混凝土结构材料的物理力学性能--按近似概率理论的极限状态设计法课件.ppt

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1、按近似概率理论的极限按近似概率理论的极限状态设计法状态设计法3.1 极限状态3.1.1 3.1.1 结构上的作用结构上的作用 直接作用：荷载直接作用：荷载 间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震作用效应（或荷载效应）：作用在结构上并使结构产生内力（如作用效应（或荷载效应）：作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用。弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用。1.荷载的分类：荷载的分类：按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：1）永久荷载）永久荷载在

2、结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。趋于限值的荷载。2）可变荷载）可变荷载在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。与平均值不可忽略的荷载。3）偶然荷载）偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。值很大且作用时间很短的荷载。3.1 极限状态2.荷载的标准值荷载的标准值荷载标准值：具有一

3、定概率的最大荷载值荷载标准值：具有一定概率的最大荷载值.确定：确定：a.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定；b.可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计材料的条件下，可近似按随机变量来考虑；可近似按随机变量来考虑；3.1 极限状态.结构的功能要求结构的功能要求1.结构的安全等级结构的安全等级（1）确定原则：根据破坏后果的严重性；）确定原则：根据破坏后果的严重性；（2）等级标准：）等级标准：安全等级安全等级破坏后的影响程度破坏后的影响程度建筑物的类型建筑物的类型一级一级很严重很严重重

4、要的建筑物重要的建筑物二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物3.1 极限状态3.3.建筑结构的功能要求建筑结构的功能要求（1 1）安全性安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性性；（2 2）适用性适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能结构在正常使用时有良好的工作性能；（3 3）耐久性耐久性：结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久结构在正常使用和正常维护条

5、件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。丧失安全性和适用性，降低使用寿命。可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称，指结构在规定的使用期限安全性、适用性和耐久性的总称，指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命内（设计工作寿命=50=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定

6、结构功能的能力。正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。3.1 极限状态.结构功能的极限状态结构功能的极限状态 结构能够满足功能要求而良好地工作，称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，称结构是结构能够满足功能要求而良好地工作，称结构是“可靠可靠可靠可靠”的或的或的或的或“有效有效有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为的。反之，则结构为的。反之，则结构为“

7、不可靠不可靠不可靠不可靠”或或或或“失效失效失效失效”。区分结构区分结构区分结构区分结构“可靠可靠可靠可靠”与与与与“失效失效失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限极限极限极限状态状态状态状态”。极限状态的分类：极限状态的分类：承载力极限状态、正常使用极限状态承载力极限状态、正常使用极限状态3.1 极限状态（1）承载力极限状态）承载力极限状态 承载力能力极限状态承载力能力极限状态：超过该极限状态，结构就不能超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求满足预定的安全性功能要求。是是判判别别结结构构是是否否满满足足安安全全性性要要求求的的标标

8、准准，指指结结构构或或结结构构构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。结构或构件丧失承载能力或不能继续承载的状态：结构或构件丧失承载能力或不能继续承载的状态：结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构塑性变形过大而不适于继续使用结构塑性变形过大而不适于继续使用结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）结构

9、或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）3.1 极限状态.极限状态方程极限状态方程极限状态函数表示：极限状态函数表示：Z=R-SS：荷载效应荷载效应 结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩如弯矩M、轴力、轴力N、剪力剪力V、扭矩、扭矩T、挠度、挠度 f、裂缝宽度、裂缝宽度 w 等）等）R：结构抗力：结构抗力 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承、受剪承载力载力Vu、容许挠度、容许挠度f、容许裂缝宽度、容许裂缝宽度w

10、。Z=R-S0 时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；Z=R-S=0时，结构达到极限状态；时，结构达到极限状态；Z=R-S R)3.2按近似概率的极限状态设计法结构可靠度结构可靠度：结构在结构在规定的时间内和规定的条件下，完成规定的时间内和规定的条件下，完成预定结构功能的概率预定结构功能的概率。规定的时间规定的时间指结构设计的基准期。在同样条件下，指结构设计的基准期。在同样条件下，规定时间越长，结构的可靠度越低。规定时间越长，结构的可靠度越低。规定的条件规定的条件指正常设计、正常施工、正常使用条件，指正常设计、正常施工、正常使用条件，排除人为错误或过失因素。排除人为错误或过失因素。3.2

11、按近似概率的极限状态设计法可靠概率可靠概率PS结构完成预定功能的概率：结构完成预定功能的概率：失效概率失效概率Pf：建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001对一般对一般性工业与民用建筑的失效概率规定不得超过以下限值：性工业与民用建筑的失效概率规定不得超过以下限值：延性破坏的结构：【延性破坏的结构：【Pf】6.910-4 塑性破坏的结构：【塑性破坏的结构：【Pf】1.110-43.2按近似概率的极限状态设计法在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级进行，按规定在建筑结构设计时，应根据建筑物的安全等级进行，按规定的可靠指标进行设计的设计准则的可靠指标进行设计的设

