第2章 结构按极限状态法设计的原则
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结构设计原理第2章 结构极限状态计算
规定时间——对结构进行可靠度分析时，结合 结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所 取用的基准时间参数，即设计基准期。我国公 路桥梁结构的设计基准期为100年。 设计基准期≠使用寿命，当结构的使用年限超 过设计基准期时，表明它的失效概率可能增大， 不能保证其目标可靠度，但不等于结构丧失功 能甚至报废。通常使用寿命长，则设计基准期 就长，设计基准期小于寿命期。
R－抗力方面的基本变量组成的综合抗力；
S－作用效应方面的基本变量组成的综合效应。
2.
结构功能函数与可靠、失效、极限状态的对 应关系
Z=R–S>0：结构可靠 Z=R–S<0：结构失效
Z=R–S＝0：结构处于极限状态
结构可靠度设计的目的用功能函数表示，应满足
Z＝g（X1，X2，…，Xn）≥0或Z＝R－S ≥0
f
( )
。
－无量纲系数，称为结构可靠指标。 与
失效概率 Pf 有一一对应关系， 越大， Pf 越 小 ，结构越可靠。(表2-1)
2.1.5 目标可靠指标
定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠 指标。 确定方法：采用“校准法”并结合工程经 验和经济优化原则加以确定。 校准法——根据各基本变量的统计参数和 概率分布类型，运用可靠度的计算方法， 揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确 定目标可靠指标的依据。
采用近似概率极限状态设计法，设 计计算应满足承载能力和正常使用两类 极限状态的各项要求。
2.2.1 三种设计状况
持久状况
桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 作用持续时间很长的状况。对应于桥梁 的使用阶段，必须进行承载能力极限状 态和正常使用极限状态的设计。
短暂状况
桥涵施工过程中承受临时性作用 （或荷载）的状况。对应于桥梁的施工 阶段，一般只进行承载能力极限状态计 算（以计算构件截面应力表达），必维护条件下，在规定 时间内，具有足够的耐久性，如不出现 过大的裂缝宽度，钢筋不锈蚀。（耐久 性）
第二章结构按极限状态法设计计算的原则
第二章结构按极限状态法设计计算的原则随着建筑结构的不断发展，为了确保结构的安全可靠，设计计算也越发重要。
借助极限状态法进行结构设计计算是目前最常用的方法之一、极限状态法是一种截然不同于传统弹性设计的方法，它主要关注结构在达到极限承载能力的情况下的行为。
结构按极限状态法设计计算的原则是建立在一些基本假设和设计要求的基础上的。
下面将详细介绍这些原则。
1.安全性原则：极限状态法设计的首要原则是确保结构在使用寿命内具有足够的安全性。
安全性可以通过控制结构的强度、刚度和稳定性来实现。
具体来说，设计计算应确保结构在达到极限荷载时能够满足规定的安全系数，例如承载力与荷载的比值大于1.52.效率原则：设计计算应该尽可能地高效。
这意味着设计应该在达到结构的最小重量和最小材料用量的同时满足强度和刚度要求。
为了实现这一目标，设计计算应优化结构的几何形状和材料配置。
3.统一性原则：设计计算应具有统一的标准和规范，以确保计算方法和结果的一致性。
这有助于提高设计计算的可靠性和可比性。
在设计计算中，应使用国家或地区制定的相关设计规范和标准。
4.精确性原则：设计计算应尽可能精确地预测结构的行为。
这需要考虑到结构的非线性特性、荷载的不确定性和材料的变异性等因素。
通过使用合适的分析模型和计算方法，可以提高设计计算的精确性。
5.可靠性原则：设计计算应具有适当的可靠性，即当计算结果被用于实际工程时，能够有效地保证结构的安全性。
为了实现这一点，设计计算应基于经验数据和合理的假设，同时考虑到结构的可靠度要求。
6.经济性原则：设计计算应尽可能经济。
这意味着设计计算应在满足结构安全性和性能要求的基础上，尽量减少结构的成本。
为了实现这一目标，设计计算应优化结构的构型、材料和施工方法等方面。
