第 3 章 结 构 设 计 基 本 原 理 本 章 的 主 要 内 容 : 结 构 上 的 作 用 可 靠 度 极 限 状 态 的 概 念 概 率 极 限 状 态 设 计 方 法 的 基 本 原 理 荷 载 和 材 料 强 度 的 取 值 方 法 ; 荷 载 标 准 值, 材 料 强 度 标 准 值 极 限 状 态 设 计 表 达 式 ; 荷 载 效 应 组 合 设 计 值, 材 料 强 度 设 计 值 ; 分 项 系 数 本 章 的 重 点 和 难 点 : 两 类 极 限 状 态 的 区 别 ; 荷 载 效 应 组 合 的 意 义 及 种 类 ; 结 构 失 效 概 率 可 靠 指 标 及 目 标 可 靠 指 标 的 关 系 ; 概 率 极 限 状 态 设 计 表 达 式 及 应 用 3. 结 构 可 靠 度 及 结 构 设 计 方 法 3.. 结 构 上 的 作 用 作 用 效 应 及 结 构 抗 力 结 构 上 的 作 用 和 作 用 效 应 结 构 上 的 作 用 : 施 加 在 结 构 上 的 集 中 力 或 分 布 力, 以 及 引 起 结 构 外 加 变 形 或 约 束 变 形 的 原 因 结 构 上 的 作 用, 可 分 为 三 类 : () 永 久 作 用 : 也 可 称 为 永 久 荷 载 或 恒 荷 载 () 可 变 作 用 : 如 为 直 接 作 用, 则 通 常 称 为 可 变 荷 载 (3) 偶 然 作 用 : 当 为 直 接 作 用 时, 通 常 称 为 偶 然 荷 载 作 用 效 应 : 由 直 接 作 用 或 间 接 作 用 在 结 构 内 产 生 的 内 力 和 变 形 当 为 直 接 作 用 ( 即 荷 载 ) 时, 其 效 应 也 称 为 荷 载 效 应, 通 常 用 表 示 结 构 抗 力 结 构 抗 力 R- 整 个 结 构 或 结 构 构 件 承 受 作 用 效 应 ( 即 内 力 和 变 形 ) 的 能 力, 如 构 件 的 承 载 能 力 刚 度 及 抗 裂 能 力 等 它 是 一 个 随 机 变 量 R=R( 材 料 强 度 几 何 尺 寸 计 算 模 式 等 ) 举 例 说 明, 一 个 受 力 的 简 支 梁 的 荷 载 荷 载 效 应 抗 力 设 计 基 准 期 为 确 定 可 变 作 用 及 与 时 间 有 关 的 材 料 性 能 等 取 值 而 选 用 的 时 间 参 数 我 国 的 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 规 定 设 计 基 准 期 为 50 年 3.. 结 构 的 预 定 功 能 及 结 构 可 靠 度 设 计 使 用 年 限 设 计 使 用 年 限 - 设 计 规 定 的 结 构 或 构 件 不 需 进 行 大 修 即 可 按 其 预 定 目 的 使 用 的 时 期 见 表 3 第 3 章
- 分 别 是 5,5,50,00 年 表 3- 设 计 使 用 年 限 分 类 类 别 3 4 设 计 使 用 年 限 ( 年 ) 5 5 50 00 示 例 临 时 性 结 构 易 于 替 换 的 结 构 构 件 普 通 房 屋 和 构 筑 物 纪 念 性 建 筑 和 特 别 重 要 的 建 筑 物 结 构 的 预 定 功 能 : () 正 常 施 工 正 常 使 用 时, 承 受 各 种 作 用 ; 安 全 性 () 良 好 的 工 作 性 能 ; 适 用 性 (3) 足 够 的 耐 久 性 能 ; 耐 久 性 (4) 必 需 的 整 体 稳 定 性 可 靠 性 : 安 全 性 适 用 性 和 耐 久 性 总 称 为 结 构 的 可 靠 性 ; 即 结 构 在 规 定 的 时 间 内, 在 规 定 的 条 件 下 ( 三 正 常 ), 完 成 预 定 功 能 的 能 力 结 构 可 靠 度 : 为 结 构 可 靠 性 的 概 率 度 量, 即 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 3..3 结 构 的 安 全 等 级 根 据 房 屋 的 重 要 性 和 结 构 破 坏 可 能 产 生 的 后 果, 分 为 三 级 表 3- 表 3- 建 筑 结 构 的 安 全 等 级 3..4 混 凝 土 结 构 构 件 设 计 计 算 方 法 安 全 等 级 破 坏 后 果 建 筑 