1、工程结构1.1 1.1 引言引言 工程结构的设计步骤 结构设计计算的两个方面一、工程结构的定义 工业与民用建筑 公路、铁路 水利工程二、工程结构的设计步骤 选择合理的结构方案和型式 根据选定的结构型式设计结构或构件的截面三、结构设计计算的两个方面 如何使结构的力学分析日趋完善 如何合理地选择影响结构安全的参数 图1.1 结构可靠性设计 可靠性经济性结构设计实验数据统计数据数学理论专家系统工程实测实践经验1.2 1.2 工程结构可靠性概念工程结构可靠性概念 工程结构的功能 结构的可靠性 设计使用年限 设计基准期 在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用 一、工程结构的功能 在正常使用时具
2、有良好的工作性能 在正常维护下具有足够的耐久性能 在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性结构可靠性：结构可靠度：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。结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。二、结构的可靠性 类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构表1.1 设计使用年限分类 三、设计使用年限 四、设计基准期 设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数 建筑结构可靠度设计统一标准规定：设计基准期为50年 1.3 1.3 极限状态和极
3、限状态方程极限状态和极限状态方程 极限状态的定义和分类 承载能力极限状态 正常使用极限状态 偶然状况的处理 极限状态方程一、极限状态的定义和分类整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规范所要求的某一项功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。建筑结构可靠度设计统一标准规定 承载能力极限状态 正常使用极限状态二、承载能力极限状态 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 结构构件或连接因为超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因为过度变形而不适于继续承载 结构转变为机动体系 结构或结构构件丧失稳定（如压屈）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）三、正常使用极限状态 影响正常使用或外观的
4、变形 影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）影响正常使用的振动变形 影响正常使用的其他特定状态 四、偶然状况的处理采用下列原则之一按承载能力极限状态进行设计：允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。按作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力五、极限状态方程 极限状态方程是当结构处于极限状态时各有关基本变量的关系式。它可用下式表示：Zg（X1,X2,XN）=0 （1-1）式中：Xi（i=1,2,n）为基本变量 Zg（）称为结构的“功能函数”或“功效函数”一个只有两个基本
5、变量的线性问题，对于承载能力极限状态，若令R为结构抗力，S为作用综合效应，则极限状态方程（1-1）可写为：Zg（R,S）=R-S0 （1-2）若：ZR-S0，结构处于可靠状态；若：ZR-S0，结构处于极限状态；若：ZR-S0，结构处于失效状态。例1.1.4 1.4 结构可靠度发展和研究概况结构可靠度发展和研究概况 结构设计方法的演变 结构可靠度研究概况一、结构设计方法的演变 古代时期的设计方法古代时期的设计方法 容许应力法容许应力法 破损阶段法破损阶段法 极限状态法极限状态法2.容许应力法 要求结构构件在使用期内，截面上任何一点的应力不得超过某一容许应力值。其表达式为：=f/K式中：f为结构的
6、材料性能，K为安全系数。3.破损阶段法 破损阶断法计算时，主要考虑材料的弹塑性性能。以受弯构件为例，其一般表达式为 MMp/K式中：Mp截面破损时的抵抗弯矩K构件强度总安全系数M标准荷载作用下的截面弯矩。4.极限状态法 niNib(m，kh，Rhb，mgkgRgb，s，)式中：ni 过（超）载系数Nib标准荷载产生的内力m，mg 结构构件或钢筋的工作系数K，kg匀质系数Rhb,Rgb混凝土及钢筋的标准强度S截面几何特征当时的极限状态法一般设计表达式为：以概率理论为基础的极限状态设计法按发展阶段和精确程度分为3个水准：水准半概率法 水准近似概率法 水准全概率法二、结构可靠度研究概况 1983年完成了建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）的编制工作。2019年开始修订 建筑结构设计统一标准，于2019年批准了国家标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2019）。总结 工程结构的概念和设计的两方面问工程结构的概念和设计的两方面问题题 工程结构可靠性概念工程结构可靠性概念 极限状态和极限状态方程极限状态和极限状态方程
