体现出来才能体现出来才能体现出来 意意意意外外外外事事事事件件件件是是是是指指指指在在在在工工工工程程程程结结结结构构构构使使使使用用用用阶阶阶阶段段段段可可可可能能能能出出出出现现现现，但但但但其其其其量量量量值值值值、作作作作用用用用形形形形式式式式和和

11、和和作作作作用用用用位位位位置置置置难难难难以以以以估估估估计计计计的的的的非非非非正正正正常常常常荷荷荷荷载载载载和和和和作作作作用用用用（如如如如极极极极罕罕罕罕遇遇遇遇地地地地震震震震、飞飞飞飞机机机机撞撞撞撞击击击击、恐恐恐恐怖怖怖怖爆爆爆爆炸袭击、重大人为失误等）炸袭击、重大人为失误等）炸袭击、重大人为失误等）炸袭击、重大人为失误等） 对对对对于于于于意意意意外外外外事事事事件件件件，在在在在工工工工程程程程结结结结构构构构的的的的设设设设计计计计阶阶阶阶段段段段通通通通常常常常无无无无法法法法进行细致全面和深入的分析，并给予充分保证进行细致全面和深入的分析，并给予充分保证进行细致全

12、面和深入的分析，并给予充分保证进行细致全面和深入的分析，并给予充分保证 工工工工程程程程结结结结构构构构在在在在意意意意外外外外事事事事件件件件发发发发生生生生时时时时和和和和发发发发生生生生后后后后，应应应应能能能能保保保保持持持持整整整整体体体体稳稳稳稳定定定定性性性性，不不不不应应应应发发发发生生生生与与与与其其其其原原原原因因因因不不不不相相相相称称称称的的的的倒倒倒倒塌塌塌塌或或或或连续破坏，造成重大的生命和财产损失连续破坏，造成重大的生命和财产损失连续破坏，造成重大的生命和财产损失连续破坏，造成重大的生命和财产损失鲁棒性与安全性既有联系，又有区别鲁棒性与安全性既有联系，又有区别鲁棒

13、性与安全性既有联系，又有区别鲁棒性与安全性既有联系，又有区别基本承载力基本承载力基本承载力基本承载力安全储备安全储备安全储备安全储备意外事件意外事件意外事件意外事件安全储备安全储备安全储备安全储备安全性安全性安全性安全性l l正常荷载和作用正常荷载和作用正常荷载和作用正常荷载和作用l l构件破坏构件破坏构件破坏构件破坏l l构件最大承载力构件最大承载力构件最大承载力构件最大承载力l l弹性计算弹性计算弹性计算弹性计算l l承载力承载力承载力承载力鲁棒性与安全性的区别鲁棒性与安全性的区别鲁棒性鲁棒性鲁棒性鲁棒性l l意外荷载和作用意外荷载和作用意外荷载和作用意外荷载和作用l l结结结结构构构构破

14、破破破坏坏坏坏( (结结结结构构构构体体体体系系系系) )l l结构最大承载力结构最大承载力结构最大承载力结构最大承载力l l构件连接构件连接构件连接构件连接l l弹塑性计算弹塑性计算弹塑性计算弹塑性计算l l变形变形变形变形鲁棒性与冗余度鲁棒性与冗余度 与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度 RedundancyRedundancy 结构的冗余度，即结构的超静定次数。结构的冗余度，即结构的超静定次数。结构的冗余度，即结构的超静定次数。结构的冗余度，即结构的超静定次

15、数。 但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力可转由

16、结构其它未破坏部分传递，称为备用传力可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力路径和备用传力能力。路径和备用传力能力。路径和备用传力能力。路径和备用传力能力。 冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和备用传力能力大，其鲁棒性也高。备用传力能力大，其鲁棒性也高。备用传力能力大，其鲁棒性也高。备用传力能力大，其鲁棒性也高。 结构的破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏结构的破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏结构的破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏结构的

17、破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏模式。模式。模式。模式。 具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等；墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等；墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等；墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等； 而框支结构、积木式结构（砌体结构）则往往容易产生而框支结构、积木式结构（砌体结构）则往往容易产生而框支结构、积木式结构（砌体结构）则往往容易产生而框支结构、积木式

18、结构（砌体结构）则往往容易产生局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体结构的严重破坏、并造成重大灾害。结构的严重破坏、并造成重大灾害。结构的严重破坏、并造成重大灾害。结构的严重破坏、并造成重大灾害。 uu只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性的措施才具有实际意义的措施才具有实际意义的措施才具有

