混凝土结构设计方法的理论基础课件.ppt

1、结构设计的要求结构设计的要求混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性极限状态设计法极限状态设计法主要内容：重点：作用、作用效应和抗力的概念及其随机特性作用、作用效应和抗力的概念及其随机特性；混凝土结构设计方法的理论基础混凝土结构设计方法的理论基础可靠度理论；可靠度理论；极限状态设计法表达式的基本概念及应用；极限状态设计法表达式的基本概念及应用；极限状态设计表达式极限状态设计表达式第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.1.1 结构的功能要求结构的功能要求 2.1 结构设计的要求结构设计的要求可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称安全性、适用性和耐久性的总称n 在规定的时间内，规

2、定的条件下，完成预定功能的能力。在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力。n 结构可靠性越高，建设造价投资越大。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在可靠与经济之间取得均衡如何在可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。就是设计方法要解决的问题。2.1.1结构的功能要求结构的功能要求第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法 2.1.2 结构上的作用、结构上的作用、作用效应、结构抗力作用效应、结构抗力 1.作用：作用：使使结构产生内力、变形的原因。结构产生内力、变形的原因。直接作用：荷载直接作用：荷载 间接作用：不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震间接作用：不均匀

3、沉降、温度变形、收缩变形、地震 直接作用（重力）直接作用（重力）间接作用（升温）间接作用（升温）第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法作用分类作用分类永久作用：永久作用：可变作用：可变作用：偶然作用：偶然作用：构件自重、土压力、预应力构件自重、土压力、预应力楼面活荷载、风荷载、雪荷载楼面活荷载、风荷载、雪荷载地震、爆炸、撞击等地震、爆炸、撞击等第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.作用效应作用效应作用效应（作用效应（S）：作用产生的后果：作用产生的后果 M、N、V、T、f、w 作用效应具有随机性作用效应具有随机性 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构

4、的设计方法3.结构抗力结构抗力结构抗力（结构抗力（R）：结构抵抗作用效应的能力：结构抵抗作用效应的能力。Mu、Vu、f、w 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 构件几何参数的不确定性构件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 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法 2.2.1 结构的极限状态结构的极限状态区分结构区分结构“可靠可靠”与与“失效失效”的临界工作状态称为的临界工作状态称为“极限状态极限状态”表 4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念结构的功能可

5、靠极限状态失效安全性受弯承载力M Mu适用性挠度变形f f耐久性裂缝宽度wmax wmax第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法 2.2 极限状态设计法极限状态设计法 承载力极限状态承载力极限状态超过该极限状态，不能满足安全性要求超过该极限状态，不能满足安全性要求 结构或构件达到最大承载力结构或构件达到最大承载力 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡 结构塑性变形过大而不适于继续使用结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系结构形成几何可变体系 结构或构件丧失稳定结构或构件丧失稳定第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计

6、方法 正常使用极限状态正常使用极限状态 超过该极限状态，不能超过该极限状态，不能满足满足适用性和耐久性的要求。适用性和耐久性的要求。过大的变形、侧移；过大的变形、侧移；过大的裂缝；过大的裂缝；过大的振动；过大的振动；其他正常使用要求。其他正常使用要求。第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.2.2 结构的极限状态方程结构的极限状态方程结构的功能函数结构的功能函数Z=R-S（随机变量）随机变量）Z=R-S0，可靠可靠Z=R-S=0，极限状态极限状态Z=R-S0，失效失效Z=0 称为结构的极限状态方程称为结构的极限状态方程第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.

7、2.3 可靠度和可靠可靠度和可靠指标指标 可靠度：可靠性的概率度量。可靠度：可靠性的概率度量。f(Z)zzPfZ=R-S SfPdZZfP101.可靠概率可靠概率PS2.失效概率失效概率Pf 0dZZfPS第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法3.可靠指标可靠指标22SRSRzz f(Z)zzPfZ=R-S值2.73.23.74.2失效概率 Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 可靠指标可靠指标fP第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法4.目标目标可靠指标可靠指标 按可靠指标的设计方法按可靠指标的设计方法 按承载力极限状态设计时按承载力极

8、限状态设计时 按正常使用极限状态设计时按正常使用极限状态设计时 根据其可逆程度可取根据其可逆程度可取01.5 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法 2.3 极限状态设计表达式极限状态设计表达式第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法概率极限状态设计法与过去采用的其他各种方法相比概率极限状态设计法与过去采用的其他各种方法相比 更为科学合理，但计算繁复，某些统计数据也不齐全。更为科学合理，但计算繁复，某些统计数据也不齐全。实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值实用设计表达式中采用了以荷载和材料强度的标准值 以及相应的以及相应的“分项系数分项系数”来表示的方式

9、。来表示的方式。具体措施具体措施2.3.1 承载力极限状态设计表达式承载力极限状态设计表达式RS 00.9三级1.0二级1.1一级重要性系数安全等级结构的重要性系数结构的重要性系数第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法niQikciQikQQkGGSSSS2111 1、基本组合、基本组合（1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合（2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合niQikciQikGGSSS12 2、偶然组合、偶然组合 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.3.2 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 SC

10、 ff ww 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法荷载效应组合荷载效应组合niQikciKQGkSSSS21.频遇组合频遇组合.准永久组合准永久组合 niQikqiKQfGkSSSS211niQikqiGkSSS1第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法.标准组合：标准组合：2.4 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性2.4.1 耐久性的概念耐久性的概念指结构在指结构在设计使用年限设计使用年限内，在内，在正常维护条件正常维护条件下，不需要进行下，不需要进行大修和加固，而满足正常使用和安全功能要求的能力。大修和加固，而满足正常使用和安全功能要求的能力。第第二二章章

11、 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.4.2规范规范对混凝土耐久性要求的规定对混凝土耐久性要求的规定1.基本原则基本原则根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法2.保证耐久性的措施保证耐久性的措施（1）最小保护层厚度最小保护层厚度 第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法（2）裂缝控制裂缝控制一级：一级：严格要求不出现裂缝严格要求不出现裂缝二级：二级：一般要求不出现裂缝一般要求不出现裂缝三级：三级：允许出现裂缝允许出现裂缝表 11-6 裂缝控制等级与裂缝宽度限值钢筋混凝土结构

12、预应力混凝土结构环境类别裂缝控制等级最大裂缝宽度限值裂缝控制等级最大裂缝宽度限值一三0.3三0.2二三0.2二三三0.2一第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法（3）混凝土的基本要求混凝土的基本要求表 11-4 结构混凝土耐久性的基本要求 环境类别 水灰比 不大于 水泥用量不少于(kg/m3)混凝土强度 等级不小于 氯离子含量 不大于 一 0.65 200 C15 1.00%a 0.60 225 C20 0.30%二 b 0.55 250 C25 0.30%三 0.50 275 C30 0.15%注：1、氯离子含量按水泥总重量的百分率计算；2、预应力构件的混凝土中的氯离子含量不

13、得超过 0.06%；3、当混凝土中加入掺合料时，可酌情降低水泥用量；处于二类环境中的基础，混凝土强度等级可采用 C20，但保护层厚度应符合地基基础设计规范的要求。第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法（4）其他措施其他措施对于结构中使用环境较差的构件，对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更宜设计成可更换或易更换的构件。换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧环氧涂层钢筋涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的采用有利提高耐久性的高强混凝土高强混凝土。第第二二章章 混凝土混凝土结构的设计方法结构的设计方法