钢筋混凝土结构设计原理课件.ppt

1、第二章第二章 钢筋砼结构设计原理钢筋砼结构设计原理第一节第一节 钢筋混凝土结构设计理论的发展钢筋混凝土结构设计理论的发展第二节第二节 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力结构的功能要求、荷载效应与结构抗力第三节第三节 概率极限状态设计的概念概率极限状态设计的概念第四节第四节 荷载代表值和材料强度标准值荷载代表值和材料强度标准值第五节第五节 水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范的实用设计表达式的实用设计表达式第一节 钢筋混凝土结构设计理论的发展一、按许可应力法设计一、按许可应力法设计 syssccccKfKf/优点：概念比较简明二、按破损阶段法设计二、按破损阶段法设计 KMMu/优点：概念

2、清楚、计算简便缺点：无法得知构件在正常使用期间的应用情况三、按极限状态法设计三、按极限状态法设计 承载能力极限状态：验算结构构件最终破坏时的极限承载力；正常使用极限状态：验算构件在正常使用时的裂缝开展宽度和挠度变形是否满足适用性的要求。第二节 结构的功能要求、荷载效应与结构抗力 一、结构的功能要求一、结构的功能要求适用性安全性结构在正常使用期间应具有良好的工作正常使用期间应具有良好的工作性能性能。例如，不发生过大的变形、振幅、过宽的裂缝等，以免影响正常使用。 结构应能承受在正常施工和正常正常施工和正常使用使用的情况下可能可能出现的各种作各种作用用，在设计规定的偶然事件偶然事件发生时及发生后，结

3、构仍能保持必需仍能保持必需的整体稳定性的整体稳定性，不致发生倒塌。 结构的功能要求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性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限正常使用到预定的设计使用期限。 结构设计的目的就是使所设计的结构在规定的设计使用年限结构设计的目的就是使所设计的结构在规定的设计使用年限内，用最经济的手段获得预定条件下满足设计所预期的各种内，用最经济的手段获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求。功能的要求。 结构上的“作用”使结构或构件产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称直接作用间接作用是指直接以力的不同集结形式（集中力或均布力）施加在结构上的作用，通常

4、也称为荷载。 是指能够引起结构外加变形和约束变形，从而产生内力效应的各种原因。 二、作用二、作用(荷载荷载)与荷载效应与荷载效应可变荷载(活荷载)永久荷载(恒荷载)在结构设计基准期内，其作用量值随时间而变化，其变化幅度与平均值相比不可忽略不计的荷载。在结构设计基准期内，其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载。 (随时间的变异性分类)荷载的分类偶然荷载在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的荷载。 固定荷载指在结构上具有固定位置的荷载。 (随空间位置的变异分类)荷载的分类偶然荷载指在结构空间位置的一定范围内可任意移动的荷载。 静态荷载指不使结

5、构产生加速度或产生的加速度可忽略不计的荷载。 (按结构的反应特点分类)荷载的分类动态荷载指使结构产生不可忽略的加速度的荷载。 荷载效应荷载效应S S指由荷载在结构上产生的各种内力(弯矩、剪力、轴力、扭矩等)和变形(挠度、裂缝等)的统称。 一般情况: S=CQ 例例 简支梁承受均布荷载简支梁承受均布荷载q q作用，计算作用，计算跨度为跨度为l l，由力学计算可知其跨中弯矩，由力学计算可知其跨中弯矩 M M ，支座剪力，支座剪力V V 。 M M 与与 V V S S q q Q Q 与与 C 281qlql21281ll21三、结构抗力三、结构抗力R是指结构或构件是指结构或构件承受各种荷载效承受

6、各种荷载效应应S S的能力，即的能力，即承载能力和抗变承载能力和抗变形能力。形能力。 R = RR = R( (f fc c,f,fs s,k k)结构抗力也是一个随机变量，结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强影响因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力学性度、变形模量等物理力学性能）、构件几何参数、配筋情能）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。况以及计算模式的精确性等。一、极限状态的定义与分类一、极限状态的定义与分类 结构或结构的一部分结构或结构的一部分超过某一特定状态超过某一特定状态就不能就不能满足设计规定的满足设计规定的某一功能某一功能要求，此特定状态称为要

7、求，此特定状态称为该该功能的极限状态功能的极限状态。 第三节 概率极限状态设计的概念 能够满足功能要求能够满足功能要求不能满足功能要求不能满足功能要求特定状态特定状态可靠度可靠度可靠失效极限状态极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态 结构或结构结构或结构构件达到最构件达到最大承载能力大承载能力或不适于继或不适于继续承载的变续承载的变形时的状态形时的状态 结构或结构结构或结构构件达到正构件达到正常使用或耐常使用或耐久性的某项久性的某项规定限值时规定限值时的状态的状态 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态 （1）概念：）概念：结构或构件达到结构或构件达到最大承载