19、实际意义的措施才具有实际意义。结构破坏模式与鲁棒性结构破坏模式与鲁棒性 具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从

20、构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。 从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构可以使得更多的（次要或赘余）构件破坏，有利于耗散可以使得更多的（次要或赘余）构件破坏，有利于耗散可以使得更多的（次要或赘余）构件破坏，有利于耗散可以使得更多的（次要或赘余）构

21、件破坏，有利于耗散更多的能量。更多的能量。更多的能量。更多的能量。 结构的鲁棒性高，意味着结构有更高的安全储备结构的鲁棒性高，意味着结构有更高的安全储备结构的鲁棒性高，意味着结构有更高的安全储备结构的鲁棒性高，意味着结构有更高的安全储备 通常人们所理解的结构的安全储备，是指结构的最大承载通常人们所理解的结构的安全储备，是指结构的最大承载通常人们所理解的结构的安全储备，是指结构的最大承载通常人们所理解的结构的安全储备，是指结构的最大承载力与使用荷载的比值。力与使用荷载的比值。力与使用荷载的比值。力与使用荷载的比值。 实际上，延性大小也是结构安全储备的重要组成部分。实际上，延性大小也是结构安全储备

22、的重要组成部分。实际上，延性大小也是结构安全储备的重要组成部分。实际上，延性大小也是结构安全储备的重要组成部分。 从结构冗余度观点来看，脆性构件的破坏通常导致与该构从结构冗余度观点来看，脆性构件的破坏通常导致与该构从结构冗余度观点来看，脆性构件的破坏通常导致与该构从结构冗余度观点来看，脆性构件的破坏通常导致与该构件相关联的所有冗余度均丧失，而延性构件的破坏则不会件相关联的所有冗余度均丧失，而延性构件的破坏则不会件相关联的所有冗余度均丧失，而延性构件的破坏则不会件相关联的所有冗余度均丧失，而延性构件的破坏则不会导致与该构件相关联的所有冗余度同时丧失，即延性构件导致与该构件相关联的所有冗余度同时丧

23、失，即延性构件导致与该构件相关联的所有冗余度同时丧失，即延性构件导致与该构件相关联的所有冗余度同时丧失，即延性构件对于维持整体结构的冗余度具有重要作用。对于维持整体结构的冗余度具有重要作用。对于维持整体结构的冗余度具有重要作用。对于维持整体结构的冗余度具有重要作用。 结构的承载力和延性与鲁棒性结构的承载力和延性与鲁棒性 需引起注意是，在讨论结构延性问题时，不能仅仅局限需引起注意是，在讨论结构延性问题时，不能仅仅局限需引起注意是，在讨论结构延性问题时，不能仅仅局限需引起注意是，在讨论结构延性问题时，不能仅仅局限于延性系数，而要将结构的延性与结构的破坏模式联系于延性系数，而要将结构的延性与结构的破

24、坏模式联系于延性系数，而要将结构的延性与结构的破坏模式联系于延性系数，而要将结构的延性与结构的破坏模式联系起来。起来。起来。起来。 对于抗震结构来说，整体结构的延性比局部构件的延性对于抗震结构来说，整体结构的延性比局部构件的延性对于抗震结构来说，整体结构的延性比局部构件的延性对于抗震结构来说，整体结构的延性比局部构件的延性更为重要。更为重要。更为重要。更为重要。 比如说，延性系数达到比如说，延性系数达到比如说，延性系数达到比如说，延性系数达到6 6的框支结构，其抗震性能和鲁的框支结构，其抗震性能和鲁的框支结构，其抗震性能和鲁的框支结构，其抗震性能和鲁棒性不可能好于延性系数只有棒性不可能好于延性

25、系数只有棒性不可能好于延性系数只有棒性不可能好于延性系数只有3 3的剪力墙结构。的剪力墙结构。的剪力墙结构。的剪力墙结构。 通常，构件的延性是保证出现塑性铰部位的变形能力和通常，构件的延性是保证出现塑性铰部位的变形能力和通常，构件的延性是保证出现塑性铰部位的变形能力和通常，构件的延性是保证出现塑性铰部位的变形能力和耗能能力。耗能能力。耗能能力。耗能能力。 而结构的延性与构件的延性既有联系，又有区别而结构的延性与构件的延性既有联系，又有区别而结构的延性与构件的延性既有联系，又有区别而结构的延性与构件的延性既有联系，又有区别 结构的延性反映的是整体结构在某种荷载下的宏观变形结构的延性反映的是整体结

