混凝土结构设计的基本原理.ppt

《混凝土结构设计的基本原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计的基本原理.ppt（66页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、第二章第二章混凝土结构设计的基本原理混凝土结构设计的基本原理返回主目录前进后退END主要内容及要求主要内容及要求1掌握工程结构极限状态的基本概念，包括结构上的作用、对结构的功能要求、设计基准期、两类极限状态等。2了解结构可靠度的基本原理。3熟悉近似概率极限状态设计法在混凝土结构设计中的应用。返回主目录前进后退END本章主要内容本章主要内容什么是结构（结构定义）2.1结构设计方法中的几个基本概念2.2 结构设计方法的发展2.3近似概率极限状态设计法的基本原理 2.4 近似概率极限状态设计法的 实用表达式 返回主目录前进后退END什么是结构（结构定义）用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界

2、施加的用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界施加的各种作用力，得以安全使用的骨架。各种作用力，得以安全使用的骨架。结构设计的目的1、满足使用的要求（可靠）2、经济返回主目录前进后退END 1、共性问题：结构应具备何种功能，结构安全可靠的标准是什么，如何保证实现以上标准，设计过程中如何对荷载、材料强度计算取值等。2、对各种不同构件进行具体设计和计算，以及采取什么构造措施保证具体构件的可靠性。本章涉及的问题以后章节涉及的问题混凝土结构设计遇到两类问题：返回主目录前进后退END2.1结构设计方法中的结构设计方法中的几个基本概念几个基本概念一、结构的功能要求一、结构的功能要求二、结构的可靠性二

3、、结构的可靠性三、结构上的作用和作用效应三、结构上的作用和作用效应四、结构的抗力四、结构的抗力五、结构功能的极限状态五、结构功能的极限状态返回上级目录返回主目录前进后退END一、结构的功能要求一、结构的功能要求1、安全性 结构在预定的使用期间内（结构在预定的使用期间内（一般为一般为5050年年），），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。收缩变形受到约束时）等的作用。在偶然事件

4、（如地震、爆炸）发生时和在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。失。不会破坏。不会破坏。返回上级目录返回主目录前进后退END2、适用性、适用性一、结构的功能要求一、结构的功能要求 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的

5、裂缝宽度。过大的裂缝宽度。返回上级目录返回主目录前进后退END一、结构的功能要求一、结构的功能要求3、耐久性、耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋混凝土碳化、钢筋锈蚀锈蚀），），结构的承载力和刚度结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降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。用性，降低使用寿命。返回上级目录返回主目录前进后退END 可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称

6、安全性、适用性和耐久性的总称就是指结构在规定的使用期限内（就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命，一设计工作寿命，一般为般为5050年年），在规定的条件下（），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常设计、正常施工、正常使用和维护正常使用和维护），完成预定结构功能（），完成预定结构功能（安全性、耐安全性、耐久性、适用性久性、适用性）的能力。）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如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是，就是设计方法要解决的问题。设计方法要解决的问题。二、结构的可靠性二、结构的可靠性返回上级目录显然这种可靠

7、与经济的均衡受到多方面的影响，如国显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用损失及修复的费用

8、返回上级目录返回主目录前进后退END三、结构上的作用和作用效应三、结构上的作用和作用效应 定义：结构在施工和使用期间要承受的各种使结构产生内力和变形的所有因素的总称。1、结构上的作用分类按作按作用形用形式式以力的形式作用于结构上的因素，一般又称为结构的荷载。如结构自重、楼面活载、屋面的雪载有及墙面的风荷载、桥面车辆荷载、土的重力及侧压力等间接作用直接作用以变形形式作用于结构上的因素，习惯上又称为结构的外加变形或约束变形：如地震、地基沉降、砼收缩、温度变化、焊接变形等。返回上级目录按承受时间的变异性永久作用永久作用在设计基准期内，其值不随时间变化或变化与平均值相比可以忽略不计的作用：有结构自重、