7.实用性原则：设计计算应具有实用性，即设计计算的方法和结果应对实际工程具有可操作性和可行性。
设计计算应提供实际可行的解决方案，并确保设计计算的结果易于理解和使用。
第二章结构按极限状态法设计计算及原则
1、名词解释：可靠性、可靠度、桥梁设计基准期答：结构可靠度的定义是指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。
结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性。
结构安全性：结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用。
在偶然荷载（例如地震、强风）作用下或者偶然事件（例如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。
结构适用性：结构在正常使用条件下具有良好的工作性能。
结构的耐久性：结构在正常使用和正常维护的条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性。
桥梁设计基准期：它是指进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数，可参考结构使用寿命的要求适当选定。
2、《公路桥规》规定了哪两种极限状态？采用的是什么设计方法？规定了结构设计哪三种设计状况？每种设计状况考虑哪些极限状态？答：《公路桥规》规定了将极限状态划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。
目前，结构可靠度设计一般是将赋予概率意义的极限状态方程转化为极限状态设计表达式，此类设计均可称为概率极限状态设计方法。
例如将作用效应方面的基本变量组合成综合作用效应S，抗力方面的基本变量组合成综合抗力R，从而结构的功能函数为Z=R-S。
如果对功能函数Z=R-S做一次观测，可能出现如下三种情况：Z=R-S>0 结构处于可靠状态Z=R-S<0 结构已失效或破坏Z=R-S=0 结构处于极限状态3、材料强度的标准值和设计值之间的关系。
答：（1）材料强度标准值是材料强度的一种特征值，也是设计结构或者构件时采用的材料强度的基本代表值。
材料的强度标准值是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布的0.05分位值确定强度值，其取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，材料的强度标准值度应具有不小于95%的保证率。
所以，材料的强度标准值确定基本式为：f k =f m （1-1.645δf ）。
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
§2-3 材料强度的取值
2. 砼轴心抗压强度取值
抗压强度标准值 抗压强度设计值
fck 0.88c1c 2 fcu,k
fcd f ck
m
3. 砼轴心抗拉强度取值
抗拉强度标准值 抗拉fcu, k )0.55 (1 1.645 f )0.45
二、作用代表值
作用标准值 QK
——
根据设计基准期内概率分布的某一 分位值确定。
第二章
结构按极限状态法设计 计算的原则
结构设计的目的:
设计满足功能要求的结构。也就是把外界作用对结
构的效应与结构本身的抵抗力来加以比较，以达到结构
设计既安全又经济的目的。
结构设计经历了各种演变，可从以下两个方面进 行归纳： 1.从设计理论上
弹性理论 极限状态理论
2.从设计方法上
定值设计法 概率设计法
§2-1
概率极限状态设计法的基本概念
3. 结构抗力 R 指结构或构件承受作用效应的能力。 4. 结构工作状态
(1) 结构功能函数
Z RS
(2) 结构的工作状态
Z RS
0 0
结构处于可靠状态 结构处于极限状态
0
结构处于失效状态
§2-1
概率极限状态设计法的基本概念
四、结构的失效概率与可靠指标
具有不小于95% 保证率的强度值
f k f m 1.645
f k f m (1 1.645 f )
图－材料强度标准值的概率含义
2. 材料强度的设计值
