最新第一章鋼筋混凝土結構設計原則(編輯修改稿)
2025-07-26 02:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 基本接軌的“極限狀態(tài)法”。這種方法首先根據(jù)結構的安全適用等要求規(guī)定結構的極限狀態(tài)，要求設計者采取各種措施防止結構在使用年限內(nèi)達到任何極限狀態(tài)。與老規(guī)范（JTJ023—85）（以下簡稱85年規(guī)范）不同的是，04年規(guī)范將85年規(guī)范的“經(jīng)驗極限狀態(tài)法”發(fā)展為“概率極限狀態(tài)法”，“經(jīng)驗極限狀態(tài)法”的安全系數(shù)是憑經(jīng)驗人為確定的，而“概率極限狀態(tài)法”是以公路橋梁可靠度研究為基礎，把影響結構可靠性的各種主要因素視為隨機性變量，從荷載和結構抗力（包括材料性能、幾何參數(shù)和計算模式的不確定性）兩個方面進行了大量的調(diào)查、實測、試驗及分析，運用統(tǒng)計數(shù)學的方法確定我國可以承受的結構失效概率，從而求得設計所需要的各相關參數(shù)，基本上避免了人為地、經(jīng)驗地確定相關系數(shù)的做法，這在設計理論和觀念上是一個很大的進步。 極限狀態(tài)設計法的基本概念1， 結構的功能性要求1） 應能承受在正常施工和正常使用期間可能出現(xiàn)的各種作用；2） 在正常使用條件下具有良好的工作性能，不產(chǎn)生過大的變形或局部損壞。3） 在正常使用和正常維護的條件下具有足夠的耐久性，在規(guī)定期間內(nèi)混凝土不出現(xiàn)影響結構壽命的侵蝕和碳化，鋼筋不因裂縫過寬而銹蝕。4） 在預計的偶然事件發(fā)生時或發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，不發(fā)生全局性垮塌。上述功能要求中，1），4）為安全性功能，是結構最重要和最基本的功能；2）為適用性功能；3）為耐久性功能。結構的安全性、適用性和耐久性總稱為結構的可靠性。結構設計的目的，是要使結構在規(guī)定的條件下、規(guī)定的期間內(nèi)具有足夠的可靠性，完成全部上述功能。這里，規(guī)定的條件主要是指荷載的種類和級別、結構工作的條件和環(huán)境條件，規(guī)定的期間，按照04規(guī)范的規(guī)定，鋼筋混凝土結構的設計基準期為100年。 結構的極限狀態(tài)國際上通常將結構的極限狀態(tài)分為三類：。這種極限狀態(tài)是指對應于結構、結構構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。當結構或構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：（１） 結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如滑動、傾覆等）；（２） 結構、結構構件或其連接處因超過材料強度而破壞（含疲勞破壞），或因過度 的塑性變形而不能繼續(xù)承載；（３） 結構轉變成機動體系（如結構中的梁可沿一個方向任意滑動或轉動）；（４） 結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如柱的壓曲失穩(wěn)）；。這種極限狀態(tài)是指對應于結構或結構構件達到正常使用或者耐久性的某項限值的狀態(tài)。當結構或結構構件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：（１） 影響正常使用或外觀的變形（如撓度過大）；（２） 影響正常使用或耐久性的局部損壞（如過寬的裂縫寬度）；（３） 影響正常使用的振動（如風載下結構振動過大）；（４） 影響正常使用的其它特定狀態(tài)（如混凝土嚴重浸蝕、鋼筋嚴重銹蝕等）。3． 破壞—安全極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)是指偶然事件造成局部損壞后，其余部分不至于發(fā)生連續(xù)倒塌的狀態(tài)。偶然事件是指超過正常設計所考慮的自然災害程度，還有人為的爆炸、車輛撞擊等?！? 上述前兩種極限狀態(tài)已在我國０4規(guī)范中采用，第三種極限狀態(tài)仍然處于研究之中。 結構的失效概率與可靠指標 所有結構或構件都存在兩個對立面：作用效應Ｓ和結構抗力Ｒ。 結構承受的作用分為直接作用和間接作用。直接作用是指施加在結構上的永久荷載和可變荷載，如結構自重、汽車、人群等荷載。間接作用是指引起結構外加變形和約束變形的其他作用，如地基沉降、混凝土收縮徐變及溫度變化等。作用效應Ｓ是指直接作用或間接作用在結構內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形。結構抗力Ｒ是指結構構件承受內(nèi)力和變形的能力。作用效應 Ｓ和結構抗力 Ｒ都是隨機變量,若以g()表達結構的功能函數(shù)且令 Z＝g(R,S)=R－S （1－6）當 Z＝0， 結構處于極限狀態(tài)； Z＞0， 結構處于可靠狀態(tài)； Z＜0， 結構處于失效狀態(tài)。 因此，極限狀態(tài)方程的表達式為 Z＝R－S＝0 （1－7） 可以用圖1—7 表示上述狀態(tài)的關系。 圖1－7 圖1－7表明，極限狀態(tài)為R／S＝tg45o＝1。 根據(jù)統(tǒng)計資料，可以假定R、S為正態(tài)分布，其平均值和標準差分別為、和、根據(jù)統(tǒng)計知識和分布的性質(zhì)，R和S的差Z也是服從正態(tài)分布的隨機變量，其平均值＝－,標準差＝。Z的概率密度函數(shù)是（Z）＝exp （1－8）其分布如圖1－8所示。由統(tǒng)計學知識可知，結構的可靠指標是Z的平均值與標準差的比值，即 （1－9） 結構的失效概率Pf ＝exp （1－10） 圖1－8令（標準正態(tài)分布特征）,t＝,則有dz＝dt，z＝，t＝和，代入式（1－9）可得exp （1－11）式中的Ф（ ）為標準正態(tài)分布函數(shù)表達方式。式（1－11）說明，失效概率Pf和可靠指標β具有對應關系，下表列出了部分對應關系。 可靠指標β與失效概率Pf的對應關系 表1－1 β 1 Pf101 102 103 105107由上表可知，可靠指標愈大，失效指標愈小。我國04規(guī)范是在已經(jīng)采用了上述概率統(tǒng)計方法的基礎上確定的，這比85規(guī)范靠經(jīng)驗來確定安全系數(shù)要科學和合理得多。 我國04年規(guī)范的計算原則我國04年規(guī)范采用的是與國際接軌的概率極限狀態(tài)設計法，設計應滿足持久承載能力和持久正常使用極限狀態(tài)，對于預應力混凝土，除了滿足以上兩種極限狀態(tài)之外，還應滿足持久狀況和短暫狀況構件的應力計算。1．持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算原則公路橋涵的持久狀況設計應按承載能力極限狀態(tài)的要求，對構件進行承載力及穩(wěn)定計算，必要時尚應進行結構的傾覆和滑移驗算（如擋土墻，
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