湘潭大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法課程論文-—以混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計為例(編輯修改稿)
2025-07-10 05:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 我國《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的定義為：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不滿足規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)即為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)為可靠還是失效的分界線。 目前 來看 ， 結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計一般是將賦予概率意義的極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式，此類設(shè)計均可稱為概率極限狀態(tài)設(shè)計。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概率意義上的可靠度、失效概率以及可靠指標(biāo)來衡量結(jié)構(gòu)的安全程度， 是工程結(jié)構(gòu) 設(shè)計思想和設(shè)計方法上的一大進(jìn)步。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)的設(shè)計不可能也不必 是絕對可靠的，最多說它的不可靠概率或失效 概率相當(dāng)小，關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)失效的概率小到何種程度 才能被接受 。 3 概率極限狀態(tài)設(shè)計法綜述 科學(xué)試驗(yàn)和工程力學(xué)分析理論的發(fā)展使土木工程由完全依靠工程經(jīng)驗(yàn)逐步走向了科學(xué)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的道路。工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論從力學(xué)分析理論的發(fā)展歷程來看 ， 經(jīng)歷了容許應(yīng)力設(shè)計法、破損階段設(shè)計法和極限狀態(tài)設(shè)計法 ； 從概率理論的應(yīng)用過程來看 ， 經(jīng)歷了定值設(shè)計法經(jīng)驗(yàn)法、半概率設(shè)計法及近似概率設(shè)計法。國際上的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展趨勢是概 率極限狀態(tài)設(shè)計法 。 概率極限狀態(tài)設(shè)計法的特點(diǎn)是運(yùn)用概率論的方法對結(jié)構(gòu)可靠性度量給出科學(xué)的回答，明確地提出了結(jié)構(gòu)可靠度定義及計算式，它還將影響結(jié)構(gòu)安全的各種因素，如材料、荷載、截面幾何尺寸、施工誤差、檢驗(yàn)方法與計算方法的誤差等均視作隨機(jī)變量，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計和概率論的方法加以分析。我國現(xiàn)在所用的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（ GB500102021）等都是采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。但是要指出的是：目前統(tǒng)計資料還不夠完善，有些地方尚需結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來確定系數(shù)，加上設(shè)計人員的習(xí)慣，概率極限狀態(tài)設(shè)計法的表達(dá)式仍是 與以往半概率半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法有些相似，但兩者在結(jié)構(gòu)可靠度計算上則是有著本質(zhì)的區(qū)別。 概率極限狀態(tài)設(shè)計法表達(dá)形式 當(dāng)荷載的概率分布、統(tǒng)計參數(shù)以及材料性能、尺寸的統(tǒng)計參數(shù)被確定時 ,根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo) ， 即可按照結(jié)構(gòu)可靠度的概率分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 其實(shí)用設(shè)計表達(dá)式可通過兩種極限狀態(tài)的計算來保證結(jié)構(gòu)的可靠性。 承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計表達(dá)式 在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件 的計算采用下列計算表達(dá)式： 0/SKK RdSRSSRR?????? 式 中： 0? —— 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) ， 在持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況下，對安全等級為一級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于 ， 對安全等級為二級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于 ， 對安全等級為三級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)小于 ， 對地震設(shè)計狀況下應(yīng)取 ； S—— 荷載效應(yīng)設(shè)計值，由荷載分項(xiàng)系數(shù) S? （＞ 1）和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值乘積求得； R—— 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計值，由結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力模型 的 不定性系數(shù) dR?（＞ 1）所得。 承載能力極限狀態(tài)應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷載（效應(yīng)）組合 。 （ 1）荷載效應(yīng)的基本組合 對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 S應(yīng)從下列組合值中取最不利值確定： n1 1 1 i i i ii2= G G K Q Q K Q Q C KS C G C Q C Q? ? ? ???? ? ni i i ii1= G G K Q Q C KS C G C Q? ? ??? ? 式中： 0? —— 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) ； KG —— 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 1KQ —— 影響最大的一個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 1iG Q Q? ? ?、 、 —— 分別為各種荷載的分項(xiàng)系數(shù)； 1iG Q QC C C、 、 —— 分別為各永久荷載、可變荷載的效應(yīng)系數(shù)； Ci? —— 可變荷載組合值系數(shù)。 （ 2）荷載效應(yīng)的偶然組合 對于偶然組合，荷載效應(yīng)組合設(shè)計值宜按下列規(guī)定 確定：偶然荷載代表值不乘分項(xiàng)系數(shù)，其他荷載可根據(jù)觀察資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇担奢d效應(yīng)表達(dá)式應(yīng)符合專門規(guī)范的規(guī)定，在此不再詳細(xì)闡述。 正常使用極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計表達(dá)式 對于正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)分別按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用影響，采用以下極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式： S≤ C 式中： S—— 正常使用極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合值； C—— 結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、裂縫寬度、應(yīng)力和自振頻率等的限值。 n1 1 i i ii2=K G K Q K Q C KS C G C Q C Q???? ? 式中，永久荷載和影響最大的一個可變荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，其他均采用組合值。 nf 1 1 1 q i i ii2= G K Q K Q KS C G C Q C Q?? ??? ? 式中，永久荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，效應(yīng)最大的主導(dǎo)可變荷載取頻遇值，其他可變荷載均取準(zhǔn)永久值。 nq i i ii1= G K Q KS C G C Q??? ? 式中，永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載均采用準(zhǔn)永久值。 上述公式中， Ci? 為第 i個可變荷載組合值系數(shù)， qi? 為第 i個可變荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)，f1? 為主導(dǎo)可變荷載 Q1頻遇值系數(shù)。 淺析 概率極限狀態(tài)設(shè)計法 現(xiàn)狀的不足 我國現(xiàn)行的《 建筑結(jié)構(gòu)可 靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 》對結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限僅考慮了特定的幾種情況 ， 如 50 年或 100年 。在這幾個特定情況下， 也 只 是通過重要性系數(shù)來考慮設(shè)計使用年限的變化。而在工程實(shí)際中有些結(jié)構(gòu)可能需要按其他的設(shè)計使用年限進(jìn)行設(shè)計或校核 ， 特別是對既有結(jié)構(gòu) 的校
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