26、构在某种荷载下的宏观变形结构的延性反映的是整体结构在某种荷载下的宏观变形结构的延性反映的是整体结构在某种荷载下的宏观变形能力。能力。能力。能力。 赘余构件是一种特殊的次要构件，对增加结构的鲁棒性赘余构件是一种特殊的次要构件，对增加结构的鲁棒性赘余构件是一种特殊的次要构件，对增加结构的鲁棒性赘余构件是一种特殊的次要构件，对增加结构的鲁棒性具有重要意义，甚至是十分重要的。具有重要意义，甚至是十分重要的。具有重要意义，甚至是十分重要的。具有重要意义，甚至是十分重要的。 许多消能减震结构，特别是采用位移型阻尼器的消能减许多消能减震结构，特别是采用位移型阻尼器的消能减许多消能减震结构，特别是采用位移型阻

27、尼器的消能减许多消能减震结构，特别是采用位移型阻尼器的消能减震结构，位移型阻尼器实际上都是一种赘余构件。震结构，位移型阻尼器实际上都是一种赘余构件。震结构，位移型阻尼器实际上都是一种赘余构件。震结构，位移型阻尼器实际上都是一种赘余构件。 赘余构件与鲁棒性赘余构件与鲁棒性赘余构件与鲁棒性赘余构件与鲁棒性 赘余构件在正常使用情况下不起作用或只起很小的作用，赘余构件在正常使用情况下不起作用或只起很小的作用，赘余构件在正常使用情况下不起作用或只起很小的作用，赘余构件在正常使用情况下不起作用或只起很小的作用，但在遭遇意外事件（如罕遇地震）时，它们就能够起作但在遭遇意外事件（如罕遇地震）时，它们就能够起作

28、但在遭遇意外事件（如罕遇地震）时，它们就能够起作但在遭遇意外事件（如罕遇地震）时，它们就能够起作用。用。用。用。 赘余构件的破坏、甚至退出（从结构中去除）不会影响赘余构件的破坏、甚至退出（从结构中去除）不会影响赘余构件的破坏、甚至退出（从结构中去除）不会影响赘余构件的破坏、甚至退出（从结构中去除）不会影响整个结构的完整性。整个结构的完整性。整个结构的完整性。整个结构的完整性。 虽然赘余构件的采用可能违背工程经济与简洁的概念，虽然赘余构件的采用可能违背工程经济与简洁的概念，虽然赘余构件的采用可能违背工程经济与简洁的概念，虽然赘余构件的采用可能违背工程经济与简洁的概念，但作为一种特殊的安全储备，对

29、于结构抵御不可预测的但作为一种特殊的安全储备，对于结构抵御不可预测的但作为一种特殊的安全储备，对于结构抵御不可预测的但作为一种特殊的安全储备，对于结构抵御不可预测的意外作用具有重要作用。意外作用具有重要作用。意外作用具有重要作用。意外作用具有重要作用。 从某种程度说，对于结构鲁棒性来说，合理设置赘余构从某种程度说，对于结构鲁棒性来说，合理设置赘余构从某种程度说，对于结构鲁棒性来说，合理设置赘余构从某种程度说，对于结构鲁棒性来说，合理设置赘余构件的概念可能比计算设计更为重要。件的概念可能比计算设计更为重要。件的概念可能比计算设计更为重要。件的概念可能比计算设计更为重要。 由于赘余构件要求先于主体

30、结构构件破坏，因此赘余构由于赘余构件要求先于主体结构构件破坏，因此赘余构由于赘余构件要求先于主体结构构件破坏，因此赘余构由于赘余构件要求先于主体结构构件破坏，因此赘余构件的安全度不应提高，反而应该降低，只要在正常使用件的安全度不应提高，反而应该降低，只要在正常使用件的安全度不应提高，反而应该降低，只要在正常使用件的安全度不应提高，反而应该降低，只要在正常使用情况下，不因赘余构件的损坏而给使用者带来不适的心情况下，不因赘余构件的损坏而给使用者带来不适的心情况下，不因赘余构件的损坏而给使用者带来不适的心情况下，不因赘余构件的损坏而给使用者带来不适的心理影响即可，否则会适得其反。理影响即可，否则会适