物 类 型 一 级 很 严 重 重 要 的 房 屋 二 级 严 重 一 般 的 房 屋 三 级 不 严 重 次 要 的 房 屋 () 水 准 I 半 概 率 法 对 影 响 结 构 可 靠 度 的 某 些 参 数, 如 荷 载 值 和 材 料 强 度 值 等, 用 数 理 统 计 进 行 分 析, 并 与 工 程 经 验 相 结 合, 引 入 某 些 经 验 系 数, 故 称 为 半 概 率 半 经 验 法 () 水 准 Ⅱ 近 似 概 率 法 将 结 构 抗 力 和 荷 载 效 应 作 为 随 机 变 量, 按 给 定 的 概 率 分 布 估 算 失 效 概 率 或 可 靠 指 标, 在 分 析 中 采 用 平 均 值 和 标 准 差 两 个 统 计 参 数, 在 具 体 计 算 时 采 用 分 项 系 数 表 达 的 极 限 状 态 设 计 表 达 式, 各 分 项 系 数 根 据 可 靠 度 分 析 经 优 选 确 定 (3) 水 准 III 全 概 率 法, 是 完 全 基 于 概 率 论 的 设 计 法 思 考 : 三 个 关 系, 作 用 与 作 用 效 应 的 关 系 ( 因 果 ), 抗 力 与 作 用 效 应 的 关 系,3 设 计 使 用 年 限 与 实 际 寿 命 的 关 系 ( 退 休 年 龄 与 死 亡 年 龄 ) 第 3 章
3.. 荷 载 标 准 值 的 确 定 荷 载 在 结 构 使 用 期 间 是 变 化 的 荷 载 的 统 计 特 性 () 永 久 荷 载 G 3. 荷 载 和 材 料 强 度 的 取 值 经 数 理 统 计 分 析 后, 认 为 永 久 荷 载 这 一 随 机 变 量 符 合 正 态 分 布 () 可 变 荷 载 Q 楼 面 活 荷 载 风 荷 载 和 雪 载 的 概 率 分 布 均 可 认 为 是 极 值 Ⅰ 型 分 布 荷 载 标 准 值 定 义 : 设 计 基 准 期 (50 年 ) 最 大 荷 载 概 率 分 布 的 某 一 分 位 值 μ, σ 分 别 为 荷 载 的 均 值 和 标 准 差,.645 为 95% 保 证 率 的 计 算 系 数 = μ +. 645σ 上 式 表 示 不 超 过 的 概 率 为 95%, 所 以 是 一 个 偏 大 的 值 图 3- 荷 载 标 准 值 () 永 久 荷 载 标 准 值 G 按 结 构 尺 寸 和 材 料 容 重 确 定 G = ρ V () 可 变 荷 载 标 准 值 Q 办 公 楼 住 宅 楼 面 均 布 活 载 标 准 值 Q 为.0N/m 办 公 楼 : Q 住 宅 : Q = μ + 3. 6σ >95% 的 保 证 率 第 3 章 3 = μ +. 38σ >95% 的 保 证 率 风 荷 载 的 基 本 风 压 是 以 当 地 比 较 空 旷 平 坦 地 面 上 离 地 0m 高 处 统 计 所 得 的 50 年 一 遇 0 分 钟 平 均 最 大 风 速 v 0 (m / s) 为 标 准, 按 v 0 /600 确 定 的
雪 荷 载 的 基 本 雪 压 是 以 当 地 一 般 空 旷 平 坦 地 面 上 统 计 所 得 50 年 一 遇 最 大 雪 压 确 定 基 本 风 压 基 本 雪 压 见 荷 载 规 范 0.35N/m,0.5N/m ( 西 安 ) 3.. 材 料 强 度 标 准 值 的 确 定 材 料 强 度 的 变 异 性 及 统 计 特 性 统 计 资 料 表 明, 钢 筋 混 凝 土 强 度 的 概 率 分 布 都 符 合 正 态 分 布 但 混 凝 土 的 离 散 程 度 比 钢 筋 要 大 得 多 材 料 强 度 标 准 值 材 料 强 度 标 准 值 可 统 一 表 示 为 = μ ασ α =.645 μ 是 材 料 强 度 平 均 值 ; σ 是 材 料 强 度 标 准 差 上 式 表 示 实 际 强 度 超 过 的 概 率 为 95%, 所 以 是 一 个 偏 低 的 值 () 钢 筋 的 强 度 标 准 值 图 3- 材 料 标 准 值 钢 材 出 厂 前 抽 样 检 查 的 标 准 为 废 品 限 值, 相 当 于 屈 服 强 度 平 均 值 减 去 两 倍 标 准 差 ( α = ) 所 得 的 数 值, 保 证 率 为 97.73% 对 有 明 显 屈 服 点 的 热 轧 钢 筋, 取 y = σ 对 无 明 显 屈 服 点 的 钢 筋, y = 0.85σ b 作 为 条 件 屈 服 点 () 混 凝 土 的 强 度 标 准 值 y =. 645 μ σ 混 凝 土 强 度 标 准 值 为 具 有 95% 保 证 率 的 强 度 值 第 3 章 4
