1、第七章第七章 工程结构的设计方法工程结构的设计方法 7.1 工程结构设计方法的发展工程结构设计方法的发展 7.2 我国目前各种土木工程结构设计方法简介我国目前各种土木工程结构设计方法简介 7.1 工程结构设计方法的发展工程结构设计方法的发展 结构理论从弹性理论到极限状态理论结构理论从弹性理论到极限状态理论 设计方法从定值法到概率法设计方法从定值法到概率法 7.1.1 容许应力设计法容许应力设计法 弹性弹性理论理论为基础，为基础，材料材料视为弹性体，在标准荷载作用下视为弹性体，在标准荷载作用下 结构截面任意一点的应力应不大于材料结构截面任意一点的应力应不大于材料容许应力容许应力。 容许应力，极限
2、强度或屈服强度除以经验安全系数容许应力，极限强度或屈服强度除以经验安全系数 容许应力凭经验确定，土木工程常用材料是非线性，不容许应力凭经验确定，土木工程常用材料是非线性，不 是完全弹性匀质材料。是完全弹性匀质材料。 构件构件破坏破坏时受力状态为依据，考虑了材料时受力状态为依据，考虑了材料塑性塑性性能性能 7.1.2 破损阶段设计法破损阶段设计法 在材料上考虑了塑性性能，在材料上考虑了塑性性能，安全系数凭经验安全系数凭经验确定，只考确定，只考 虑构件承载力，虑构件承载力，未考虑正常使用未考虑正常使用情况下的变形和裂缝问情况下的变形和裂缝问 题。题。 u kMM 构件正常使用阶段由使用荷载产生的截
3、面内力；构件正常使用阶段由使用荷载产生的截面内力； M 构件构件破坏时截面承载力破坏时截面承载力； u M 经验安全系数；经验安全系数； k 2020世纪世纪6060年代后，我国开始用。年代后，我国开始用。 极限状态极限状态分：承载能力极限状态、正常使用极限状态分：承载能力极限状态、正常使用极限状态 （变形、裂缝）。（变形、裂缝）。 7.1.3 半概率、半经验极限状态设计法半概率、半经验极限状态设计法 承载能力极限状态承载能力极限状态 一般表达式：一般表达式： ()( , ,) iikcckssk M nqM m k fk fa 荷载系数；荷载系数； 结构工作条件系数结构工作条件系数 i n
4、匀质系数；匀质系数； 强度标准值强度标准值 , sc k k m , skck fk 截面几何尺寸；截面几何尺寸； 荷载标准值荷载标准值 a ik q 正常使用极限状态正常使用极限状态 变形验算：变形验算： 裂缝验算：裂缝验算： maxmax ff 构件在荷载标准值作用下考虑荷载长期作用影响后的构件在荷载标准值作用下考虑荷载长期作用影响后的 最大挠度值；最大挠度值； max f maxmax ww 构件在荷载标准值作用下的最大裂缝宽度；构件在荷载标准值作用下的最大裂缝宽度； max w 评价：评价： 优点：提出了优点：提出了结构极限状态结构极限状态的概念，考虑了构件的承载的概念，考虑了构件的承
5、载 力问题、正常使用的变形和裂缝问题，全面考虑了结构力问题、正常使用的变形和裂缝问题，全面考虑了结构 的不同工作状态。在确定荷载和材料强度取值时引入数的不同工作状态。在确定荷载和材料强度取值时引入数 理理统计统计的方法。的方法。 缺点：在保证率的确定、系数的取值方面，仍凭工程经缺点：在保证率的确定、系数的取值方面，仍凭工程经 验。因而属于半概率、半经验方法。验。因而属于半概率、半经验方法。 以上的以上的容许应力设计法、破损阶段设计法和半概率、半容许应力设计法、破损阶段设计法和半概率、半 经验的极限状态设计法经验的极限状态设计法，都属于，都属于定值法定值法。 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可
6、靠度设计统一标准GB 50068GB 50068- -20012001，提出，提出 了国际上以概率理论为基础的极限状态设计法。了国际上以概率理论为基础的极限状态设计法。 7.1.4 近似概率的极限状态设计法近似概率的极限状态设计法 将设计参数看作将设计参数看作随机变量随机变量，并以统计分析确定的结构，并以统计分析确定的结构失失 效概率效概率或或可靠指标可靠指标来度量结构构件的可靠性。来度量结构构件的可靠性。 在计算可靠度指标时，考虑了基本变量的概率分布类型在计算可靠度指标时，考虑了基本变量的概率分布类型 和采用线性化近似手段，故称近似概率的极限状态设计和采用线性化近似手段，故称近似概率的极限状
7、态设计 法。法。 7.2我国目前各土木工程结构设计方法简我国目前各土木工程结构设计方法简 介介 现行的建筑结构设计规范，包括：混凝土结构、钢结构、现行的建筑结构设计规范，包括：混凝土结构、钢结构、 砌体结构、木结构等设计规范，以及荷载规范、地基基砌体结构、木结构等设计规范，以及荷载规范、地基基 础设计规范、建筑抗震设计规范等，都采用了近似概率础设计规范、建筑抗震设计规范等，都采用了近似概率 极限状态设计方法，并遵循极限状态设计方法，并遵循建筑结构可靠度设计统一建筑结构可靠度设计统一 标准标准GB 50068GB 50068- -20012001的基本设计原则。的基本设计原则。 1 建筑建筑 公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范JTG D60JTG D60- -20042004，以可靠度为，以可靠度为 基础，采用分项系数表示的概率极限状态设计法。基础，采用分项系数表示的概率极限状态设计法。 2 桥涵桥涵