12、计准则按按可靠指标的设计准可靠指标的设计准则。则。建筑物的安全等级的划分：建筑物的安全等级的划分：根据结构破坏可能产生的后果的严重程度划分。根据结构破坏可能产生的后果的严重程度划分。安全等级安全等级 破坏后果破坏后果 建筑物类型建筑物类型 一级一级 很严重很严重 重要的房屋重要的房屋 二级二级 严重严重 一般的房屋一般的房屋三级三级 不严重不严重 次要的房屋次要的房屋3.2按近似概率的极限状态设计法结构构件承载能力极限状态的目标可靠度指标结构构件承载能力极限状态的目标可靠度指标破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2第第3节节 实用设计表达式实用设计表达

13、式1.承载能力极限状态设计的方法 (1)承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态应采用承载能力极限状态应采用基本组合、偶然组合进行荷载效应进行荷载效应组合，并采用下列设计表达式：组合，并采用下列设计表达式：0结构重要性系数 安全等级为一级=1.1 安全等级为二级=1.0 安全等级为三级=0.9 S荷载效应组合的设计值；R结构构件抗力的设计值。第第3节节 实用设计表达式实用设计表达式对于基本组合，荷载效应组合的设计值对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值应从下列组合值中取最不利值确定：中取最不利值确定：（1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合 G 永久荷载的分项系数

14、，应按第 3.2.5 条采用；Qi 第 i 个可变荷载的分项系数，其中Q1为可变荷载Q1的分项系数，应按第 3.2.5 条采用；SGk 按永久荷载标准值 Gk 计算的荷载效应值；SQik 按可变荷载标准值 Qik 计算的荷载效应值，其中 SQ1k 为诸可变荷载效应中起按制作用者；ci 可变荷载 Qi 的组合值系数，应分别按各章的规定采用；n 参与组合的可变荷载数。第第3节节 实用设计表达式实用设计表达式其中：其中：当对结构不利时，当对结构不利时，=1.35 当其对结构有利时当其对结构有利时 =1.0（一般情况）（一般情况）（抗倾覆、滑移、漂浮（抗倾覆、滑移、漂浮=0.9）同上同上 =1.4（当

15、荷载（当荷载4KN/m2,=1.3）（2 2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合 设计时应取以上两种基本组合值中取不利者设计时应取以上两种基本组合值中取不利者 2.按正常使用极限状态设计的方法按正常使用极限状态设计的方法正常使用极限状态应采用标准组合、频遇组合、准永久组合进行效应组合，并采用下列设计表达式：第第3节节 实用设计表达式实用设计表达式S CC结构或构件正常使用要求的规定限值。注意事项：荷载采用标准值，材料强度用标准值 不计入结构重要性系数。结构构件正截面的结构构件正截面的裂缝控制等级裂缝控制等级分为三级分为三级：一级一级严格要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合严

16、格要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；二级二级一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受抗拉强度标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力，当有可靠经验时可适当放拉边缘混凝土不宜产生拉应力，当有可靠经验时可适当放松；松；三级三级允许出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合并考虑允许出现裂缝的构件

17、，按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过表长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过表3.3.4规定的最大裂缝宽度限值。规定的最大裂缝宽度限值。第第3节节 实用设计表达式实用设计表达式第第3节节 实用设计表达式实用设计表达式结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值环境类别环境类别钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级裂缝控制等级lim(mm)裂缝控制等级裂缝控制等级lim(mm)一一三三0.3(0.4)三三0.2二二三三0.2二二-三三三三0.2一一-第第3节节 实用设计表达式实用设计

18、表达式 荷载的准永久组合荷载的准永久组合 Sq：式中，qi 第i个可变荷载的准永久值系数高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min 以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使

19、用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到2530m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008 0.01mm，重复定位精度0.004 0.005mm。落地式铣镗床铣刀 由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在

20、改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式(无镗轴)结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主

21、要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式(无镗轴)高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑枕驱动结构采用线性导轨，直线电机驱动，这种结构是高速切削所必需的，国外厂家在落地式铣镗床上都已采用，国内同类产品还不多见，仅在中小规格机床上采用线性导轨。高速加工还对环境、安全提出了更高的要求，这又产生了宜人化生产的概念，各厂家都非常重视机床高速运行状态下，对人的安全保护与可操作性，将操作台、立柱实行全封闭式结构，既安全又美观。工艺特点精品课件文档，欢迎下载，下载后可以复制编辑。更多精品文档，欢迎浏览。