8、能力最大承载能力，或，或达到不适达到不适于继续承载的变形于继续承载的变形的极限状态，称承载能力极限状态。的极限状态，称承载能力极限状态。 （2）对应情况）对应情况 整个结构或结构的一部分整个结构或结构的一部分失去刚体平衡失去刚体平衡； 结构构件因结构构件因超过材料强度超过材料强度而破坏（包括而破坏（包括疲劳疲劳破坏），破坏），或因过大的塑性变形而或因过大的塑性变形而不适于继续承载不适于继续承载； 结构或结构构件结构或结构构件丧失稳定丧失稳定； 整个结构或结构的一部分整个结构或结构的一部分转变为机动体系转变为机动体系（图片图片）。2、正常使用极限状态、正常使用极限状态 （1）概念：）概念：结构或

9、构件达到结构或构件达到使用功能上允许的某一规使用功能上允许的某一规定限值定限值的极限状态，称正常使用极限状态的极限状态，称正常使用极限状态 ； （2）对应情况）对应情况 影响结构正常使用或外观的影响结构正常使用或外观的变形变形； 对运行人员、设备、仪表等有不良影响的对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动振动； 对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影响的影响的局部损坏局部损坏； 影响正常使用的影响正常使用的其他特定状态其他特定状态。二、极限状态方程式、失效概率和可靠指标二、极限状态方程式、失效概率和可靠指标1 1、极限状态方程式、极限状态方程

10、式第三节 概率极限状态设计的概念 结构的极限状态可用极限状态函数结构的极限状态可用极限状态函数( (或功能或功能函数函数) )Z来描述。设影响结构极限状态的有来描述。设影响结构极限状态的有n个独个独立变量立变量Xi(i=1，2，n) )，函数，函数Z可表示为：可表示为：Z=g(X1，X2，Xn) ) Z0,即即R SZ0,即即R S Z=g(R,S)=R-S功能函数功能函数结构抗力结构抗力荷载效应荷载效应Z=0,即即R=S可靠状态可靠状态极限状态极限状态 失效状态失效状态结构可靠工作的基本条件为结构可靠工作的基本条件为:Z0:Z0或或RSRS 2.2.可靠概率可靠概率Ps (success)

11、Z0的概率为的概率为可靠概率可靠概率Ps，即结构在规定的时间，即结构在规定的时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。内，在规定条件下，完成预定功能的概率。 Z0的概率为的概率为失效概率失效概率Pf (failure)，即出现，即出现RS的概率。的概率。 Pf Ps = 1.0 失效概率失效概率Pf愈小，愈小， 结构的可靠性愈高结构的可靠性愈高。 3.可靠指标：可靠指标：可靠指标可靠指标为结构功能函数为结构功能函数Z的平均值的平均值Z与标准差与标准差Z的比值，即的比值，即 可靠指标可靠指标与失效概率与失效概率Pf之间在在着一一对应关系之间在在着一一对应关系 zz2.73.23.74.2pf3.

12、510-36.910-41.110-41.310-54. 4. 目标可靠指标的确定目标可靠指标的确定目标可靠指标理应根据结构的目标可靠指标理应根据结构的重要性重要性和破坏后果和破坏后果的的严重程度严重程度以及以及社会经济社会经济等条件，以优化方法综等条件，以优化方法综合分析得出的。合分析得出的。 但由于大量统计资料尚不完备或根本没有，目前但由于大量统计资料尚不完备或根本没有，目前只能采用只能采用“校准法校准法”来确定目标可靠指标来确定目标可靠指标。 校准法：认为原有的设计规范所设计出来的大量结构构校准法：认为原有的设计规范所设计出来的大量结构构件反映了长期工程实践的经验，其可靠度水平在总体上是

13、件反映了长期工程实践的经验，其可靠度水平在总体上是可以接受的。根据现有的设计水平反算得到目标可靠指标。可以接受的。根据现有的设计水平反算得到目标可靠指标。4. 4. 目标可靠指标的确定目标可靠指标的确定 延性破坏延性破坏是指结构构件在破坏前有是指结构构件在破坏前有明显的变形明显的变形或其他预兆；或其他预兆； 脆性破坏脆性破坏是指结构构件在破坏前是指结构构件在破坏前无明显的变形无明显的变形或其他预兆；或其他预兆； 脆性破坏脆性破坏构件的构件的目标可靠指标高于延性破坏目标可靠指标高于延性破坏构件的构件的目标可靠目标可靠指标指标。v目标可靠指标的特点：目标可靠指标的特点： 1.承载能力极限状态承载能