混凝土
—— —— ——
m 1.45 m 1.20 m 1.47
fd
fk
m
热轧钢筋 精轧螺纹钢筋 钢铰线、钢丝
2 极限状态设计原则
可采用结构的功能函数 Z = R – S 来描述结构完
成预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所
以只能用功能函数Z的概率来描述。
2 结构按极限状态法设计计算的原则
2.1.2
结构可靠度及极限状态法的基本概念
2.结构极限状态 （3） 工程结构可靠度的 功能函数 ◆ 三种状态：结构极限 状态方程可写为： Z=R—S=0 当Z＞0时， 结构处 于可靠状态， 当Z＝0时， 结构处 于极限状态， 当Z＜0时， 结构处 于失效状态。
0 Sd R
R ( f d , ad ) R Sk 0 Sk 0 Sd R k R Rk
荷载效应 设计值 荷载效应 组合值 承载能力 设计值 结构抗力 设计值
荷载效应 标准值
结构抗力 标准值
式中 γ0——结构构件的重要性系数。
2 结构按极限状态法设计计算的原则
2 结构按极限状态法设计计算的原则
2.2.2 承载能力极限状态计算表达式
◆ 《公路桥规》规定 桥梁构件的承载能力极限状态的 计算以塑性理论为基础，设计的原则是作用效应最 不利组合（基本组合）的设计值必须小于或等于结 构抗力的设计值。
2 结构按极限状态法设计计算的原则
2.2.2 承载能力极限状态计算表达式
◆ 公路桥涵承载能力极限状态的要求——是对应 于桥涵及其构件达到最大的承载能力或出现不适 于继续承载的变形或变位的状态。 ◆ 公路桥涵的安全等级——表2－3
2 结构按极限状态法设计计算的原则
2.2.2 承载能力极限状态计算表达式
◆ 建筑结构的安全等级
安全 等级
一 级 二 三 级 级
破坏后的 影响程度
2） 影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如水池池壁 开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。 3） 影响正常使用的振动，如由于机器振动导致结构的 振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。 4） 影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大等。
第2章 结构按极限状态法设计的原则
2、破坏阶段设计法：从40年代开始，考虑了混凝土的塑性性能 ，它是以构件破坏时的承载力为准，使按材料标准强度计算得 到的承载力必须大于设计荷载产生的内力，同时采用单一安全 系数进行控制。 M 例如受弯构件： K = p ≥ [ K ] M Mp—按材料标准强度算得的破坏弯距；
b Ra
M P = R bx ( h0 − x 2)
可靠度——结构在规定的使用期限内（桥梁结构取100年），在 规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完 成预定结构功能的概率。可靠度是可靠性的数量描述。 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决 的问题。 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况， 以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。
σ ≤ σL
w ≤ wL
f ≤ fL
正常使用极限状态计算以弹性或弹塑性理论为基础； 构件处于弹性工作阶段。
《桥规》有关本条的原文如下：
六、持久和短暂状况的应力计算（应力不超过规定的限值） 此时为使用阶段，构件处于弹性工作阶段。
1、按持久状况设计的预应力砼受弯构件计算下列3项应力：
（此项仅对预应力混凝土构件作计算要求） 正截面砼法向应力 受拉区钢筋的拉应力 斜截面砼的主压应力 计算规定：应力不超过规定的限值；计算时作用（荷载）取 标准值，汽车荷载考虑冲击系数；所有荷载分项系数取为1.0 ；预加力分项系数取为1.0。 该项计算属强度验算——作为承载能力计算的补充!