3.3 概 率 极 限 状 态 设 计 法 3.3. 结 构 的 极 限 状 态 定 义 : 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 定 的 某 一 功 能 要 求, 此 特 定 状 态 称 为 该 功 能 的 极 限 状 态 分 为 两 类 : 承 载 能 力 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态 3.3. 结 构 的 设 计 状 况 () 持 久 状 况 () 短 暂 状 况 (3) 偶 然 状 况 上 述 三 种 设 计 状 况, 均 应 进 行 承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 ; 对 偶 然 状 况, 允 许 主 要 承 重 结 构 局 部 破 坏 ; 对 持 久 状 况, 尚 应 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 ; 对 短 暂 状 况, 可 根 据 需 要 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 3.3.3 结 构 的 功 能 函 数 和 极 限 状 态 方 程 当 功 能 函 数 的 变 量 : 各 种 作 用 材 料 性 能 几 何 参 数 计 算 公 式 等 一 般 都 具 有 随 机 性, 记 为 X i (i =,,,) 则 功 能 函 数 可 以 表 示 为 时, 称 为 极 限 状 态 方 程 ( X, X, L X ) Z = g (3-6), ( X X,, ) 0, = 功 能 函 数 仅 包 括 作 用 效 应 和 结 构 抗 力 R 时 : ( R ) = R Z = g L X (3-7) Z = g, (3-8) 当 Z>0 时, 结 构 可 靠 ;Z<0 时, 结 构 失 效 ; 当 Z=0 时, 结 构 处 于 极 限 状 态 R O 结 构 可 靠 Z > 0 极 限 状 态 Z = 0 结 构 失 效 Z < 0 3.3.4 结 构 可 靠 度 的 计 算 图 3-3 结 构 所 处 的 状 态 结 构 的 失 效 概 率 p Z= R-<0 的 概 率 称 为 失 效 概 率, 记 为 p 若 随 机 变 量 R 和, 都 服 从 正 态 分 布, 则 Z=R- 也 服 从 正 态 分 布, 失 效 概 率 p 为 : 第 3 章 5
( 0) p = Z = R < = 0 ( ) Z dz ( Z ) z O z Z 结 构 构 件 的 可 靠 指 标 β 失 效 概 率 p 可 写 为 β 图 3-4 Z 的 概 率 密 度 函 数 μ μ μ z R s = = (3-3) σ z σ R + σ μ z p = Φ = Φ( β ) σ (3-4) z 式 中 Φ ( ) 为 标 准 正 态 分 布 函 数 可 见,β 与 p 具 有 数 值 上 的 对 应 关 系 ( 见 表 3-4 β 越 大, p 就 越 小, 即 结 构 越 可 靠, 故 β 称 为 可 靠 指 标 设 计 可 靠 指 标 [ β ] 设 计 规 范 所 规 定 的 作 为 设 计 结 构 或 结 构 构 件 时 所 应 达 到 的 可 靠 指 标, 称 为 设 计 可 靠 指 标 [ β ] 破 坏 类 型 安 全 等 级 一 级 二 级 三 级 延 性 破 坏 3.7 3..7 脆 性 破 坏 4. 3.7 3. 3.4. 