14、力极限状态的目标可靠指标：的目标可靠指标： 与结构的与结构的安全级别安全级别有关有关 与构件的与构件的破坏性质破坏性质有关有关 3.23.74.2脆性破坏脆性破坏2.73.23.7延性破坏延性破坏级级级级级级安全级别安全级别破坏类型破坏类型承载能力极限状态的目标可靠指标承载能力极限状态的目标可靠指标T2.正常使用极限状态时正常使用极限状态时的目标可靠指标的目标可靠指标 可靠指标低于承载能力极限状态。可靠指标低于承载能力极限状态。原因：原因：因为承载能力极限状态关系到结构因为承载能力极限状态关系到结构整体整体或局部破坏或局部破坏，会导致人身伤亡或重大经济损失，会导致人身伤亡或重大经济损失，正常使

15、用极限状态只关系到使用的适用性，而不正常使用极限状态只关系到使用的适用性，而不涉及到结构构件的安全性这一根涉及到结构构件的安全性这一根 本问题。本问题。 研究得还很不成熟，在我国，只笼统地认为可研究得还很不成熟，在我国，只笼统地认为可取为取为12。v虽然虽然可靠指标可靠指标的求解已比失效概率大大简单，但的求解已比失效概率大大简单，但在实际设计中求可靠指标在实际设计中求可靠指标，需已知，需已知 R R 和和 S S 的统的统计参数（计参数（，），），仍不方便。仍不方便。v只有对于十分重要的结构，如原子能反应堆的安只有对于十分重要的结构，如原子能反应堆的安全壳等采用这种方法。全壳等采用这种方法。v

16、对于一般构件，如果也采用这种复杂的统计参数对于一般构件，如果也采用这种复杂的统计参数分析，即不现实，设计人员也不习惯，故设计规范分析，即不现实，设计人员也不习惯，故设计规范都采用都采用“实用设计表达式实用设计表达式”。v实用设计表达式的特点：实用设计表达式的特点：设计人员不必设计人员不必直接计算可靠指标直接计算可靠指标，而只要采用而只要采用规范规定的规范规定的各个分项系数各个分项系数按实用设计表达式对结按实用设计表达式对结构构件进行设计，则设计出的结构构件就构构件进行设计，则设计出的结构构件就可满足可满足可靠度的要求可靠度的要求了了。 在在“实用设计表达式实用设计表达式”中，规定了若干个分项中

17、，规定了若干个分项系数。主要有：系数。主要有：荷载分项系数、材料分项系数、结构重要性系荷载分项系数、材料分项系数、结构重要性系数、设计状况系数、结构系数等等。数、设计状况系数、结构系数等等。不同设计规范所取用的分项系数的个数和其取不同设计规范所取用的分项系数的个数和其取值是有所不同的。值是有所不同的。如：如：混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB50010-2002)只用了只用了3个分个分项系数：荷载分项系数、材料分项系数和结构重要性系数项系数：荷载分项系数、材料分项系数和结构重要性系数 ；水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)则用了则用了5个分项系数：

18、荷载分项系数、材料分项系个分项系数：荷载分项系数、材料分项系数、结构重要性系数、设计状况系数、结构系数。数、结构重要性系数、设计状况系数、结构系数。它们的取值是完全不同的。所以不能将不同规范的系数它们的取值是完全不同的。所以不能将不同规范的系数相互混用。相互混用。 SL191-2008采用采用在多系数分析基础上以安全系数在多系数分析基础上以安全系数表达的方式进行设计表达的方式进行设计。只要按规范规定的承载力安。只要按规范规定的承载力安全系数全系数K进行计算，结构构件的可靠指标进行计算，结构构件的可靠指标就可以就可以满足不小于目标可靠指标满足不小于目标可靠指标T（见下表）（见下表）要求。要求。破

19、坏类型安 全 级 别延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2目标可靠指标目标可靠指标T第四节第四节 荷载代表值和材料强度标准值荷载代表值和材料强度标准值一、荷载代表值一、荷载代表值 结构或构件设计时，需针对不同设计目的对荷载赋予一个规定的量值，该量值即为荷载代表值。 永久荷载采用标准值为代表值。 可变荷载采用标准值、组合值、频遇值和准永久值为代表值。偶然荷载按使用的特点确定代表值。 其中荷载标准值为基本代表值。 1 1、荷载标准值、荷载标准值 荷载标准值是指在设计基准期内可能出现的最荷载标准值是指在设计基准期内可能出现的最大值，理论上它应按荷载最大值的概率分布的某一大值，理论上它应

