第二章工程结构的设计标准和设计方法4课时课件.ppt
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1、本章主要内容本章主要内容v设计基准期和设计使用年限设计基准期和设计使用年限v结构的功能要求、作用和抗力结构的功能要求、作用和抗力v结构可靠度理论和极限状态设结构可靠度理论和极限状态设计法;计法;v结构设计方法及设计内容结构设计方法及设计内容v教学目的和要求教学目的和要求v(1)掌握结构的功能、极限状态、作用效应、)掌握结构的功能、极限状态、作用效应、结构抗力、可靠度等基本概念;结构抗力、可靠度等基本概念;v(2)掌握作用(荷载)、结构抗力的取值;)掌握作用(荷载)、结构抗力的取值;v(3)掌握荷载分项系数、可变荷载组合系数、)掌握荷载分项系数、可变荷载组合系数、结构重要性系数、混凝土和钢材的材
2、料分项系数的结构重要性系数、混凝土和钢材的材料分项系数的取值;取值;v(4)掌握承载能力和正常使用极限状态的实用)掌握承载能力和正常使用极限状态的实用设计表达式。设计表达式。v教学重点与难点:教学重点与难点:v(1)重点)重点:结构的功能要求、极限状:结构的功能要求、极限状态,混凝土结构设计方法,结构上的作用、态,混凝土结构设计方法,结构上的作用、作用效应和结构的抗力,极限状态实用设作用效应和结构的抗力,极限状态实用设计表达式。计表达式。v(2)难点)难点:极限状态方程,结构的可:极限状态方程,结构的可靠度、失效概率、可靠度指标和目标可靠靠度、失效概率、可靠度指标和目标可靠度指标。度指标。n设
3、计基准期设计基准期结构设计时以及对与时间有关的材结构设计时以及对与时间有关的材料性能取值时所采用的时间参数。料性能取值时所采用的时间参数。我国的设计基准我国的设计基准期为期为5050年。年。n设计使用年限设计使用年限设计规定的一个时期。该规定时设计规定的一个时期。该规定时期内,房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用期内,房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用。和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用。设计使用年限分类表设计使用年限分类表2.1 设计基准期和设计使用年限类别类别1 12 23 34 4设计使用设计使用年限年限5 525255050100
4、100 示例示例临时性建筑临时性建筑易于替换易于替换的结构构件的结构构件普通房屋普通房屋和构筑物和构筑物纪念性和特纪念性和特别重要建筑别重要建筑2.22.2 结构的功能要求结构的功能要求、作用和抗力、作用和抗力(一)结构的功能要求(一)结构的功能要求功能要求功能要求适用性适用性耐久性耐久性安全性安全性 安全性安全性结构在结构在正常施工正常施工和和正常使用正常使用的条件下,的条件下,能承受可能出现的各种作用;在设计规定的偶然事件(如能承受可能出现的各种作用;在设计规定的偶然事件(如强烈地震、爆炸、车辆撞击等)发生时和发生后,仍能保强烈地震、爆炸、车辆撞击等)发生时和发生后,仍能保持必需的持必需的
5、整体稳定性整体稳定性,即结构仅产生局部的损坏而不致发,即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。生连续倒塌。适用性适用性结构在正常使用时具有良好的结构在正常使用时具有良好的工作性工作性能能。例如,不会出现影响正常使用的过大变形或振动;不。例如,不会出现影响正常使用的过大变形或振动;不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。耐久性耐久性结构在正常维护条件下具有足够的结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能,即在正常维护条件下结构能够正常使用耐久性能,即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如,结构材料不致出现到规定的设计使用年限。例如,结构材料不致
6、出现影响功能的损坏,钢筋混凝土构件的钢筋不致因保影响功能的损坏,钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。混凝土结构的耐久性应根据环境类别和设混凝土结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计。计使用年限进行设计。结构上的作用结构上的作用按时间的变异分布按时间的变异分布:永久作用、可变作用、偶然作用 按随空间位置的变异分类:按随空间位置的变异分类:固定作用、自由作用 按结构的反应分类按结构的反应分类:静态作用、动态作用(二)作用和抗力(二)作用和抗力作用的随机性质作用的随机性质 作用可能出现,也可能不出现;数值可能较大,作用可能出现,也可能不出现;
7、数值可能较大,也可能较小;方向可能变化,也可能不变等等。也可能较小;方向可能变化,也可能不变等等。作用效应作用效应S S 结构由于各种原因,引起结构由于各种原因,引起内力内力和和变形变形称为作称为作用效应,用用效应,用S 表示。由直接作用产生的效应,表示。由直接作用产生的效应,通常称为荷载效应。通常称为荷载效应。内力:内力:轴力、弯矩、剪力、扭矩;轴力、弯矩、剪力、扭矩;变形:变形:挠度、转角、裂缝。挠度、转角、裂缝。作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸及支承条件。及支承条件。简支梁在跨中一集中荷载作用下跨中弯矩lPM41 例:简支梁在均
8、布荷载作用下跨中弯矩S=cQc 荷载效应系数Q 荷载qlM281281ll41c第二章 设计标准和方法结构的抗力结构的抗力R R 结构抗力结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。是指结构或构件承受作用效应的能力。如构件的承载力、刚度、抗裂度等,用如构件的承载力、刚度、抗裂度等,用R表示。表示。结构抗力的影响因素:结构抗力的影响因素:材料性能的不确定性材料性能的不确定性材料几何参数的不确定性材料几何参数的不确定性计算模式的不确定性计算模式的不确定性 结构的抗力具有随机性结构的抗力具有随机性。2.3 结构可靠理论和极限状态设计法结构可靠理论和极限状态设计法一、结构的可靠性和可靠度一、结构的可靠性
9、和可靠度l结构的可靠性结构的可靠性l结构的可靠度结构的可靠度结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。定功能的概率。即可靠性的概率度量即可靠性的概率度量。结构的结构的安全性安全性、适用性适用性和和耐久性耐久性的总的总 称称v规定时间规定时间指设计使用年限;指设计使用年限;规定条件规定条件指正常设计、指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护,不包括错误设计、正常施工、正常使用和正常维护,不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况。错误施工和违反原来规定的使用情况。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量,即对结构可靠结构的可靠度是结构可靠性
10、的概率度量,即对结构可靠性的定量描述。性的定量描述。注意注意1:结构可靠度与结构使用年限长短有关。结构可靠度与结构使用年限长短有关。统一统一标准标准以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。以结构的设计使用年限为计算结构可靠度的时间基准。注意注意2:结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系,结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系,但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后,并不意但不等同。当结构的使用年限超过设计使用年限后,并不意味着结构就要报废,但其可靠度将逐渐降低。味着结构就要报废,但其可靠度将逐渐降低。一、结构的可靠性和可靠度一、结构的可靠性和可靠度二、结构可靠度理论二、结构可
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