31、得其反。理影响即可，否则会适得其反。理影响即可，否则会适得其反。 提高结构鲁棒性措施的有以下几个方面：提高结构鲁棒性措施的有以下几个方面：提高结构鲁棒性措施的有以下几个方面：提高结构鲁棒性措施的有以下几个方面： 尽量采用具有备用传力路径的结构体系尽量采用具有备用传力路径的结构体系尽量采用具有备用传力路径的结构体系尽量采用具有备用传力路径的结构体系 结构体系应具有层次性，具有整体型关键构件；结构体系应具有层次性，具有整体型关键构件；结构体系应具有层次性，具有整体型关键构件；结构体系应具有层次性，具有整体型关键构件； 应从承载力和延性两方面提高整体结构的安全储备，应从承载力和延性两方面提高整体结构

32、的安全储备，应从承载力和延性两方面提高整体结构的安全储备，应从承载力和延性两方面提高整体结构的安全储备，对对对对于整体型关键构件主要提高承载力安全储备，对于其它于整体型关键构件主要提高承载力安全储备，对于其它于整体型关键构件主要提高承载力安全储备，对于其它于整体型关键构件主要提高承载力安全储备，对于其它构件在保证基本承载力安全储备的基础上，提高变形能构件在保证基本承载力安全储备的基础上，提高变形能构件在保证基本承载力安全储备的基础上，提高变形能构件在保证基本承载力安全储备的基础上，提高变形能力安全储备力安全储备力安全储备力安全储备 使结构在意外事件作用下具有整体型破坏模式；使结构在意外事件作用

33、下具有整体型破坏模式；使结构在意外事件作用下具有整体型破坏模式；使结构在意外事件作用下具有整体型破坏模式； 增加与整体型关键构件相关联的冗余度增加与整体型关键构件相关联的冗余度增加与整体型关键构件相关联的冗余度增加与整体型关键构件相关联的冗余度 设置加强结构整体性的构件，并加强构件间的连接构造设置加强结构整体性的构件，并加强构件间的连接构造设置加强结构整体性的构件，并加强构件间的连接构造设置加强结构整体性的构件，并加强构件间的连接构造措施，增强结构的整体性措施，增强结构的整体性措施，增强结构的整体性措施，增强结构的整体性 设置专门的赘余构件设置专门的赘余构件设置专门的赘余构件设置专门的赘余构件

34、混凝土结构构件设计计算方法混凝土结构构件设计计算方法(calculation method for (calculation method for design)design) 容容 许许 应应 力力 法法：最早的计算理论，沿用弹性理论假设。：最早的计算理论，沿用弹性理论假设。 破破 坏坏 阶阶 段段 法法：与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能：与容许应力法的主要区别是在考虑材料塑性性能 极极 限限 状状 态态 设设 计计 法法：明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程：明确规定结构按三种极限状态进行设计，是工程 概率极限状态设计法概率极限状态设计法：在极限状态设计法的基础上考虑结构的

35、可靠：在极限状态设计法的基础上考虑结构的可靠的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。的基础上，按破坏阶段计算构件截面的承载能力。结构设计理论的重大发展。结构设计理论的重大发展。水准水准 半概率法半概率法水准水准 近似概率法近似概率法水准水准 全概率法全概率法概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。概率，按发展阶段，该法可分为三个水准。钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件：混凝土应力混凝土应力钢筋应力钢筋应力式中：式中： 分别为安全系数分别为安全系数容许应力法容许应力法容许应力法容许应力法构件在外界作用下，某截面的最大应力构件在外界作用下，某截面的最大应力 达到或超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏

36、），达到或超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏），即要满足：即要满足：特点特点 1 1、安全系数、安全系数K K是个大于是个大于1 1的数字的数字 K K越大，结构的安全度就越高，同时材料的用量就越多越大，结构的安全度就越高，同时材料的用量就越多 2 2、没有考虑结构功能的多样性要求、没有考虑结构功能的多样性要求 对于结构一方面要考虑承载能力，另一方面也许考虑其对于结构一方面要考虑承载能力，另一方面也许考虑其正常使用时裂缝、变形。正常使用时裂缝、变形。 3 3、安全系数的确定主要凭借经，缺乏严格科学依据。、安全系数的确定主要凭借经，缺乏严格科学依据。 破损阶段设计法20世纪30年代破损阶段设

