結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課件-第3章(已修改)
2025-01-18 18:59 本頁面
【正文】 第三章 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計計算的原則 Design and Calculation Principle of Structure under Limit State Method 本章的主要內(nèi)容 ? 設(shè)計計算方法的歷史與基本思想 ? 結(jié)構(gòu)的功能要求 ? 極限狀態(tài)的概念、概率極限狀態(tài)設(shè)計方法 ? 現(xiàn)有 《 公規(guī)范 》 采用的設(shè)計方法、原則、表達(dá)方式、各系數(shù)的含義 ? 材料強(qiáng)度取值、作用分類、各種作用組合 ? 建筑結(jié)構(gòu)的基本計算原則 167。 概 述 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的 設(shè)計滿足功能要求的結(jié)構(gòu) ,也就是把外界作用對結(jié)構(gòu)的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的抵抗力來加以比較，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計 既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。 具體說 也就是確定結(jié)構(gòu)的截面尺寸、配筋和滿足構(gòu)造要求。 二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展 從伽利略至今三百余年里，結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)歷了各種演變，可從以下兩個方面進(jìn)行歸納： 從結(jié)構(gòu)設(shè)計理論上 彈性理論 極限狀態(tài)理論 從設(shè)計方法上 定值設(shè)計法 概率設(shè)計法 三、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的理論和方法有： ? 容許應(yīng)力法 ? 破損階段設(shè)計法 ? 多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 ? 基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)法 ?? ? 安全系數(shù)材料強(qiáng)度?? ??? ?cccckf?? ??? ?sssskf?? ??鋼筋混凝土構(gòu)件 ： 混凝土應(yīng)力 鋼筋應(yīng)力 式中： 分別為安全系數(shù) sc kk 、一、基本概念 ?容許應(yīng)力法 容許應(yīng)力法 —— 構(gòu)件在外界作用下，某截面的最大應(yīng)力 達(dá)到或超過材料的容許應(yīng)力時，構(gòu)件即失效（破壞），即要滿足： c?以鋼筋混凝土構(gòu)件為例： ? 彈性假定： 鋼筋和混凝土均為彈性材料 ? 平截面假定 ：變形 (彎曲 )前后保持為平面 ? 假定混凝土為不抗拉材料 ? 鋼筋與同位置混凝土的應(yīng)變相等 b xhs? ss A??c?cbx??2sA鋼筋混凝土構(gòu)件容許應(yīng)力計算簡圖 cis ?? ?二、特點(diǎn) 安全系數(shù) K是個大于 1的數(shù)字 K越大，結(jié)構(gòu)的安全度就越高，同時材料的用量就越多 沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求 對于結(jié)構(gòu)一方面要考慮承載能力，另一方面也許考慮其 正常使用時裂縫、變形。 安全系數(shù)的確定主要憑借經(jīng)，缺乏嚴(yán)格科學(xué)依據(jù) 。 三、適用情況 當(dāng)結(jié)構(gòu)是非桿件結(jié)構(gòu)（如大體積壩體、空間薄殼結(jié)構(gòu)等）時，因規(guī)范沒有給出明確的計算公式，則彈性力學(xué)方法仍是較實(shí)用的分析方法。 ?破損階段設(shè)計法 —— 20世紀(jì) 30年代 一、基本概念 uMkkMM u?M破損階段設(shè)計法 ：構(gòu)件在外界作用下，某截面的內(nèi)力達(dá)到某極限內(nèi)力時，構(gòu)件即失效（破壞），以受彎構(gòu)件為例，其計算表達(dá)式為： 式中： 為截面中內(nèi)力， 為截面所能承受的極限彎矩 為安全系數(shù) b xhsA0hss Af ?c?cfbx?2 鋼筋混凝土構(gòu)件破損階段計算簡圖 以鋼筋混凝土構(gòu)件為例 ?以構(gòu)件破壞階段為計算依據(jù) ?不考慮混凝土的拉力 ?受壓區(qū)混凝土應(yīng)力分布為曲邊形，計算時等效為矩形應(yīng)力圖 二、特點(diǎn) 考慮了材料塑性和強(qiáng)度的充分發(fā)揮，極限荷載可以直接 由試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)件的總安全度較為明確 安全系數(shù)的確定依賴經(jīng)驗(yàn)，且是一個定值 沒有考慮結(jié)構(gòu)功能的多樣性要求 由于采用了極限平衡的理論，對荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及位移變化，無法做出適當(dāng)?shù)念A(yù)計。 ?多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 一、基本概念 構(gòu)件的極限狀態(tài)，不僅包括承載力的極限狀態(tài)，而且包括撓度（變形）及裂縫寬度的極限狀態(tài)，這已經(jīng)包含了 安全性 和 適用性 的一些概念 對于承載能力極限狀態(tài) ，針對荷載、材料的不同變異性，不再采用單一系數(shù)，即 多系數(shù)法 。 承載能力極限多系數(shù)狀態(tài)表達(dá)式： ? ? ),a,fk,fk(mM)qn(M ccssuiki ??ikqcs k,kin式中： 為標(biāo)準(zhǔn)荷載或效應(yīng)， 為相應(yīng)的超載系數(shù)， 為鋼筋及混凝土的強(qiáng)度， 為相應(yīng)的均質(zhì)系數(shù)， 為工作條件系數(shù)， 為截面幾何特性 amcs f,f? 材料強(qiáng)度， 根據(jù)統(tǒng)計后按照一定的保證率，取其下限分位值 ? 荷載值 也盡可能根據(jù)各種荷載的統(tǒng)計資料，按照一定的保證率，取其下限分位值 ? 材料強(qiáng)度系數(shù)、荷載系數(shù) 仍按經(jīng)驗(yàn)確定，對不同的荷載變異大小，取用不同的系數(shù) ， 備注： 二、特點(diǎn) 安全系數(shù)的選取已經(jīng)從純經(jīng)驗(yàn)性到了部分采用概率統(tǒng)計值 設(shè)計方法的本質(zhì)依然是一種半經(jīng)驗(yàn)半概率的方法 《 公路橋涵設(shè)計規(guī)范 》 （ JTJ 02185）采用了多系數(shù)、表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計法 ?基于可靠性理論的概率極限狀態(tài)設(shè)計法 一、發(fā)展歷史 20世紀(jì) 40年代美國學(xué)者 靠性理論，到了 60~70年代結(jié)構(gòu)可靠性理論有了很大的發(fā)展，70年代以來，國際上的結(jié)構(gòu)可靠度理論在土木工程領(lǐng)域逐步進(jìn)入了實(shí)用階段。 我國 從 20世紀(jì) 70年代中期才開始研究，但至 80年代后期就在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域率先進(jìn)入了實(shí)用階段，先后出版了下列國家標(biāo)準(zhǔn)： ? 《 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 (GBJ6884) ? 《 工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》 (GB5015392) ? 《
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