20、按荷载最大值的概率分布的某一分位值确定。分位值确定。 永久荷载标准值永久荷载标准值G Gk k可按结构构可按结构构件的设计尺寸和材料重力密度计件的设计尺寸和材料重力密度计算确定，算确定，荷载规范荷载规范中给出了中给出了常用材料和构件的自重。常用材料和构件的自重。可变荷载标准值可变荷载标准值Q Qk k可直接查可直接查荷载规范荷载规范得出。得出。 但由于目前能对其概率分布作出估计的荷载还只但由于目前能对其概率分布作出估计的荷载还只是很小一部分。是很小一部分。在水利工程中，大部分荷载，如渗透压力、土压在水利工程中，大部分荷载，如渗透压力、土压力、围岩压力、水锤压力、浪压力、冰压力等，都力、围岩压力

21、、水锤压力、浪压力、冰压力等，都缺乏或根本无法取得正确的实测统计资料，所以其缺乏或根本无法取得正确的实测统计资料，所以其标准值主要还是根据标准值主要还是根据历史经验确定或由理论公式推历史经验确定或由理论公式推算算得出的。得出的。 荷载标准值是荷载的基本代表值荷载标准值是荷载的基本代表值，荷载的其它代，荷载的其它代表值都是以它为基础再表值都是以它为基础再乘以相应的系数乘以相应的系数后得出的后得出的。2 2、可变荷载组合值、可变荷载组合值当结构承受两种或两种以上可变荷载时，考当结构承受两种或两种以上可变荷载时，考虑它们同时达到各自最大值的可能性很小，故除虑它们同时达到各自最大值的可能性很小，故除主

22、导的可变荷载外，主导的可变荷载外，其余可变荷载应在其标准值其余可变荷载应在其标准值上上乘以小于乘以小于1.01.0的的组合系数组合系数对可变荷载标准值进行对可变荷载标准值进行折减折减。 可变荷载组合值可变荷载可变荷载组合值可变荷载标准值标准值Q Qk k荷载组合值系数荷载组合值系数C C 荷载组合值系数可由荷载组合值系数可由荷载荷载规范规范查得查得 v目前尚无足够的资料能确切地得出不同的荷目前尚无足够的资料能确切地得出不同的荷载组合时的组合系数，其值还是凭工程经验由载组合时的组合系数，其值还是凭工程经验由专家拍板定出的专家拍板定出的 。v 水工设计中习惯上不考虑可变荷载组合时的水工设计中习惯上

23、不考虑可变荷载组合时的折折减减。3 3、可变荷载频遇值、可变荷载频遇值 可变荷载在设计基准期内在结构上偶而出现的可变荷载在设计基准期内在结构上偶而出现的较大荷载，称为可变荷载频遇值。其具有持续时较大荷载，称为可变荷载频遇值。其具有持续时间较短或发生次数较少的特点。间较短或发生次数较少的特点。 可变荷载频遇值可变荷载标准值可变荷载频遇值可变荷载标准值荷荷载频遇值系数载频遇值系数f f 荷载频遇值系数可由荷载频遇值系数可由荷载规范荷载规范查查得得 4 4、可变荷载准永久值、可变荷载准永久值在设计基准期内在设计基准期内经常作用的可变荷载经常作用的可变荷载，称，称可变荷载准永久值。其具有总持续时间较长

24、的可变荷载准永久值。其具有总持续时间较长的的特点，对结构的影响类似于永久荷载。的特点，对结构的影响类似于永久荷载。 可变荷载准永久值可变荷载标准可变荷载准永久值可变荷载标准值值荷载荷载准永久准永久值系数值系数 荷载荷载准永久准永久值系数可由值系数可由荷载规范荷载规范查得查得 v荷载频遇值与荷载准永久值作用：荷载频遇值与荷载准永久值作用： 变形（挠度）大小和裂缝开展的宽度是与荷载作用的变形（挠度）大小和裂缝开展的宽度是与荷载作用的时间长短有关的，所以在按正常使用极限状态验算时，时间长短有关的，所以在按正常使用极限状态验算时，有些设计规范就规定了必须按有些设计规范就规定了必须按荷载效应的标准组合、

25、频荷载效应的标准组合、频遇组合及准永久组合遇组合及准永久组合分别进行验算。分别进行验算。 标准组合：在正常使用极限状态验算时，永久荷载和可变标准组合：在正常使用极限状态验算时，永久荷载和可变荷载均取为标准值的荷载效应组合；荷载均取为标准值的荷载效应组合； 频遇组合：在正常使用极限状态验算时，可变荷载取为荷频遇组合：在正常使用极限状态验算时，可变荷载取为荷载频遇值时的荷载效应组合；载频遇值时的荷载效应组合； 准永久组合：在正常使用极限状态验算时可变荷载取为荷准永久组合：在正常使用极限状态验算时可变荷载取为荷载准永久值时的荷载效应组合载准永久值时的荷载效应组合。但：但： 1.设计规范中的裂缝宽度验

