结构设计原理结构按极限状态法设计原则.ppt

长安大学公路学院桥梁系,第二章 结构按极限状态法设计原则,长安大学公路学院桥梁系,结构设计计算方法发展过程：,1.容许应力法：以弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。2.破坏阶段法：考虑了材料的塑性，但仅仅用一个笼统的安全系数考虑超载，材料的变异等。3.极限状态法：用三个分项系数把不同的荷载、不同材料及不同构件的受力性质等用不同的安全系数区别开来。W我国原公路桥规（1985）就采用该方法。4.概率极限状态设计法：引入结构可靠性理论把影响结构可靠性的各种因素视为随机变量，运用统计数学的方法，寻求个变量统计规律，确定结构失效概率来度量结构可靠度。现行规范用此法。,长安大学公路学院桥梁系,2.1极限状态法设计的基本概念,一、结构的功能要求：安全性，适用性，耐久性二、结构的可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成上述预定功能的概率,长安大学公路学院桥梁系,三、结构的极限状态（1）承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载力极限状态：整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）；结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；结构转变成机动体系；结构或构件丧失稳定；由于材料的塑性或徐变变形过大，或由于截面开裂而引起过大的几何变形等，致使结构或结构不再能继续承载和使用。,长安大学公路学院桥梁系,（2）正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂缝宽度）影响正常使用的振动；影响正常使用的其它特定状态。,长安大学公路学院桥梁系,四、结构的失效概率与可靠指标（1）作用 作用是指结构产生内力、变 形、应力、应变的所有原因。直接作用 系指施加在结构上的集中荷载和 分布荷载。间接作用 指引起结构外加变形和约束变 形的因素。如地震，基础沉降，混凝土收 缩，温度变化等。,长安大学公路学院桥梁系,（2）作用效应（s）作用作用于结构构 件上，在结构内产生的内力和变形。（3）结构抗力（R）指结构构件承受 内力和变形的能力。（4）结构极限状态方程 Z=g(R,S)=R-S=0,长安大学公路学院桥梁系,2.2结构设计原则（现行规范）,一、承载能力极限状态计算原则 承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础。设计计算原则是：作用效应不利组合的设计值，不大于结构抗力的设计值，即,长安大学公路学院桥梁系,二、正常使用极限状计算原则 设计计算理论基础：弹性理论或弹性性理论。正常使用极限状态的计算主要进行下列三、个方面的验算：1限制应力 2短期荷载下的变形 3各种荷载组合作用下的裂缝宽度,长安大学公路学院桥梁系,2.3材料的设计强度与作用效应组合,一、材料的设计强度 1、钢筋的设计强度,2、混凝土的设计强度（1）混凝土抗压强度 棱柱体抗压强度平均值 与立方体抗压强度平均值近似为：,（2）混凝土的抗拉强度,长安大学公路学院桥梁系,二、作用效应组合 1、荷载的分类（1）永久作用（恒载）：在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。（2）可变作用：在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。（3）偶然作用：在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。,长安大学公路学院桥梁系,公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。结构或结构构件设计时，针对不同的设计目的所采用的各种作用代表值包括标准值、准永久值和频遇值。永久作用采用标准值作为其代表值。可变作用应根据不同的极限状态和设计状况分别采用标准值、频遇值和准永久值。偶然作用取其标准值作为代表值。,长安大学公路学院桥梁系,（4）最常见的三种组合 1）,承载能力极限状态计算时作用效应组合,基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合，基本表达式为,长安大学公路学院桥梁系,2）,正常使用极限状态计算时作用效应组合,公路桥规规定按正常使用极限状态设计时，应根据不同结构不同的设计要求，选用以下一种或两种效应组合：,作用短期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合，其基本表达式为,长安大学公路学院桥梁系,作用长期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其基本表达式为,