03极限状态设计法.ppt
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1、第三章 结构设计方法第三章第三章 按近似概率理论的按近似概率理论的极限状态设计方法极限状态设计方法 The Design Approach 工程结构的设计需要保证工程结构的设计需要保证安全可靠安全可靠、经济合理经济合理 由于实际工程结构中存在多种不确定性由于实际工程结构中存在多种不确定性 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题,取得性问题,取得安全可靠与经济合理之间的均衡安全可靠与经济合理之间的均衡概 述第三章 结构设计方法容许应力容许应力设计方法设计方法 allowable stress 安全系数安全系数 K 是一个大于是一个大于1.0的数
2、值的数值 K 越大,结构安全度就越高,同时结构材料用量也越多越大,结构安全度就越高,同时结构材料用量也越多 为取得安全可靠与经济合理的为取得安全可靠与经济合理的均衡均衡, 在综合考虑各种不在综合考虑各种不确定性因素影响后,可选取一个合适的安全系数。确定性因素影响后,可选取一个合适的安全系数。概 述第三章 结构设计方法 材料力学中研究的是:单一材料、线弹性、简材料力学中研究的是:单一材料、线弹性、简单结构单结构实际工程结构远比它复杂实际工程结构远比它复杂 如钢筋混凝土梁的受弯,从安全角度考虑,需如钢筋混凝土梁的受弯,从安全角度考虑,需要确定其要确定其极限受弯承载力极限受弯承载力; 而为控制正常使
3、用阶段的而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形裂缝和挠度变形,需,需要确定带裂缝工作阶段的受力情况。要确定带裂缝工作阶段的受力情况。 采用采用容许应力设计方法,无法统一这两方面的容许应力设计方法,无法统一这两方面的要求要求。概 述第三章 结构设计方法 因此,因此,首先根据工程结构需要满足实际使用的各首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求(种要求(结构的功能结构的功能),对安全可靠有更具体的),对安全可靠有更具体的科学定义科学定义 另一方面,需要尽可能详细了解结构在不同情况另一方面,需要尽可能详细了解结构在不同情况下(施工、使用、破坏)可能受到的各种外界影下(施工、使用、破坏)可能受到的各种外
4、界影响的大小和变化情况响的大小和变化情况 外界影响:外界影响:各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等变、地震、侵蚀、冻融等 以及结构尺寸、材料强度等的变异情况,以便科以及结构尺寸、材料强度等的变异情况,以便科学合理的选定结构可靠度。学合理的选定结构可靠度。第三章 结构设计方法3.1 极限状态3.1 3.1 极限状态极限状态极限状态极限状态3.1.1 结构上的作用、作用效应和结构抗力结构上的作用、作用效应和结构抗力作用作用使结构产生内力或变形的原因使结构产生内力或变形的原因结结构构上上的的作作用用作作用用在在结结构构上上的的集集中中力力和和分分布布
5、力力(荷荷载载),以以及及引引起结构约束变形和外加变形的各种原因。起结构约束变形和外加变形的各种原因。直接作用:直接作用:即作用在结构上的集中力或分布力即作用在结构上的集中力或分布力 荷载荷载 间接作用:间接作用:引起结构约束变形和外加变形的各种原因。引起结构约束变形和外加变形的各种原因。1. 作用(荷载)的分类作用(荷载)的分类 dead load、live load、accidental load按时间变异分类:按时间变异分类:1) 永久荷载恒荷载永久荷载恒荷载:在设计基准期内其值在设计基准期内其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计。不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计。
6、第三章 结构设计方法2) 可变荷载活荷载可变荷载活荷载:在设计基准期内其值随时间变化,或在设计基准期内其值随时间变化,或其变化与平均值相比不可忽略。楼面活荷载、风荷载、雪荷载。其变化与平均值相比不可忽略。楼面活荷载、风荷载、雪荷载。3.)偶然荷载:在设计基准期内不一定出现,一旦出现,其值)偶然荷载:在设计基准期内不一定出现,一旦出现,其值很大,且作用时间很短的荷载。爆炸力、撞击力。很大,且作用时间很短的荷载。爆炸力、撞击力。按空间变异分类:按空间变异分类:固定作用固定作用 、可动作用;、可动作用;按结构反应分类按结构反应分类:动态作用,静态作用:动态作用,静态作用作作用用效效应应S:作作用用在
7、在结结构构上上引引起起结结构构的的内内力力、变变形形和和裂裂缝缝。如如弯矩弯矩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 结构抗力结构抗力R:结构抵抗作用效应的能力。结构抵抗作用效应的能力。3.1 极限状态SRSR第三章 结构设计方法3.1.2 结构的功能3.1.2 3.1.2 结构的功能要求结构的功能要求 Functions of Structure1.结构安全等级结构安全等级2 2 荷载标准值荷载标准值荷载标准值是荷载的荷载标准值是荷载的基本代表值基本代表值;具有一定概率的最大荷载值称为荷载标准值。具有一定概率的最大荷载值称为荷载标准值。是随机变量,用
8、数理统计是随机变量,用数理统计-概率的方法处理。概率的方法处理。 结构自重恒荷载标准值,用设计尺寸乘以材料容重确定。结构自重恒荷载标准值,用设计尺寸乘以材料容重确定。 活荷载标准值楼面荷载活荷载标准值楼面荷载 屋面荷载屋面荷载 风荷载风荷载 雪荷载雪荷载 。可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个可变荷载标准值由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定。分位值确定。第三章 结构设计方法3.1 .2结构的功能2. 2. 结构的设计使用年限结构的设计使用年限 设设计计使使用用年年限限是是指指设设计计规规定定的的结结构构或或结结构构构构件件不不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期
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