26、算公式只局限于外设计规范中的裂缝宽度验算公式只局限于外力荷载引起的裂缝。力荷载引起的裂缝。 水工结构中大多数裂缝却是由温度、干缩和支水工结构中大多数裂缝却是由温度、干缩和支座沉降等因素引起的，因此设计规范中的裂缝控制座沉降等因素引起的，因此设计规范中的裂缝控制验算并不完全符合工程实际。验算并不完全符合工程实际。 过分细致地进行正常使用极限状态验算也就没过分细致地进行正常使用极限状态验算也就没有太大的工程实际意义。有太大的工程实际意义。 2.由于水工荷载的复杂性和多样性，由于水工荷载的复杂性和多样性，水工建筑物水工建筑物荷载设计规范荷载设计规范未能给出水工结构设计时荷载的未能给出水工结构设计时荷

27、载的频频遇值系数遇值系数和和准永久值系数准永久值系数。 因此：因此：现行水工混凝土结构设计规范对正常使用极限状现行水工混凝土结构设计规范对正常使用极限状态只验算荷载效应的态只验算荷载效应的标准组合标准组合。就不出现就不出现荷载频遇值、荷载准永久值、荷载频遇值、荷载准永久值、频遇组合、频遇组合、准永久组合准永久组合等术语了。等术语了。第四节第四节 荷载代表值和材料强度标准值荷载代表值和材料强度标准值二、材料强度标准值二、材料强度标准值 1.概念概念 材料强度标准值是指结构构件在材料强度标准值是指结构构件在使用期间正常使用期间正常情况情况下可能出现的下可能出现的最小值最小值。 2.取值取值 材料的

28、标准值按符合规定质量的材料强度材料的标准值按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一的概率分布的某一分位值分位值确定。当材料强度服确定。当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：从正态分布时，材料标准值可按下式计算：式中式中f材料强度的统计平均值；材料强度的统计平均值； f材料强度的统计标准差；材料强度的统计标准差； f材料强度的变异系数，材料强度的变异系数，f = f/f； f材料强度的保证率系数。材料强度的保证率系数。 钢筋和砼的强度标准值采用概率分布的钢筋和砼的强度标准值采用概率分布的0.05分位值分位值。其其实际强度小于强度标准值的可能性只有实际强度小于强度标准值的可能性只有5%

29、，即强度标准值具即强度标准值具有有95%的保证率。的保证率。fk= ff f = f（1f f）混凝土强度标准值(N/mm2)钢筋强度标准值钢筋强度标准值 受拉热轧钢筋采用国家标准规定的受拉热轧钢筋采用国家标准规定的屈服强度屈服强度（出厂检验的废品限值）作为标准值（出厂检验的废品限值）作为标准值 fyk，其保，其保证率不小于证率不小于95%。 其值见教材附录其值见教材附录2表表7 。 对于无明显屈服点的钢筋，采用国标规定的对于无明显屈服点的钢筋，采用国标规定的极限抗拉强度极限抗拉强度作为标准值作为标准值 fstk，其保证率也不小，其保证率也不小于于95%。 其值见教材附录其值见教材附录2表表8

30、 钢筋强度标准值(N/mm2)第五节第五节 水工砼结构极限状态设计表达式水工砼结构极限状态设计表达式在我国，混凝土结构设计规范共有在我国，混凝土结构设计规范共有5种，除建筑行业种，除建筑行业的国标的国标GB50010-2002外，还有水工、港工、铁路桥涵、外，还有水工、港工、铁路桥涵、公路桥涵等公路桥涵等4种。种。 这在国际上是独一无二的，是具有中国特色的。这在国际上是独一无二的，是具有中国特色的。由于管理体制的不同，同样用于水利水电工程的由于管理体制的不同，同样用于水利水电工程的水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范有了两个版本：有了两个版本： 电力系统的：电力系统的：DL/T5057

31、-2009 水利系统的：水利系统的：SL191 -2008 这两本规范的大部分条文内容是基本相同或仅稍这两本规范的大部分条文内容是基本相同或仅稍差异，但在实用设计表达式的表达方式上却有着较差异，但在实用设计表达式的表达方式上却有着较大的不同。大的不同。 DL/T5057-2009采用概率极限状态设计原则，用采用概率极限状态设计原则，用5个分项系数的设计表达式进行设计。个分项系数的设计表达式进行设计。 SL191-2008规范则在规定的材料强度和荷载取值规范则在规定的材料强度和荷载取值条件下，采用在多系数分析基础上以安全系数表达条件下，采用在多系数分析基础上以安全系数表达的方式进行设计。的方式进