1、容许应力设计方法
容许应力法是以弹性理论为基础的方法，采用材料力学公式 计算。其设计思想是：在规定的标准荷载作用下，按弹性理论 计算得到的构件截面应力应不大于规定的材料容许应力。 容许应力——材料的屈服强度除以适当的安全系数。 材料强度 f 设计表达式：σ ≤ [σ ] = = 安全系数 K 安全系数 K 是一个大于1.0的数值；
第二章 结构按极限状态法设计原则
γ
Rc
c
,
γ
Rs
s
)
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。 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 σd ≤σ2 2．短期荷载下的变形 fd ≤ fc 3．各种荷载组合作用下的裂缝宽度
σd ≤σc
4 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。 ①直接作用 系指施加在结构上的集中荷载和 分布荷载。 ②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。
（2）作用效应（s） 作用作用于结构构件 ）作用效应（s 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 结构抗力（R 和变形的能力。 （4）结构极限状态方程 Z=g(R,S)=R-S=0 Z=g(R,S)=R-
第三节 材料的设计强度与荷载效应组合
一、材料的设计强度 1．钢筋的设计强度
b Rg = σ s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：
Ra = 0.7 R
（2）混凝土的抗拉强度
Rl = 0.232 R 2 / 3
二、荷载效应组合
（一）荷载的分类 1 ． 永久荷载：在设计使用期内 ， 其值不随时间 永久荷载：在设计使用期内， 变化， 或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载 。 变化 ， 或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。 2 ． 可变荷载：在设计使用期内 ， 其值随时间变 可变荷载：在设计使用期内， 化 ， 且其变化与平均值相比不可忽略的荷载 。 按 且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。 其对桥函结构的影响程度， 其对桥函结构的影响程度 ， 又分为基本可变荷载 （活载）和其它可变荷载。 活载）和其它可变荷载。 3. 偶然荷载：在设计使用期内， 不一定出现， 偶然荷载：在设计使用期内 ， 不一定出现 ， 但一旦出现， 但一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载
结构按极限状态法设计计算的原则
表2-1所列公路桥梁结构的设计使用年限是在总结以往实 践经验，考虑设计、施工和维护的难易程度，以及结构一旦 失效所造成的经济损失和对社会、环境的影响基础上确定的。
公路桥梁结构的设计基准期统一取100年。
13
2.1.2 结构的极限状态
1）结构工作状态与极限状态 结构在使用期间的工作情况，称为结构的工作状态。 当结构能够满足各项功能要求而良好地工作时，称为 结构“可靠”，反之则称结构“失效”。结构工作状态是 处于可靠还是失效的标志用“极限状态”来衡量。 当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能 满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功 能的极限状态。
4
（3）极限状态法——不使结构超越某种规定的极限 状态的设计方法。
半概率设计法 近似概率设计法 全概率设计法
5
2.1 概率极限状态设计法的概念
2.1.1 结构的功能要求与可靠性
1）结构的功能要求 工程结构设计的基本目标是在一定的经济条件下，使 设计的结构在预订的使用年限内能够可靠地完成各项规定 的功能要求，做到安全可靠、适用耐久和经济合理。
图2-3 可靠指标β与平均值mZ 关系图
结构可靠度既可用失效 概率Pf来描述和度量，也可 用β来描述和度量，工程上 目前常用β表示结构的可靠 程度，并称之为结构的
1）用作公路桥梁结构设计依据的可靠指标，称为目 标可靠指标。它主要是采用“校准法”并结合工程经验 和经济优化原则加以确定的。
6
2.1.1 结构的功能要求与可靠性
（1）安全性——在正常施工和正常使用情况下，结构 能够承受可能出现的各种作用（指直接施加于结构上的荷 载及间接施加于结构的、引起结构产生外加变形或约束变 形的原因）。
在偶然事件（如地震、撞击等）发生时和发生后，结 构产生局部损坏，但不致出现整体破坏和连续倒塌，仍然 保持必须的整体稳定性。
第二章结构按极限状态法设计计算的
第二章结构按极限状态法设计计算的第二章：结构按极限状态法设计计算引言：结构设计是指根据一定的设计标准和规范，确定结构的尺寸、形状、布置和材料等参数，以满足结构的使用功能和安全性能。