承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 表 达 式 基 本 表 达 式 3.4 结 构 极 限 状 态 设 计 表 达 式 γ 0 R (3-5) c s R = R(,,, L ) =,,, L c s a R a γ c γ s (3-6) γ 0 结 构 重 要 性 系 数 : 对 安 全 等 级 为 一 级 二 级 三 级 或 设 计 使 用 年 限 为 00 年 50 年 5 年 及 以 下 的 结 构 构 件, 分 别 不 应 小 于..0 和 0.9; 荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值, 分 别 表 示 轴 力 弯 矩 剪 力 扭 矩 等 的 设 计 值 ; R 结 构 构 件 的 承 载 力 设 计 值 ; R( ) 结 构 构 件 的 承 载 力 函 数 ; c, s 混 凝 土 钢 筋 的 强 度 设 计 值 ; c, s 混 凝 土 钢 筋 的 强 度 标 准 值 ; γ c,γ s 混 凝 土 钢 筋 的 材 料 分 项 系 数 ;a 几 何 参 数 的 标 准 值 第 3 章 6
荷 载 效 应 组 合 的 设 计 值 () 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 = γ G G + γ Q Q + γ Qiψ ciqi (3-) i= () 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 γ G 永 久 荷 载 的 分 项 系 数 ; = γ + γ ψ (3-) G G Qi ci Qi i= γ Qi 第 i 个 可 变 荷 载 的 分 项 系 数, γ Q 为 可 变 荷 载 Q 的 分 项 系 数 ; G 按 永 久 荷 载 标 准 值 G 计 算 的 荷 载 效 应 值 ; Qi 按 可 变 荷 载 标 准 值 Q i 计 算 的 荷 载 效 应 值, 其 中 Q 为 诸 可 变 荷 载 效 应 中 起 控 制 作 用 者 ; ψ ci 可 变 荷 载 Q i 的 组 合 值 系 数 ; 参 与 组 合 的 可 变 荷 载 数 对 于 一 般 排 架 框 架 结 构, 基 本 组 合 可 采 用 简 化 规 则 : () 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 = γ + γ (3-9) G G Q Q G G + 0. 9 QiQi i= = γ γ (3-0) () 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 仍 按 式 (3-8) 采 用 对 于 偶 然 组 合, 偶 然 荷 载 的 代 表 值 不 乘 分 项 系 数 ; 与 偶 然 荷 载 同 时 出 现 的 其 他 荷 载 可 根 据 观 测 资 料 和 工 程 经 验 采 用 适 当 的 代 表 值 荷 载 分 项 系 数, 荷 载 设 计 值 () 荷 载 分 项 系 数 γ G,γ Q ) 永 久 荷 载 分 项 系 数 γ G 对 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合, 取.; 对 永 久 荷 载 控 制 的 组 合 取.35 当 永 久 荷 载 效 应 对 结 构 有 利 ( 使 结 构 内 力 减 小 ) 时, 应 取.0 ) 可 变 荷 载 分 项 系 数 γ Q 一 般 情 况 下 应 取.4; 对 工 业 建 筑 楼 面 结 构, 当 活 荷 载 标 准 值 大 于 4N/m 时, 从 经 济 效 果 考 虑, 应 取.3 () 荷 载 设 计 值 荷 载 分 项 系 数 与 荷 载 标 准 值 的 乘 积, 如, 永 久 荷 载 设 计 值 : γ G G, 可 变 荷 载 设 计 值 : γ Q Q (3) 荷 载 组 合 值 系 数 ψ ci, 荷 载 组 合 值 ψ ci Q i 当 结 构 上 作 用 几 个 可 变 荷 载 时, 各 可 变 荷 载 最 大 值 在 同 一 时 刻 出 现 的 概 率 很 小, 因 而 必 须 对 可 变 荷 载 设 计 值 再 乘 以 调 整 系 数, 即 荷 载 组 合 值 系 数 ψ ci ψ ci Q i 称 为 可 变 荷 载 的 组 合 值 材 料 分 项 系 数 材 料 强 度 设 计 值 第 3 章 7
为 了 考 虑 材 料 的 离 散 性 和 施 工 偏 差, 将 材 料 强 度 标 准 值 除 以 一 个 大 于 的 系 数, 即 得 材 料 强 度 设 计 值 c = c / γ c s s / γ s = (3-) 按 设 计 可 靠 指 标 [β ] 通 过 可 靠 度 分 析 确 定 材 料 分 项 系 数 对 延 性 破 坏, 取 [β ] =3.; 对 脆 性 破 坏, 取 [β ] =3.7 根 据 上 述 原 则 确 定 的 混 凝 土 材 料 分 项 系 数 γ c =.4; 热 轧 钢 筋 的 材 料 分 项 系 数 γ s =.; 预 应 力 钢 筋 γ s =. 3.4. 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 表 达 式 可 变 荷 载 的 频 遇 值 和 准 永 久 值 可 变 荷 载 有 四 种 代 表 值, 即 标 准 值 组 合 值 频 遇 值 和 准 永 久 值 标 准 值 为 基 本 代 表 值, 其 他 三 值 可 分 别 乘 以 相 应 系 数 ( 小 于.0) 而 得 可 变 荷 载 的 频 遇 值 指 在 设 计 基 准 期 内, 其 超 越 的 总 时 间 为 规 定 的 较 小 比 率 ( μ 不 大 于 0.) 可 变 荷 载 的 准 永 久 值 是 指 在 设 计 基 准 期 内, 其 超 越 的 总 时 间 约 为 设 计 基 准 期 一 半 ( 即 μ 约 等 于 0.5) 的 荷 载 值, 接 近 于 永 久 荷 载 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 表 达 式 C (3-6) 式 中 正 常 使 用 极 限 状 态 的 荷 载 效 应 组 合 值 ( 如 变 形 裂 缝 宽 度 应 力 等 的 组 合 值 ); C 结 构 构 件 达 到 正 常 使 用 要 求 所 规 定 的 变 形 裂 缝 宽 度 和 应 力 等 的 限 值 () 对 于 标 准 组 合, 荷 载 效 应 组 合 值 应 按 下 式 采 用 : G Q = + + ψ (3-3) i= ci Qi () 对 于 频 遇 组 合, 荷 载 效 应 组 合 值 应 按 下 式 采 用 G Q = + ψ + ψ (3-4) i= qi Qi 式 中 : ψ,ψ qi 分 别 为 可 变 荷 载 Q 的 频 遇 值 系 数 可 变 荷 载 Q i 的 准 永 久 值 系 数, 可 由 荷 载 规 范 查 取 这 种 组 合 主 要 用 于 当 一 个 极 限 状 态 被 超 越 时 将 产 生 局 部 损 害 较 大 变 形 或 短 暂 振 动 等 情 况 (3) 对 于 准 永 久 组 合, 荷 载 效 应 组 合 值 q 可 按 下 式 采 用 : x x q G = + ψ (3-5) i= qi Qi 这 种 组 合 主 要 用 在 当 荷 载 的 长 期 效 应 是 决 定 性 因 素 时 的 一 些 情 况 正 常 使 用 极 限 状 态 验 算 规 定 第 3 章 8
3.5 公 路 桥 涵 工 程 混 凝 土 结 构 设 计 方 法 3.5. 基 本 规 定 公 路 工 程 结 构 可 靠 度 设 计 统 一 标 准 (GB/T 5083-999) 规 定, 桥 涵 工 程 的 设 计 基 准 期 为 00 年 因 此, 对 于 同 种 荷 载, 桥 涵 工 程 比 建 筑 工 程 混 凝 土 结 构 的 荷 载 取 值 大, 而 对 于 钢 筋 和 混 凝 土 的 材 料 强 度 取 值, 桥 涵 工 程 比 建 筑 工 程 的 取 值 低 桥 涵 工 程 结 构 的 设 计 状 态 也 分 为 三 种, 具 体 规 定 如 下 : () 持 久 状 态 桥 梁 建 成 后 承 受 自 重 车 辆 等 作 用 持 续 时 间 很 长 的 状 态 () 短 暂 状 态 桥 涵 施 工 过 程 中 承 受 临 时 性 作 用 ( 或 荷 载 ) 的 状 态 (3) 偶 然 状 态 在 桥 涵 使 用 过 程 中 会 偶 然 出 现 的 状 态 公 路 桥 涵 工 程 的 设 计 安 全 等 级 也 划 分 为 三 级, 如 表 3-6 所 示 ; 其 目 标 可 靠 指 标 如 表 3-7 所 示 表 3-6 公 路 桥 涵 结 构 的 设 计 安 全 等 级 安 全 等 级 破 坏 后 果 桥 涵 类 型 结 构 重 要 性 系 数 一 级 很 严 重 特 大 桥 重 要 大 桥. 二 级 严 重 大 桥 中 桥 重 要 小 桥.0 三 级 不 严 重 小 桥 涵 洞 0.9 表 3-7 桥 梁 结 构 的 目 标 可 靠 指 标 结 构 安 全 等 级 一 级 二 级 三 级 结 构 破 坏 类 型 延 性 破 坏 4.7 4. 3.7 脆 性 破 坏 5. 4.7 4. 3.5. 极 限 状 态 设 计 表 达 式 承 载 能 力 极 限 状 态 公 路 桥 涵 承 载 能 力 极 限 状 态 是 指 桥 涵 及 其 构 件 达 到 最 大 承 载 能 力 或 出 现 不 适 于 继 续 承 载 的 变 形 或 变 位 的 状 态 对 于 作 用 效 应 的 基 本 组 合, 其 设 计 表 达 式 为 m γ R 0 (3-0) R = R(, a ) (3-) d d (3-) = γgiqi + γq Q + ψc γqjqj i= j= 式 中 γ 0 桥 梁 结 构 的 重 要 性 系 数, 根 据 公 路 桥 涵 的 设 计 安 全 等 级, 按 表 3-6 的 规 定 取 用 ; 桥 梁 的 抗 震 设 计 不 考 虑 结 构 的 重 要 性 系 数 ; 第 3 章 9
R, R( d, a d) 分 别 为 构 件 承 载 力 设 计 值 和 构 件 承 载 力 函 数 ; 作 用 ( 或 荷 载 ) 效 应 ( 其 中 汽 车 荷 载 应 计 入 冲 击 系 数 ) 的 组 合 设 计 值, 当 进 行 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 等 超 静 定 结 构 的 承 载 能 力 极 限 状 态 计 算 时, 公 式 (3-6) 中 的 作 用 ( 或 荷 载 ) 效 应 项 应 改 为 γ 0+ γ, 其 中 为 预 应 力 ( 扣 除 全 部 预 应 力 损 失 ) 引 起 的 次 效 应 ; γ 为 预 应 力 分 项 系 数, 当 预 应 力 效 应 对 结 构 有 利 时, 取 γ =.0 ; 对 结 构 不 利 时, 取 γ =. ; d 材 料 强 度 设 计 值 ; a d 几 何 参 数 设 计 值, 当 无 可 靠 数 据 时, 可 采 用 几 何 参 数 标 准 值 a, 即 设 计 文 件 规 定 值 ; γ 第 i 个 永 久 作 用 效 应 的 分 项 系 数, 当 永 久 作 用 效 应 ( 结 构 重 力 和 预 应 力 作 用 ) 对 结 构 不 利 时, 取 Gi γ Gi =.; 对 结 构 有 利 时, γ Gi =.0; 第 i 个 永 久 作 用 效 应 的 标 准 值 ; Gi γ Q 汽 车 荷 载 效 应 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 的 分 项 系 数, γ Q =.4; 当 某 个 可 变 作 用 在 效 应 组 合 中 超 过 汽 车 荷 载 效 应 时, 则 该 作 用 取 代 汽 车 荷 载, 其 分 项 系 数 应 采 用 汽 车 荷 载 的 分 项 系 数 ; 对 于 专 门 为 承 受 某 作 用 而 设 置 的 结 构 或 装 置, 设 计 时 该 作 用 的 分 项 系 数 取 与 汽 车 荷 载 相 同 的 值 ; Q 汽 车 荷 载 效 应 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 的 标 准 值 ; γ Qj 在 作 用 效 应 组 合 中 除 汽 车 荷 载 效 应 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 风 荷 载 外 的 其 他 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 分 项 系 数, 取 γ Qj =.4, 但 风 荷 载 的 分 项 系 数 取 γ Qj =.; Qj 在 作 用 效 应 组 合 中 除 汽 车 荷 载 效 应 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 外 的 其 他 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 标 准 值 ; ψ c 在 作 用 效 应 组 合 中 除 汽 车 荷 载 效 应 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 外 的 其 他 可 变 作 用 效 应 的 组 合 值 系 数, 当 永 久 作 用 与 汽 车 荷 载 和 人 群 荷 载 ( 或 其 他 一 种 可 变 作 用 ) 组 合 时, 人 群 荷 载 ( 或 其 他 一 种 可 变 作 用 ) 的 组 合 值 系 数 ψ c =0.80; 当 除 汽 车 荷 载 ( 含 汽 车 冲 击 力 离 心 力 ) 外 尚 有 两 种 可 变 作 用 参 与 组 合 时, 其 组 合 值 系 数 ψ c =0.70; 尚 有 三 种 其 他 可 变 作 用 参 与 组 合 时, ψ c =0.60; 尚 有 四 种 及 以 上 的 其 他 可 变 作 用 参 与 组 合 时, ψ =0.50 对 作 用 效 应 的 偶 然 组 合, 极 限 状 态 设 计 表 达 式 应 按 下 列 原 则 确 定 : () 偶 然 作 用 取 标 准 值 效 应, 其 分 项 系 数 取.0; () 与 偶 然 作 用 同 时 出 现 的 可 变 作 用, 可 根 据 观 测 资 料 和 工 程 经 验 取 适 当 的 代 表 值 ; (3) 设 计 表 达 式 及 各 系 数 的 取 值, 可 按 公 路 工 程 有 关 规 范 的 规 定 采 用 c 正 常 使 用 极 限 状 态 公 路 桥 涵 工 程 结 构 按 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 时, 应 根 据 结 构 的 不 同 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 这 种 组 合 是 指 永 久 作 用 标 准 值 效 应 与 可 变 作 用 频 遇 值 效 应 相 组 合, 其 基 本 表 达 式 为 式 中 m = + ψ (3-3) sd Gi j Qj i= j= sd 作 用 短 期 效 应 组 合 设 计 值 ; ψ j 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 频 遇 值 系 数, 汽 车 荷 载 ( 不 计 冲 击 力 ), 取 风 荷 载, 取 ψ =0.75; 温 度 梯 度 作 用, 取 ψ =0.8; 其 他 作 用, 取 ψ =.0; ψ jqj 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 频 遇 值 ; 第 3 章 0 ψ =0.7; 人 群 荷 载, 取 ψ =.0;
其 余 符 号 意 义 同 前 () 作 用 长 期 效 应 组 合 这 种 组 合 是 指 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 式 中 m = + ψ 作 用 长 期 效 应 组 合 设 计 值 ; ld ld Gi j Qj i= j= (3-4) ψ 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 准 永 久 值 系 数, 汽 车 荷 载 ( 不 计 冲 击 力 ), 取 j jqj ψ =0.4; 人 群 荷 载, 取 ψ =0.4; 风 荷 载, 取 ψ =0.75; 温 度 梯 度 作 用, 取 ψ =0.8; 其 他 作 用, 取 ψ =.0; ψ 第 j 个 可 变 作 用 效 应 的 准 永 久 值 ; 其 余 符 号 意 义 同 前 第 3 章
小 3. 结 构 设 计 的 本 质 就 是 要 科 学 地 解 决 结 构 物 的 可 靠 与 经 济 这 对 矛 盾 结 构 可 靠 度 是 结 构 可 靠 性 ( 安 全 性 适 用 性 和 耐 久 性 的 总 称 ) 的 概 率 度 量 3. 作 用 于 建 筑 物 上 的 荷 载 可 分 为 永 久 荷 载 可 变 荷 载 和 偶 然 荷 载 永 久 荷 载 可 用 随 机 变 量 概 率 模 型 来 描 述, 它 服 从 正 态 分 布 ; 可 变 荷 载 可 用 随 机 过 程 概 率 模 型 来 描 述, 其 概 率 分 布 服 从 极 值 I 型 分 布 ; 偶 然 荷 载 概 率 模 型 与 其 种 类 有 关 永 久 荷 载 采 用 标 准 值 作 为 代 表 值 ; 可 变 荷 载 采 用 标 准 值 组 合 值 频 遇 值 和 准 永 久 值 作 为 代 表 值, 其 中 标 准 值 是 基 本 代 表 值, 其 他 代 表 值 都 可 在 标 准 值 的 基 础 上 乘 以 相 应 的 系 数 后 得 出 3.3 对 承 载 能 力 极 限 状 态 的 荷 载 效 应 组 合, 应 采 用 基 本 组 合 ( 对 持 久 和 短 暂 设 计 状 况 ) 或 偶 然 组 合 ( 对 偶 然 设 计 状 况 ); 对 正 常 使 用 极 限 状 态 的 荷 载 效 应 组 合, 按 荷 载 的 持 久 性 和 不 同 的 设 计 要 求 采 用 三 种 组 合 : 标 准 组 合 频 遇 组 合 和 准 永 久 组 合 对 持 久 状 况, 应 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 ; 对 短 暂 状 况, 可 根 据 需 要 进 行 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 3.4 钢 筋 和 混 凝 土 强 度 的 概 率 分 布 属 正 态 分 布 钢 筋 和 混 凝 土 的 强 度 设 计 值 是 用 各 自 的 强 度 标 准 值 除 以 相 应 的 材 料 分 项 系 数 而 得 到 的 正 常 使 用 极 限 状 态 设 计 时, 材 料 强 度 一 般 取 标 准 值 承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 时, 取 用 材 料 强 度 设 计 值 3.5 结 构 的 极 限 状 态 分 为 两 类 : 承 载 能 力 极 限 状 态 和 正 常 使 用 极 限 状 态 在 极 限 状 态 设 计 法 中, 若 以 结 构 的 失 效 概 率 或 可 靠 指 标 来 度 量 结 构 可 靠 度, 并 且 建 立 结 构 可 靠 度 与 结 构 极 限 状 态 之 间 的 数 学 关 系, 这 就 是 概 率 极 限 状 态 设 计 法 3.6 概 率 极 限 状 态 设 计 表 达 式 中 的 各 项 系 数 是 根 据 结 构 构 件 基 本 变 量 的 统 计 特 性, 以 可 靠 度 分 析 经 优 选 确 定 的, 它 们 起 着 相 当 于 设 计 可 靠 指 标 [β ] 的 作 用 3.7 公 路 桥 涵 工 程 混 凝 土 结 构 设 计 也 采 用 近 似 概 率 极 限 状 态 设 计 法 思 考 题 3. 什 么 是 结 构 上 的 作 用? 荷 载 属 于 哪 种 作 用? 作 用 效 应 与 荷 载 效 应 有 什 么 区 别? 3. 荷 载 按 随 时 间 的 变 异 分 为 几 类? 荷 载 有 哪 些 代 表 值? 在 结 构 设 计 中, 如 何 应 用 荷 载 代 表 值? 3.3 什 么 是 结 构 抗 力? 影 响 结 构 抗 力 的 主 要 因 素 有 哪 些? 3.4 什 么 是 材 料 强 度 标 准 值 和 材 料 强 度 设 计 值? 从 概 率 意 义 来 看, 它 们 是 如 何 取 值 的? 3.5 什 么 是 结 构 的 预 定 功 能? 什 么 是 结 构 的 可 靠 度? 可 靠 度 如 何 度 量 和 表 达? 3.6 什 么 是 结 构 的 极 限 状 态? 极 限 状 态 分 为 几 类? 各 有 什 么 标 志 和 限 值? 3.7 什 么 是 失 效 概 率? 什 么 是 可 靠 指 标? 二 者 有 何 联 系? 3.8 什 么 是 概 率 极 限 状 态 设 计 法? 其 主 要 特 点 是 什 么? 3.9 说 明 承 载 能 力 极 限 状 态 设 计 表 达 式 中 各 符 号 的 意 义 3.0 对 正 常 使 用 极 限 状 态, 如 何 根 据 不 同 的 设 计 要 求 确 定 荷 载 效 应 组 合 值? 3. 解 释 下 列 名 称 : 安 全 等 级, 设 计 状 况, 设 计 基 准 期, 设 计 使 用 年 限, 目 标 可 靠 指 标 3. 试 分 析 桥 涵 工 程 与 建 筑 工 程 混 凝 土 结 构 在 设 计 方 法 荷 载 和 材 料 强 度 取 值 等 方 面 的 异 同 点 结 第 3 章