32、行设计。 第五节第五节 水工砼结构极限状态设计表达式水工砼结构极限状态设计表达式一、一、D DL/T5057-2009L/T5057-2009规范规范 在在DL/T5057-2009规范中，实用设计表达式规范中，实用设计表达式用用五五个分项系数个分项系数来来保证结构的可靠度要求。保证结构的可靠度要求。( (一一) )承载能力极限状态设计时采用的分项系数承载能力极限状态设计时采用的分项系数1 1、结构重要性系数、结构重要性系数2 2、设计状况系数、设计状况系数3 3、荷载分项系数、荷载分项系数4 4、材料分项系数、材料分项系数5 5、结构系数、结构系数第五节第五节 水工砼结构极限状态设计表达式水

33、工砼结构极限状态设计表达式一、一、DL/T5057-2009DL/T5057-2009规范规范 在在DL/T5057-2009规范中，实用设计表达式规范中，实用设计表达式用用五五个分项系数个分项系数来来保证结构的可靠度要求。保证结构的可靠度要求。( (一一) )承载能力极限状态设计时采用的分项系数承载能力极限状态设计时采用的分项系数1 1、结构重要性系数、结构重要性系数2 2、设计状况系数、设计状况系数3 3、荷载分项系数、荷载分项系数4 4、材料分项系数、材料分项系数5 5、结构系数、结构系数1. 结构重要性系数结构重要性系数0 反映安全级别不同的结构构件所要求的可靠度水反映安全级别不同的结

34、构构件所要求的可靠度水平的不同。平的不同。表表 水工建筑物结构安全级别及结构重要性系数水工建筑物结构安全级别及结构重要性系数水工建筑物级别水工建筑物级别水工建筑物结构水工建筑物结构安全级别安全级别结构重要性系数结构重要性系数0 11.12，31.04，50.92. 设计状况系数设计状况系数 设计状况系数设计状况系数反映反映不同设计状况其可靠度水平不同设计状况其可靠度水平要求不同。要求不同。v 持久状况持久状况：在结构运行使用过程中，不仅出现且在结构运行使用过程中，不仅出现且持续时间很长，一般与设计基准期为同一量级的设持续时间很长，一般与设计基准期为同一量级的设计状况。计状况。 1.0v短暂状况

35、短暂状况：在结构施工（安装）、检修或使用过在结构施工（安装）、检修或使用过程中短暂出现的设计状况。程中短暂出现的设计状况。0.95v偶然状况偶然状况: : 在结构使用过程中，出现概率很小，在结构使用过程中，出现概率很小，持续时间很短的设计状况。持续时间很短的设计状况。0.853. 荷载分项系数荷载分项系数G G 、Q Qv 用来用来考虑荷载超过标准值的可能性，在水工考虑荷载超过标准值的可能性，在水工建筑物设计中，它实质上就是建筑物设计中，它实质上就是“超载系数超载系数”。v 荷载标准值荷载标准值乘以相应的荷载分项系数乘以相应的荷载分项系数后即为后即为荷载荷载设计值设计值。GkggGkGGQkq

36、qQkQQv 按按水工建筑物荷载设计规范水工建筑物荷载设计规范取用，其值大取用，其值大小主要依据荷载的变异程度大小。小主要依据荷载的变异程度大小。 但不小于下表所列数值。但不小于下表所列数值。荷载类型荷载类型永久荷载永久荷载一般可变一般可变荷载荷载可控制的可控制的可变荷载可变荷载符号符号GQ1Q2取值取值1.05（0.95）1.201.10当永久荷载对结构起有利作用时，取用表中当永久荷载对结构起有利作用时，取用表中括号内的数值。括号内的数值。4. 材料分项系数材料分项系数c c、s sv 考虑材料的离散性和施工偏差带来的材料实际强考虑材料的离散性和施工偏差带来的材料实际强度低于其强度标准值。度

37、低于其强度标准值。v 用途：承载能力极限状态采用用途：承载能力极限状态采用材料强度设计值材料强度设计值。 ykysffckccfftktcff c1.4s1.1规范直接给出材料强度的设计值，见附录规范直接给出材料强度的设计值，见附录2。设计值不并接触材料分项系数设计值不并接触材料分项系数。混凝土强度设计值(N/mm2)钢筋强度设计值(N/mm2)5. 结构系数结构系数 dv 用来考虑荷载分项系数和材料强度系数没能用来考虑荷载分项系数和材料强度系数没能反映的对反映的对结构可靠度有影响的因素，如荷载效结构可靠度有影响的因素，如荷载效应和抗力计算模式的不定性。应和抗力计算模式的不定性。v “小安全系