37、计法破损阶段设计法：构件在外界作用下，某截面的内力达到某：构件在外界作用下，某截面的内力达到某极限内力时，构件即失效（破坏），以受弯构件为例，其计极限内力时，构件即失效（破坏），以受弯构件为例，其计算表达式为：算表达式为：式中：式中： 为截面中内力，为截面中内力， 为截面所能承受的极限弯矩为截面所能承受的极限弯矩 为安全系数为安全系数 特点特点 1 1、考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接、考虑了材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确由试验验证，构件的总安全度较为明确 2 2、安全系数的确定依赖经验，且是一个定值、安全系数的确定依赖经验，且是一

38、个定值 3 3、没有考虑结构功能的多样性要求、没有考虑结构功能的多样性要求 由于采用了极限平衡的理论，对荷载作用下结构的由于采用了极限平衡的理论，对荷载作用下结构的应力分布及位移变化，无法做出适当的预计。应力分布及位移变化，无法做出适当的预计。多系数极限状态设计法多系数极限状态设计法 1 1、构件的极限状态，不仅包括承载力的极限状态，而且包括、构件的极限状态，不仅包括承载力的极限状态，而且包括挠度（变形）及裂缝宽度的极限状态，这已经包含了安全挠度（变形）及裂缝宽度的极限状态，这已经包含了安全性和适用性的一些概念性和适用性的一些概念 2 2、对于承载能力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，、对

39、于承载能力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一系数，即多系数法。不再采用单一系数，即多系数法。 承载能力极限多系数状态承载能力极限多系数状态表达式：表达式：式中：式中： 为标准荷载或效应，为标准荷载或效应， 为相应的超载系数，为相应的超载系数， 为为钢筋及混凝土的强度，钢筋及混凝土的强度， 为相应的均质系数，为相应的均质系数， 为工作条为工作条件系数，件系数， 为截面几何特性为截面几何特性l 材料强度，材料强度，根据统计后按照一定的保证率，取其下限分位值根据统计后按照一定的保证率，取其下限分位值 l 荷载值荷载值也尽可能根据各种荷载的统计资料，按照一定的保证也尽可能根据各种荷载的

40、统计资料，按照一定的保证率，取其下限分位值率，取其下限分位值 l 材料强度系数、荷载系数材料强度系数、荷载系数仍按经验确定，对不同的荷载变异仍按经验确定，对不同的荷载变异大小，取用不同的系数大小，取用不同的系数 ，备注：特点特点 1、安全系数的选取已经从纯经验性到了部分采用概率统计值、安全系数的选取已经从纯经验性到了部分采用概率统计值 2、设计方法的本质依然是一种半经验半概率的方法、设计方法的本质依然是一种半经验半概率的方法 公路桥涵设计规范公路桥涵设计规范（JTJ 021-85）采用了多系数、）采用了多系数、单系数表达的极限状态设计法单系数表达的极限状态设计法 基于可靠性理论的概率极限状态设

41、计法 20世纪世纪 40年代美国学者年代美国学者A.M.Freadentbal提出了结构可提出了结构可靠性理论，到了靠性理论，到了6070年代结构可靠性理论有了很大的发年代结构可靠性理论有了很大的发展，展，70年代以来，国际上的结构可靠度理论在土木工程领年代以来，国际上的结构可靠度理论在土木工程领域逐步进入了实用阶段。域逐步进入了实用阶段。 我国从我国从20世纪世纪70年代中期才开始研究，但至年代中期才开始研究，但至80年代后期年代后期就在建筑结构领域率先进入了实用阶段，先后出版了系列就在建筑结构领域率先进入了实用阶段，先后出版了系列国家标准国家标准v建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设

42、计统一标准(GBJ68-84) v工程结构可靠度设计统一标准工程结构可靠度设计统一标准(GB50153-92) v港口工程结构可靠度设计统一标准港口工程结构可靠度设计统一标准(GB 50158-92) v铁路工程结构可靠度设计统一标准铁路工程结构可靠度设计统一标准(GB 50216-94) v公路工程结构可靠度设计统一标准公路工程结构可靠度设计统一标准(GB/T 50283-1999) 按发展进程，按发展进程，概率设计法概率设计法划分为三个水准：划分为三个水准： 水准水准半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计进行分析，并与经验相结合