9、土压力、预加应力、地基沉降以及焊接变形等。可变作用可变作用在设计基准期内，其值随时间变化、且其变化值与平均值相比不可忽略的作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、温度变化等偶然作用偶然作用在设计基准期内，其值不一定出现，而一旦出现，其量值则很大，且持续时间很短的作用：地震、爆炸、冲击等。返回上级目录按空按空间位间位置变置变异异固定作用固定作用可动作用可动作用按结按结构的构的反应反应分分静态作用静态作用动态作用动态作用返回上级目录返回主目录前进后退END2、作用效应施加在结构上的各种作用对结构构件产生的效果。如内力（N、V、M、T）变形（挠度、侧移）、裂缝等，常用“S”表示。当作用力为直接作用时，称荷

10、载效应v作用效应是随机变量（作用的不确定）三、结构上的作用和作用效应返回上级目录返回主目录前进后退END结构抵抗作用效应的能力，常用“R”表示。v结构的抗力为随机变量（受材料变异、构件几何特征和计算模式的不定性）。四、结构的抗力返回上级目录返回主目录前进后退END五、结构功能的极限状态1、极限状态概念：如果整个结构或结构的一部分超如果整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足预定功能的某一功能要过某一特定状态，就不能满足预定功能的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。求，此特定状态称为该功能的极限状态。结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构结构能够满足功能要求而良好地工作，

11、则称结构是是“可靠可靠”的或的或“有效有效”的。反之，则结构为的。反之，则结构为“不可不可靠靠”或或“失效失效”。区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称的临界工作状态称为为“极限状态极限状态”S R 失效失效不同的功能要求，有不同的极限状态。不同的功能要求，有不同的极限状态。确定结构在极限状确定结构在极限状态时的抗力态时的抗力R，则，则返回上级目录返回主目录前进后退END1）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，结构就不能满足预定的安全性功能要求超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求达到承载能力极限状态的标志达到承载能力极限状态的标志 结构或

12、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）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）五、结构功能的极限状态返回上级目录返回主目录前进后退END2 2）正常使用极限状态）正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性超过该极限状态，

13、结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。的功能要求。达到正常使用极限状态发标志达到正常使用极限状态发标志 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；过大的振动（不舒适）；其他正常使用要求。其他正常使用要求。五、结构功能的极限状态返回上级目录返回主目录前进后退END2、三种设计状况及极限状态设计要求、三种设计状况及极限状态设计要求（1）持久状况：结构使用过程中一定出现其持续很长的状况，持续

14、期间设计使用年限为同一数量级。（2）短暂状况：结构施工和使用过程中出现概率较大，与设计使年限相比持续期很短的状况，如施工和维修。（3）偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续时间很短的状况，如火灾爆炸。设计状况极限状态设计要求1、对三种设计状况，均应进行承载能力极限状态设计；2、对持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计；3、对短暂状况，可根据需要进行正常使用极根状态设计。五、结构功能的极限状态五、结构功能的极限状态返回上级目录返回主目录前进后退END 由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响

15、。合理的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响。结构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。结构设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。2.2 2.2 结构设计方法的发展结构设计方法的发展结构设计方法经历了：容许应容许应力法力法破损阶破损阶段法段法极限状极限状态法态法以概率理论为基以概率理论为基础的极限状态法础的极限状态法返回主目录前进后退END 容许应力设计法容许应力设计法kf钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的；结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；结构中一点达到容许应力，结构即认为失效；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

16、性要求；安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。KMMu 整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性整个截面达到极限承载力才认为失效，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。的总安全度较为明确。但安全系数但安全系数K K仍然凭经验确定，仍然凭经验确定，没有考虑结构功能的多样性要求的问题。没有考虑结构功能的多样性要求的问题。破损阶段设计法破损阶段设计法返回主目录前进后退END 除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括的挠度和裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的安全系数，而采用的多系数表达，)()(0，hbAkfkfMqkMssskcckuikqi 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位值。荷载系数 kqi，材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确定，但对于不同荷载的变