38、数小安全系数” v 对于钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构：对于钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构：d1.2第五节第五节 水工砼结构极限状态设计表达式水工砼结构极限状态设计表达式一、一、D DL/T5057-2009L/T5057-2009规范规范( (二二) )承载能力极限状态的设计表达式承载能力极限状态的设计表达式1 1、基本组合：、基本组合：是指在是指在持久设计状况和短暂状持久设计状况和短暂状况况计算时，作用在结构上的永久荷载和可变计算时，作用在结构上的永久荷载和可变荷载产生的荷载效应的组合。荷载产生的荷载效应的组合。),(122110kcykQQkQQGkGdaffRRSSSSRSSGk

39、永久荷载标准值产生的荷载效应；永久荷载标准值产生的荷载效应；SQ1k 一般可变一般可变荷载标准值产生的荷载效应；荷载标准值产生的荷载效应；SQ2k 可控制的可变可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应。荷载标准值产生的荷载效应。例：例： 一长一长5.40m的屋面大梁，承受自重的屋面大梁，承受自重11.34kN/m，雪，雪荷载荷载2.50kN/m，求荷载效应组合设计值，求荷载效应组合设计值（梁跨中截面（梁跨中截面弯矩设计值）弯矩设计值）。已知：已知： gk = 11.34kN/m、 q1k = 2.50kN/m G = 1.05、 Q = 1.301、按公式：、按公式： 221111.345.441

40、.33kN.m88GkkMg l221112.50 5.409.11kN.m88Q kkMq l111.05 41.33 1.30 9.1155.24kN.mGGkQQ kMMM已知：已知： gk=11.34kN/m、 q1k= 2.50kN/m G = 1.05、 Q = 1.302、通常做法、通常做法 1.05 11.3411.91kN/mGkgg1.3 2.503.25kN/mQkqq221111.91 3.255.4055.25kN.m88Mgq l荷载设计值：荷载设计值：218GkQkMgqlRSd10为了与水口规范衔接，将上式改写：为了与水口规范衔接，将上式改写：0dSR 并令：并

41、令：设计代表式：设计代表式：对受弯构件：对受弯构件：则：则：称为综合系数。称为综合系数。0dRS uMM 一、一、D DL/T5057-2009L/T5057-2009规范规范( (二二) )承载能力极限状态的设计表达式承载能力极限状态的设计表达式2 2、偶然组合：、偶然组合：偶然状况偶然状况下永久载荷、可变载下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。荷与一种偶然荷载效应的组合。),(122110kcykQQkQQGkGdaffRRSSSSRSAkSSAK 偶然荷载代表值产生的荷载效应偶然荷载代表值产生的荷载效应 。 偶然荷载的分项系数取为偶然荷载的分项系数取为1.0；=0.85 每次只考

42、虑一种偶然荷载；每次只考虑一种偶然荷载； 参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工建筑物设计规范的规定作适当折减。建筑物设计规范的规定作适当折减。一、一、D DL/T5057-2009L/T5057-2009规范规范( (三三) )正常使用极限状态的设计表达式正常使用极限状态的设计表达式),(0kkkkkkkafQGSScS 正常使用极限状态的荷载效应标准组合值；正常使用极限状态的荷载效应标准组合值； 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、结构构件达到正常使用要求所规定的变形、 裂缝宽度或应力等限值；裂缝宽度或应力等限值； 、 永久荷载、可变荷载永久荷载、可

43、变荷载标准值标准值； 材料强度材料强度标准值标准值。kSckGkQkf 正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求般要求=1.0 2.0。材料强度材料强度采用采用标准值标准值而不用设计值，即材料分而不用设计值，即材料分项系数取为项系数取为1.0。荷载荷载采用采用标准值标准值而不用设计值，即荷载分项系而不用设计值，即荷载分项系数数G 及及Q取为取为1.0。结构系数结构系数d 及设计状况系数及设计状况系数 也均取为也均取为1.0。第五节第五节 水工砼结构极限状态设计表达式水工砼结构极限状态设计表达式二、二、SL191-2008SL191-2008规范规范

44、( (一一) )确定安全系数的原则确定安全系数的原则 1 1、不像、不像DL/T5057-2009DL/T5057-2009那样突出那样突出“概率概率” 2 2、仍以多个分项系数作为分析的基础、仍以多个分项系数作为分析的基础 3 3、材料强度标准值和设计值两规范相同、材料强度标准值和设计值两规范相同 4 4、荷载分项系数取值略有不同、荷载分项系数取值略有不同 5 5、采用综合的安全系数、采用综合的安全系数0dK KSRK 安全系数安全系数虽然虽然 、K都都等于等于d 0，但数值是不相等的。但数值是不相等的。在在SL191-2008规范中：规范中：v结构重要性系数结构重要性系数三个结构安全级别对