按照结构设计的方法可以分为多种方法，其中一种重要的方法就是极限状态法。
极限状态法是结构设计的一种常用方法，其主要思想是在结构受力下达到一定的强度和刚度极限，以保证结构在使用寿命内不发生失效。
一、极限状态法的概念及应用极限状态法是一种结构设计和验算的方法，它主要通过设定一组设计基本组合，使结构在不同荷载工况下，达到不同的极限状态。
常见的极限状态包括承载力极限状态和使用极限状态。
承载力极限状态是指结构在承受设计荷载时不达到破坏或不满足规范要求的状态。
使用极限状态是在结构承受设计荷载时保证结构具有足够的刚度和稳定性的状态。
极限状态法的应用十分广泛，可以用于各类工程结构的设计和验算。
例如，在建筑领域，可以利用极限状态法进行楼房、桥梁、隧道等结构的设计和验算。
在机械工程中，可以应用于机械设备的设计和验算。
此外，在船舶、飞机、汽车等领域也可以采用极限状态法进行结构设计。
二、极限状态法的设计计算流程极限状态法的设计计算流程主要包括以下几个步骤：1.确定设计荷载：首先需要根据所设计的结构的使用功能和要求，确定结构所承受的设计荷载，包括静力荷载、动力荷载和温度荷载等。
2.计算设计荷载效应：针对确定的设计荷载，在结构中计算各个构件的受力效应，包括轴力、弯矩、剪力和位移等。
3.选择设计基本组合：根据结构的不同工作状态，在不同的荷载组合下进行设计。
设计基本组合是根据不同荷载的作用时机和性质，经过科学分析和统计得出的一组合理的组合。
4.计算承载力极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行承载力验算，以保证结构在受力状态下不发生破坏或失效。
5.计算使用极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行使用性能验算，包括结构的刚度、稳定性和振动等性能。
结构按极限状态法设计的原则—作用与作用效应组合
2 分类
分类
1. 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相 比可忽略不计的作用； 2. 可变作用：在结构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相 比较不可忽略的作用； 3. 偶然作用：在结构使用期间出现的概率小，一旦出现其值很大且持续时间 很短的作用。
结
作用是引起结构破坏和变形的因素，也是结构 设计考虑的重要对象。
频遇值效应的组合。 作用长期效应组合：正常使用状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用
准永久值效应的组合。
总结
不同的作用不是同时出现在结构上，其发生的 几率也不尽相同，在进行结构计算时，应根据结构 物的特性，考虑作用同时出现的可能性，选择不同 的作用效应组合。
作用频遇值：结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的一 种可变作用值，其值可根据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95分 位值确定。
2 作用效应与作用效应设计值
作用效应与作用效应设计值
作用效应：指结构对所受作用的反应，如弯矩、扭矩、位移等。 作用效应设计值：指作用标准值效应与作用分项系数的乘积。 分项系数：指为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在设计表达
结构上的作用
C目 录 ONTENTS
结构上的作用 1 概念
2 分类
1 概念
概念
作用
直接作用
间接作用
施加在结构上的荷载，如 结构自重、汽车荷载等。
引起结构外加变形 和约束变形的原因
约束变形
结构材料发生收 缩或膨胀等变化 ，结构在支座或 节点的约束下间 接产生的变形。
概念
外加变形
强迫结构产 生变形。基 础的不均匀 沉降，地震 等。
作用效应与效应组合
结构按极限状态法设计的原则—极限状态法设计的基本概念
梁的施工阶段，一般只进行承载能力极限状态设计 3、偶然状况：在桥涵使用过程中偶然出现的状况。（可能遇到地震等作用的状
况。——只进行承载能力极限状态设计
总结
承载能力极限状态涉及结构的安全问题，可能导致人 员伤亡和大量财产损失，所以必须具有较高的安全度或较 低的失效概率。
正常使用极限状态涉及结构适用性和耐久性问题，为 对结构使用功能的损害，导致质量的恶化，对人身生命的 危害较小，其可靠度可适当降低。
极限状态基本概念
C目 录 ONTENTS
结构上的作用 1 定义和分类
2 承载能力极限状态
3 正常使用极限状态
1 定义和分类
定义和分类
当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而 不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状 态称为该结构的极限状态。
结构的极限状态也是结构处于可靠状态与失效状态的临 界状态
