结构设计原理第2章 结构极限状态计算VIP免费

第二章结构按极限状态法设计计算的原则2.1概率极限状态设计法的基本概念2.2我国公路桥涵设计规范的计算原则2.3材料强度的取值2.4作用、作用的代表值和作用效应组合钢筋混凝土结构构件的设计：在预定的荷载及材料性能条件下，确定构件按功能要求所需要的截面尺寸、配筋和构造要求。钢筋混凝土结构设计理论的发展史I.以弹性理论为基础的容许应力计算法在规定的标准荷载作用下，按弹性理论计算得到的构件截面任一点的应力≤规定的容许应力；（容许应力是由材料强度除以安全系数得到），安全系数则依据工程经验和主观判断来确定。II.考虑材料塑性性能的破坏阶段计算法以充分考虑材料塑性性能的结构构件承载能力为基础，材料标准极限强度计算的承载力≥计算的最大荷载内力；计算的最大荷载是由规定的标准荷载乘以单一的安全系数得出，安全系数仍是依据工程经验和主观判断来确定。III.极限状态设计法规定了结构的极限状态，并把单一的安全系数改为荷载系数、材料系数和工作条件系数三个分项系数，使不同的构件具有比较一致的安全度，而部分荷载系数、材料系数基本上是根据统计资料用概率方法确定，被称为半经验、半概率的“三系数”极限状态设计法。（桥规85规范）IV.概率极限状态设计法把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量，以大量现场实测资料和试验数据为基础，运用数学统计的方法，寻求各变量的统计规律，以结构的失效概率（或可靠度）来度量结构的可靠性，并将其应用于结构的极限状态设计。《公路工程结构可靠度设计统一标准》明确提出以结构可靠性理论为基础的概率极限状态设计法作为公路工程结构设计的总原则。结构概率设计法的三个水准1.水准Ⅰ－半概率设计法：未触及结构可靠度的核心（结构的失效概率），且分项系数主要依经验定。2.水准Ⅱ－近似概率设计法：实用阶段的概率设计法。3.水准Ⅲ－全概率设计法：完全基于概率理论的理想方法。2.1概率极限状态设计法的基本概念2.1.1结构可靠性与可靠度结构的功能1.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。（安全性）2.在偶然荷载（地震、强风）作用下或偶然事件（爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不倒塌。（安全性）3.在正常使用条件下具有良好的工作性能，如不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏。（适用性）4.在正常使用和正常维护条件下，在规定时间内，具有足够的耐久性，如不出现过大的裂缝宽度，钢筋不锈蚀。（耐久性）结构的可靠性与可靠度1.可靠性：结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。2.可靠度：结构完成预定功能的概率度量，是指结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。可靠度是结构可靠性的定量描述。规定时间——对结构进行可靠度分析时，结合结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所取用的基准时间参数，即设计基准期。我国公路桥梁结构的设计基准期为100年。设计基准期≠使用寿命，当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增大，不能保证其目标可靠度，但不等于结构丧失功能甚至报废。通常使用寿命长，则设计基准期就长，设计基准期小于寿命期。规定条件——结构正常设计、正常施工和正常使用的条件，即不考虑人为过失的影响。预定功能——安全性、适用性和耐久性。2.1.2结构可靠度与极限状态极限状态的概念1.结构能满足各项功能要求而良好工作，称为结构“可靠”，反之，称为结构“失效”。可靠与失效的分界，即为极限状态，是结构开始失效的标志。2.极限状态的定义：当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，称此特定状态为该功能的极限状态。结构极限状态的分类1.承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。2.正常使用极限状态：对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。3.“破坏－安全”极限状态1.承载能力极限状态的表现形式：整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）；结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑...