混凝土结构设计优秀PPT.ppt

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1、混凝土结构设计你现在浏览的是第一页，共30页二、结构可靠性、可靠度的定义二、结构可靠性、可靠度的定义可靠性可靠性：结构在：结构在规定的时间内规定的时间内，规定的条件下规定的条件下规定的条件下规定的条件下，完成预定功能，完成预定功能的能力。的能力。可靠度：可靠度：指结构在指结构在规定时间内规定时间内，规定条件下规定条件下完成预定功能的概完成预定功能的概率，即结构可靠度是可靠性的概率度量率，即结构可靠度是可靠性的概率度量?设计使用年限：设计使用年限：指设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结指设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定的条件下所

2、应达到的使用年限。构在规定的条件下所应达到的使用年限。注意：注意：设计使用年限并不等同于结构的寿命；设计使用年限并不等同于结构的寿命；这一时期的长短与一个国家在一定时期的国民经济发展水平有关；这一时期的长短与一个国家在一定时期的国民经济发展水平有关；可靠性与经济性的统一是结构设计的基本原则。可靠性与经济性的统一是结构设计的基本原则。你现在浏览的是第二页，共30页三、结构的安全等级三、结构的安全等级四、结构的极限状态四、结构的极限状态1、极限状态的概念、极限状态的概念整个结构或结构的一部分超过某一个特定状态就不能满足设计规整个结构或结构的一部分超过某一个特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，

3、此特定状态称为结构的极限状态。定的某一功能要求，此特定状态称为结构的极限状态。2、极限状态的分类、极限状态的分类（1）承载能力极限状态：）承载能力极限状态：p40 被超越的判断；被超越的判断；（2）正常使用极限状态：）正常使用极限状态：p41 被超越的判被超越的判断。断。你现在浏览的是第三页，共30页五、结构上的作用、作用效应和结构的抗力五、结构上的作用、作用效应和结构的抗力1、作用与作用效应、作用与作用效应（1）定义：）定义：使结构产生内力和变形的所有原因。使结构产生内力和变形的所有原因。直接作用与间接作用直接作用与间接作用作用与荷载的区别与联系作用与荷载的区别与联系（2）作用的分类：）作用

4、的分类：（3）作用效应：）作用效应：你现在浏览的是第四页，共30页2、结构的抗力、结构的抗力结构的抗力是指整个结构或构件承受内力和变形的能力。结构的抗力是指整个结构或构件承受内力和变形的能力。混凝土结构构件的截面尺寸、混凝土强度等级以及钢筋混凝土结构构件的截面尺寸、混凝土强度等级以及钢筋的种类、配筋数量和方式确定后，构件便具有一定的抗力。的种类、配筋数量和方式确定后，构件便具有一定的抗力。抗力可以按一定的计算模式确定。抗力可以按一定的计算模式确定。影响抗力的因素：材料性能、几何参数、计算模式。影响抗力的因素：材料性能、几何参数、计算模式。你现在浏览的是第五页，共30页2-2 结构的可靠度结构的

5、可靠度一、结构设计问题的不确定性一、结构设计问题的不确定性作用效作用效应应 结构的抗力结构的抗力 你现在浏览的是第六页，共30页1、作用与作用效应的不确定性、作用与作用效应的不确定性 （以荷载与荷载效应为例）（以荷载与荷载效应为例）（1）荷载本身的变异性）荷载本身的变异性恒载：恒载：材料密实程度变化，施工偏差引起构件尺寸变化。材料密实程度变化，施工偏差引起构件尺寸变化。活载：活载：大小和位置均变化。大小和位置均变化。（2）内力计算假定与实际受力情况之间的差异。）内力计算假定与实际受力情况之间的差异。你现在浏览的是第七页，共30页2、结构抗力的不确定性、结构抗力的不确定性（1）结构材料性能的变异

6、性，是影响结构抗力的主要因素；）结构材料性能的变异性，是影响结构抗力的主要因素；（2）结构构件的几何参数的变异性；）结构构件的几何参数的变异性；（3）结构构件抗力计算模式的不确定性。）结构构件抗力计算模式的不确定性。作用、作用效应和结构抗力都具有不确定性作用、作用效应和结构抗力都具有不确定性。你现在浏览的是第八页，共30页二、数理统计中的几个基本概念二、数理统计中的几个基本概念1、随机变量的统计特征值：、随机变量的统计特征值：平均值：平均值：标准差（均方差）：标准差（均方差）：变异系数：变异系数：你现在浏览的是第九页，共30页2、正态分布的概念、正态分布的概念正态分布的概率密度函数：正态分布的

7、概率密度函数：图图2-1 正态分布概率密度曲线正态分布概率密度曲线 越大，曲越大，曲线越扁平，线越扁平，随机变量分随机变量分布越分散。布越分散。你现在浏览的是第十页，共30页3、保证率、保证率根据概率论，区间根据概率论，区间 内事件发生的内事件发生的 概率可以表示为：概率可以表示为：称为随机变量的值不大于的保证率称为随机变量的值不大于的保证率 图图2-2 正态分布的保证率正态分布的保证率你现在浏览的是第十一页，共30页如果随机如果随机变变量量X X服从正服从正态态分布，分布，则则X X的的值值不小于或不大于某一定不小于或不大于某一定值值的概率分的概率分别为别为：表示标准正态分布的分布函数值，可

8、由标准正态分布表查出。表示标准正态分布的分布函数值，可由标准正态分布表查出。例如：当例如：当 时时你现在浏览的是第十二页，共30页三、结构的失效概率和可靠指标三、结构的失效概率和可靠指标 关于关于“结构可靠性结构可靠性”的理解的理解引入引入结结构的功能函数构的功能函数 则也服从正态分布，并有以则也服从正态分布，并有以下计算式子成立：下计算式子成立：失效概率（用失效概率（用表示）表示）你现在浏览的是第十三页，共30页 图图2-4 功能函数功能函数的概率密度曲的概率密度曲线线 即令即令 则则 越大，失效概率越大，失效概率 就越小就越小 反之，反之，越小，越小，就越大，结就越大，结 构构越不可靠越不

9、可靠 目标可靠指标（目标可靠指标（object）用）用 表示表示 为使结构设计安全可靠，经济合理，应对不同情况下的可靠指标作一规为使结构设计安全可靠，经济合理，应对不同情况下的可靠指标作一规定，来作为设计的依据定，来作为设计的依据。你现在浏览的是第十四页，共30页建筑结构设计统一标准根据安全等级和破坏类型，规建筑结构设计统一标准根据安全等级和破坏类型，规 定了按定了按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标承载能力极限状态设计时的目标可靠指标 值（见下表）。值（见下表）。不同安全等级结构的承载能力极限状态的目标可靠指标不同安全等级结构的承载能力极限状态的目标可靠指标 破坏破坏破坏破坏类类类类型型型

10、型结结结结构的安全等构的安全等构的安全等构的安全等级级级级一一一一级级级级二二二二级级级级三三三三级级级级延性破坏延性破坏延性破坏延性破坏3.73.73.73.73.23.23.23.22.72.72.72.7脆性破坏脆性破坏脆性破坏脆性破坏4.24.24.24.23.73.73.73.73.23.23.23.2说明：说明：1、表中数据是根据过去设计的若干有代表性构件在分析校核其可靠度的基、表中数据是根据过去设计的若干有代表性构件在分析校核其可靠度的基础上制定的，即础上制定的，即“校准法校准法”。2、充分理解、充分理解“校准法校准法”，见，见p44。3、正常使用极限状态下的目标可靠指标，根据其

11、作用效应的可逆程、正常使用极限状态下的目标可靠指标，根据其作用效应的可逆程度宜取度宜取01.5。问题：为什么延性破坏比脆性破坏的目标可靠指标问题：为什么延性破坏比脆性破坏的目标可靠指标 低？低？你现在浏览的是第十五页，共30页2-3 极限状态实用设计表达式极限状态实用设计表达式一、概述一、概述二、荷载取值二、荷载取值1、荷载的标准值、荷载的标准值永久荷载标准值永久荷载标准值：按结构设计尺寸和标准容重计算而得。：按结构设计尺寸和标准容重计算而得。可变荷载标准值可变荷载标准值 应根据荷载在设计使用年限内可能出现的最大荷载概率分布并满足应根据荷载在设计使用年限内可能出现的最大荷载概率分布并满足一定的