45、应的结构重要性系数：三个结构安全级别对应的结构重要性系数： DL：1.10、1.0、0.90 SL：1.10、1.0、0.950d SR 综合系数综合系数 在水工规范和国标在水工规范和国标GB50010-2002规范中，都把规范中，都把建筑物分为三个级别。建筑物分为三个级别。但但级结构安全级别：级结构安全级别： 水工建筑中指的是水工建筑中指的是4、5级水工建筑；级水工建筑； 房屋建筑中指的是使用年限在房屋建筑中指的是使用年限在5年及以下的临年及以下的临时性房屋；时性房屋；这两者的重要性显然是很不相称。这两者的重要性显然是很不相称。SL191-2008，对，对级安全级别的结构构件取级安全级别的结

46、构构件取 0.95；即重要性系数取为；即重要性系数取为1.10、1.0、0.95。 v设计状况系数设计状况系数DL：1.0、0.95、0.85 （持久、短暂、偶然）（持久、短暂、偶然） SL：1.0、1.0 、0.85 （持久、短暂、偶然）（持久、短暂、偶然）SL规范考虑到：规范考虑到： 持久状况与短暂状况之间持久状况与短暂状况之间5%的差别在配筋允的差别在配筋允许误之差，没有必要将以分别；许误之差，没有必要将以分别； 施工期（短暂设计状况）失事的概率反而高，施工期（短暂设计状况）失事的概率反而高，安全度也不宜降低；安全度也不宜降低； SL规范将持久状况和短暂状况的均取为规范将持久状况和短暂状

47、况的均取为1.0，对偶然状况则按传统仍取为对偶然状况则按传统仍取为0.85。v 结构系数结构系数DL：1.20（钢筋混凝土与预应力混凝土结构）（钢筋混凝土与预应力混凝土结构） SL：1.20 （钢筋混凝土与预应力混凝土结构）（钢筋混凝土与预应力混凝土结构） 将这些分项系数具体数值代入将这些分项系数具体数值代入K=dd，取整，取整，并考虑到安全系数不宜小于并考虑到安全系数不宜小于1.0，得表，得表2-7所示的安所示的安全系数。全系数。 钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构构件的承载力安全系数K水工建筑物级别12、34、5荷载效应组合基本组合偶然组合基本组合偶然组合基本组合偶然组合K1.351.151

48、.201.001.151.00注意：注意： 当荷载效应由永久荷载控制时应增加当荷载效应由永久荷载控制时应增加0.05。 这是因为：永久荷载的分项系数取值较小当永久荷载这是因为：永久荷载的分项系数取值较小当永久荷载效应与可变荷载效应相比很大时，结构的安全度就偏低效应与可变荷载效应相比很大时，结构的安全度就偏低 。 当结构受力情况复杂，施工特别困难，荷载不能准当结构受力情况复杂，施工特别困难，荷载不能准确计算，缺乏成熟设计方法或结构有特殊要求时，承载确计算，缺乏成熟设计方法或结构有特殊要求时，承载力安全系数宜适当提高力安全系数宜适当提高。 这是因为：这是因为： 1.表表2-7所列的是最低限度的数值

49、，所列的是最低限度的数值， 2.与国际主流规范相比，我国的安全度总体上是偏低。与国际主流规范相比，我国的安全度总体上是偏低。 使用、施工、检修期：基本组合使用、施工、检修期：基本组合 地震或校核洪水：偶然组合地震或校核洪水：偶然组合(二二) 承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式 承载能力极限状态设计要考虑荷载效应的承载能力极限状态设计要考虑荷载效应的基本组合基本组合和和偶然组合偶然组合。 1 1、基本组合、基本组合 1).1).概念概念：基本组合是按承载能力极限状态设计时，持久状基本组合是按承载能力极限状态设计时，持久状况或短暂状况下，况或短暂状况下，永久荷载永久荷载与与可变荷

50、载可变荷载效应的组合。效应的组合。 2).2).表达式：表达式：对于基本组合，承载能力极限状态设计表达式：对于基本组合，承载能力极限状态设计表达式： KS KS R R当永久荷载对结构起当永久荷载对结构起不利不利作用时：作用时：S=1.05SS=1.05SG1kG1k+1.20S+1.20SG2kG2k+1.20S+1.20SQ1kQ1k+1.10S+1.10SQ2kQ2k当永久荷载对结构起当永久荷载对结构起有利有利作用时：作用时：S=0.95SS=0.95SG1kG1k+0.95S+0.95SG2kG2k+1.2S+1.2SQ1kQ1k+1.1S+1.1SQ2kQ2k公式符号解释公式符号解释