43、，然后引入某些经验系数，数理统计进行分析，并与经验相结合，然后引入某些经验系数，该法对结构的可靠度还不能作出定量的估计。该法对结构的可靠度还不能作出定量的估计。 水准水准近似概率设计法，运用概率论和数理统计，对工程近似概率设计法，运用概率论和数理统计，对工程结构、构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估计；结构、构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估计；分析中忽略或简化了变量随时间的关系，非线性极限状态方分析中忽略或简化了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化。程线性化。水准水准全概率设计法，在对整个体系进行精确概率分析全概率设计法，在对整个体系进行精确概率分析的基础上，以结构失

44、效概率作为结构的直接度量。的基础上，以结构失效概率作为结构的直接度量。我国目前的我国目前的公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范设计规范和和混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范采用的是采用的是近似概率极限状态设计法近似概率极限状态设计法结构可靠度基本概念结构可靠度基本概念结构的功能要求结构的功能要求 结构在规定的结构在规定的设计使用年限设计使用年限内应满足下列功能要求：内应满足下列功能要求：1 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用2 2、在正常使用时具有良好的工作性能、在正常使用时具有良好的工作

45、性能3 3、在正常维护下具有、在正常维护下具有足够的耐久性足够的耐久性4 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体整体稳定性稳定性 1 1项、项、4 4项项 结构安全性的要求结构安全性的要求 2 2项项 结构适用性的要求结构适用性的要求 3 3项项 结构耐久性的要求结构耐久性的要求 结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正结构在规定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力常设计、正常施工、正常使用），完成预定功能的能力 结构结构的可靠性，包括结构的安全性、适用

46、性和耐久性的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久性承载能力极限状态承载能力极限状态- 结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形承载能力极限状态标志承载能力极限状态标志（1 1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（2 2）结结构构构构件件或或连连接接因因超超过过材材料料强强度度而而破破坏坏( (包包括括疲疲劳劳破破坏坏) )，或或因过度变形而不适于继续承载因过度变形而不适于继续承载（3 3）结构转变为机动机构）结构转变为机动机构（4 4）结构或结构构件丧失稳定性）结构或结构构件丧失稳定性 (

47、5) (5) 地基丧失承载力而破坏地基丧失承载力而破坏 保证结构或构件的安全性保证结构或构件的安全性正常使用极限状态正常使用极限状态-结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值正常使用极限状态标志正常使用极限状态标志（1 1）影响正常使用或外观的变形）影响正常使用或外观的变形（2 2）影响正常使用或耐久性的局部破坏）影响正常使用或耐久性的局部破坏( (包括裂缝包括裂缝) )（3 3）影响正常使用的振动）影响正常使用的振动（4 4）影影响响正正常常使使用用的的其其它它特特定定状状态态（例例：渗渗漏漏、腐腐蚀蚀、冻冻害害等等) ) 保证结构或构

48、件的适用性、耐久性保证结构或构件的适用性、耐久性结构可靠度的基本原理结构可靠度的基本原理 功能函数功能函数 可靠度分析中，结构的极限状态一般用功能函数描绘。可靠度分析中，结构的极限状态一般用功能函数描绘。当有当有n个随机变量个随机变量(X1,X2,.Xn)影响结构的可靠度时，结影响结构的可靠度时，结构的功能函数可表示为构的功能函数可表示为0 结构可靠结构可靠 =0 极限状态极限状态 R2( (失效失效) ) S1R1（可靠）（可靠） 设计计算原则：采用以概率论为基础的极限状态设计法，保证设计结构的失效概率足够小，或可靠概率足够大。结构可靠指标结构可靠指标 若若RNRN( ( R R , , R

49、 R) )，S NS N( ( S S , , S S) ) ，且且R R、S S 相互独立相互独立 Z=R-S NZ=R-S N( ( z z , , z z) ) ， z z = = R R - - S S ， 2 2z z= = 2 2R R + + 2 2S S Pf 计算复杂，但(由图看出)均值Z向右移，则Pf 减小，可靠度加大。故称 为可靠指标（Reliability Index）。 与与 Pf 有一一对应的关系有一一对应的关系 越大，越大，越大，越大， P Pf f 越小越小越小越小 ，结构越可靠。，结构越可靠。，结构越可靠。，结构越可靠。结构可靠度分析的实用方法结构可靠度分析的