12、保证率来确定，然而由于目前对于在设计使用年限内最大荷载的一定的保证率来确定，然而由于目前对于在设计使用年限内最大荷载的概率分布能作出估计的荷载尚不多，所以荷载规范中规定的荷载标准值概率分布能作出估计的荷载尚不多，所以荷载规范中规定的荷载标准值主要还是根据历史经验确定的。主要还是根据历史经验确定的。你现在浏览的是第十六页，共30页2、荷载分项系数及荷载的设计值、荷载分项系数及荷载的设计值荷载的标准值乘以荷载分项系数后得到荷载的设计值。荷载的标准值乘以荷载分项系数后得到荷载的设计值。永久荷载分项系数永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合，应取当其效应对结构不利时，对由可

13、变荷载效应控制的组合，应取1.2；对；对由永久荷载效应控制的组合取由永久荷载效应控制的组合取1.35。当其效应对结构有利时，一般情况。当其效应对结构有利时，一般情况取取1.0,对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。可变荷载分项系数可变荷载分项系数 一般情况下取一般情况下取1.4,对标准值大于的工业房屋楼面结构的活荷载取对标准值大于的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3，对某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。，对某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。你现在浏览的是第十七页，共30页3、可变荷载的准永久值与频遇值、可变荷载的准永久值与频遇

14、值 永久荷载是长期作用的，可变荷载时有时无，时大时小，但是永久荷载是长期作用的，可变荷载时有时无，时大时小，但是如果达到或超过某一值的可变荷载出现次数较多，持续时间较长以如果达到或超过某一值的可变荷载出现次数较多，持续时间较长以致其累计总持续时间占整个设计基准期的一半以上，则该可变荷载致其累计总持续时间占整个设计基准期的一半以上，则该可变荷载的这一量值称为的这一量值称为可变荷载的准永久值。可变荷载的准永久值。可变荷载的准永久值。可变荷载的准永久值。其其实质实质是考虑荷载长期作用效应而对标准值的一种折减。是考虑荷载长期作用效应而对标准值的一种折减。准永久值准永久值=准永久值系数准永久值系数 荷载

15、标准值荷载标准值可变荷载的频遇值：可变荷载的频遇值：是指结构上时而出现的较大荷载。它与时间有密切关联，即在规定的期是指结构上时而出现的较大荷载。它与时间有密切关联，即在规定的期限内（设计基准期限内（设计基准期T），具有较短的总持续时间和较少的发生次数的特性，），具有较短的总持续时间和较少的发生次数的特性，使结构的破坏性有所减缓。使结构的破坏性有所减缓。你现在浏览的是第十八页，共30页频遇值频遇值=频遇值系数频遇值系数 荷载标准值荷载标准值4、可变荷载的组合值、可变荷载的组合值多种可变荷载同时作用时，其值不一定都同时达到最大值，因此需要作适当调多种可变荷载同时作用时，其值不一定都同时达到最大值，

16、因此需要作适当调整。为了使结构在多种可变荷载参与组合的情况下，与仅有一种可变荷载的情整。为了使结构在多种可变荷载参与组合的情况下，与仅有一种可变荷载的情况具有大体相同的可靠指标，需引入可变荷载的组合值系数，对荷载标准值进况具有大体相同的可靠指标，需引入可变荷载的组合值系数，对荷载标准值进行折减。行折减。三、材料强度的取值三、材料强度的取值1、材料强度的标准值、材料强度的标准值与保证率有关的系数与保证率有关的系数你现在浏览的是第十九页，共30页2、材料强度的设计值及材料分项系数、材料强度的设计值及材料分项系数确定材料分项系数的方法：确定材料分项系数的方法：有统计资料的材料，按设计可靠指标有统计资

17、料的材料，按设计可靠指标 通过可靠度分析确定。通过可靠度分析确定。对统计资料不足的材料，则以工程经验为主要依据，通过对原对统计资料不足的材料，则以工程经验为主要依据，通过对原规范结构构件的校准计算确定。规范结构构件的校准计算确定。钢筋和混凝土材料分项系数确定的原则：见教材钢筋和混凝土材料分项系数确定的原则：见教材p48。混凝土：混凝土：，热轧钢筋，热轧钢筋 ，预应力钢筋，预应力钢筋材料强度的标准值、设计值见附表材料强度的标准值、设计值见附表1-1，1-2，2-1，2-3。四、承载能力极限状态实用设计表达式四、承载能力极限状态实用设计表达式1、基本表达式、基本表达式你现在浏览的是第二十页，共30