50、实用方法 中心点法中心点法 ：只适用于基本变量为正态分布、功能函数为线性只适用于基本变量为正态分布、功能函数为线性的情况的情况中心点法中心点法 根据概率论中心极限定理，当根据概率论中心极限定理，当n n，Z Z 近似服从正态分布近似服从正态分布 = z / z P f =1- ( ) 验算点法（验算点法（JCSSJCSS建议）：建议）： 能够考虑非正态基本变量、非能够考虑非正态基本变量、非线性极限状态方程线性极限状态方程 = z / z P f =1- ( )将将Z Z在各变量的均值点处展开成在各变量的均值点处展开成泰勒级数泰勒级数，并取线性项，并取线性项验算点法验算点法（以两个正态基本变量（

51、以两个正态基本变量R R、S S情况为例）情况为例）将将一一般般正正态态分分布布N N（ , , ） 标标准准正正态态分分布布N N（0 0，1 1） 坐标变换坐标变换极限状态方程：极限状态方程： 极限状态方程：极限状态方程： 验算点验算点 结构体系的可靠度结构体系的可靠度 结构构件结构构件( (包括连接）的可靠度包括连接）的可靠度 结构体系可靠度结构体系可靠度? ?一、基本概念一、基本概念1 1、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同）、结构构件的失效性质（根据其材料和受力性质不同） 脆性构件脆性构件 -一旦失效立即完全丧失功能的构件一旦失效立即完全丧失功能的构件 延性构件延性构件-失

52、效后仍能维持原有功能的构件失效后仍能维持原有功能的构件 构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同构件失效性质的不同，对结构体系可靠度的影响不同2 2、结构体系的失效模型、结构体系的失效模型 组成结构的方式（静定、超静定）组成结构的方式（静定、超静定） 构件失效性质（脆性、延性）构件失效性质（脆性、延性） 串联模型、并联模型、串串联模型、并联模型、串- -并联模型并联模型（1 1）串联模型）串联模型 若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构若结构中任一构件失效，则整个结构也失效，这类结构系统系统串联模型串联模型 所有静定结构的失效分析所有静定结构的失效分析 串联模型串联模型 由脆性

53、构件做成的超静定结构的失效分析由脆性构件做成的超静定结构的失效分析 串联模型串联模型PPPSS桁架杆件桁架杆件 若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件若构件中有一个或一个以上的构件失效，剩余的构件或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能或失效的延性构件，仍能维持整体结构的功能排架柱排架柱 所有超静定结构的失效分析所有超静定结构的失效分析 并联模型并联模型（2 2）并联模型）并联模型(3)串串并联模型并联模型在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态在延性构件组成的超静定结构中，若结构的最终失效状态不限于一种，则这类结构系统不限于一种，则这类结构系统 串串- -并联模型并联模型钢

54、构架钢构架截面塑性铰元件截面塑性铰元件15234111555244433212451345234结构体系可靠度的上下界结构体系可靠度的上下界 同一结构中不同构件的失效有一定相关性同一结构中不同构件的失效有一定相关性 各失效形态间存在相关性各失效形态间存在相关性 结构体系可靠度的上、下界结构体系可靠度的上、下界 各构件的工作状态各构件的工作状态X Xi i、失效状态失效状态X Xi i、各构件失效概率各构件失效概率P Pfifi 结构系统失效概率结构系统失效概率P Pf f1 1、串联系统、串联系统元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立元件（元件（n n个）工作状态完全相关个

55、）工作状态完全相关一般串联系统失效概率一般串联系统失效概率P Pf f 对于静定结构，结构体系的可靠度总对于静定结构，结构体系的可靠度总构件的可靠度构件的可靠度2 2、并联系统、并联系统元件（元件（n n个）工作状态完全独立个）工作状态完全独立元件（元件（n n个）工作状态完全相关个）工作状态完全相关一般并联系统失效概率一般并联系统失效概率P Pf f对超静定结构对超静定结构 当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或当结构的失效形态唯一时，结构体系的可靠度总大于或等于（等于（ ）构件的可靠度）构件的可靠度 当结构的失效形态不唯一时，结构每一失效形态对应的当结构的失效形态不唯一时，结构每一失效形态对应的可靠度总大于或等于（可靠度总大于或等于（ ）构件的可靠度，而结构体系的）构件的可靠度，而结构体系的可靠度又总小于等于（可靠度又总小于等于（ ）每一失效形态所对应的可靠度）每一失效形态所对应的可靠度(并联模型并联模型)(并联模型并联模型)(串联模型串联模型)