18、页2、荷载效应组合的设计值、荷载效应组合的设计值荷载效应组合是指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，确荷载效应组合是指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，确定结构或构件内产生的总效应。定结构或构件内产生的总效应。其其最不利组合最不利组合最不利组合最不利组合是指所有可能产生的荷载组合中，对结构构是指所有可能产生的荷载组合中，对结构构件产生总效应为最不利的一组。件产生总效应为最不利的一组。（1）承载能力极限状态一般考虑荷载效应的基本组合，应从下）承载能力极限状态一般考虑荷载效应的基本组合，应从下列组合值中取其最不利值确定：列组合值中取其最不利值确定：由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合你现

19、在浏览的是第二十一页，共30页由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合（2）对于一般的框架、排架结构，基本组合可以简化处）对于一般的框架、排架结构，基本组合可以简化处理，并按下列组合值中取组不利值确定。理，并按下列组合值中取组不利值确定。由可变荷载效应控制的组合由可变荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合，仍按由永久荷载效应控制的组合，仍按 确定。确定。注：承载能力极限状态设计时，荷载和材料强度均采用设计值。注：承载能力极限状态设计时，荷载和材料强度均采用设计值。你现在浏览的是第二十二页，共30页五、正常使用极限状态实用设计表达式五、正常使用极限状态实用设计表达式 1、基本表达式、

20、基本表达式正常使用极限状态的荷载效应组合值（如变形、裂缝宽度、应正常使用极限状态的荷载效应组合值（如变形、裂缝宽度、应力等的组合值）；力等的组合值）；结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度和应力等的限结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度和应力等的限值。值。2、荷载效应组合值、荷载效应组合值（1）标准组合（短期效应组合）标准组合（短期效应组合）该组合主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。该组合主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。你现在浏览的是第二十三页，共30页（2）频遇组合）频遇组合为可变荷载的频遇值系数。为可变荷载的频遇值系数。

21、（3）准永久组合（长期效应组合）准永久组合（长期效应组合）注：注：正常使用极限状态设计时，荷载和材料正常使用极限状态设计时，荷载和材料强度均采用标准值。强度均采用标准值。你现在浏览的是第二十四页，共30页3、正常使用极限状态验算内容、正常使用极限状态验算内容（1）变形验算：按荷载效应标准组合并考虑长期作用）变形验算：按荷载效应标准组合并考虑长期作用 影响进行计算。影响进行计算。（2）抗裂度验算：按荷载效应标准组合和准永久组合进行计算。）抗裂度验算：按荷载效应标准组合和准永久组合进行计算。（3）裂缝宽度验算：按荷载效应标准组合并考虑长期）裂缝宽度验算：按荷载效应标准组合并考虑长期 作用影响进行计

22、算。作用影响进行计算。你现在浏览的是第二十五页，共30页作业：作业：1、思考题：、思考题：p53 2-9，2-10，2-112、书面作业：、书面作业：一简支梁，计算跨度为一简支梁，计算跨度为4m，承受永久线均布荷载标，承受永久线均布荷载标准值准值 ，集中永久荷载标准值，集中永久荷载标准值作用在梁的跨中，可变线荷载标准值作用在梁的跨中，可变线荷载标准值 ，构件，构件的安全等级为二级。求按承载能力极限状态设计时梁的安全等级为二级。求按承载能力极限状态设计时梁跨中截面的弯矩设计值跨中截面的弯矩设计值 。若可变荷载的准永久值。若可变荷载的准永久值系数系数 ，求在正常使用极限状态下荷载短期效，求在正常使用极限状态下荷载短期效应组合的弯矩值应组合的弯矩值 和荷载长期效应组合的弯矩值和荷载长期效应组合的弯矩值 。你现在浏览的是第二十六页，共30页你现在浏览的是第二十七页，共30页你现在浏览的是第二十八页，共30页你现在浏览的是第二十九页，共30页你现在浏览的是第三十页，共30页