2 结构构件或连接处因 超过材料强度而破坏
3 正常使用极限状态
正常使用极限状态
➢ 正常使用极限状态
——对应于结构或构件达到正常使用的某项规定限值。
影响正常使用或外观的变形
正
常
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
使
用
影响正常使用的振动
极
限
状
影响正常使用的其它特定状态
态
正常使用极限状态
《桥规》(JTG D62-2004)规定的结构设计的三种状况： 1、持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。该状
况是指桥梁的使用阶段。——进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。 2、短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性（或荷载）的状况，该状况对应的是桥
定义和分类
我国的可靠度标准、各种规范
况。——只进行承载能力极限状态设计
总结
承载能力极限状态涉及结构的安全问题，可能导致人 员伤亡和大量财产损失，所以必须具有较高的安全度或较 低的失效概率。
正常使用极限状态涉及结构适用性和耐久性问题，为 对结构使用功能的损害，导致质量的恶化，对人身生命的 危害较小，其可靠度可适当降低。
极限状态基本概念
C目 录 ONTENTS
结构上的作用 1 定义和分类
2 承载能力极限状态
3 正常使用极限状态
1 定义和分类
定义和分类
当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而 不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状 态称为该结构的极限状态。
结构的极限状态也是结构处于可靠状态与失效状态的临 界状态
2 结构构件或连接处因 超过材料强度而破坏
3 正常使用极限状态
正常使用极限状态
➢ 正常使用极限状态
——对应于结构或构件达到正常使用的某项规定限值。
影响正常使用或外观的变形
正
常
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
使
用
影响正常使用的振动
极
限
状
影响正常使用的其它特定状态
态
正常使用极限状态
《桥规》(JTG D62-2004)规定的结构设计的三种状况： 1、持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。该状
况是指桥梁的使用阶段。——进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。 2、短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性（或荷载）的状况，该状况对应的是桥
定义和分类
我国的可靠度标准、各种规范
结构按极限状态法设计计算的原则
Z Z ( X1, X 2 ,......, X n )
实用上，将作用效应方面的基本变量组合成综合作用效应S， 抗力方面的基本变量组合成综合抗力R，若功能函数中仅包括结构 抗力R和作用（或荷载）综合效应S两个基本变量，则功能函数为：
>0 结构可靠
Z g(R, S) R S
=0 极限状态 <0 结构失效
§2.0.1 容许应力法
一、基本概念
容许应力法——构件在外界作用下，某截面的最大应力
达到或超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏），
即要满足：
材料强度 安全系数
钢筋混凝土构件：
c
c
fc kc
s
s
fs ks
混凝土应力 钢筋应力
式中：kc、ks 分别为安全系数 弹性假定：钢筋和混凝土均为弹性材料
2、结构抗力和作用
结构抗力——结构构件承受内力和变形的能力。它是 结构材料性能和几何参数等的函数。
作 用——施加在结构上的集中力或分布力，或引 起结构外加变形或约束变形的原因，它分为直接作用和 间接作用。
➢ 两类作用
作用
直接作用
间接作用
施加在结构上的荷载，如 结构自重、汽车荷载等。
引起结构外加变形 和约束变形的原因
二、结构概率设计方法 按发展进程，概率设计法划分为三个水准： 水准Ⅰ——半概率设计法， 水准Ⅱ——近似概率设计法
水准Ⅲ——全概率设计法
★ 我国目前的《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥 涵设计规范》和《混凝土结构设计规范》采用的是: 近似概率极限状态设计法
两类极限状态:
《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》
构的效应与结构本身的抵抗力来加以比较，以达到结构 设计既安全又经济的目的。
实用上，将作用效应方面的基本变量组合成综合作用效应S， 抗力方面的基本变量组合成综合抗力R，若功能函数中仅包括结构 抗力R和作用（或荷载）综合效应S两个基本变量，则功能函数为：
>0 结构可靠
Z g(R, S) R S
=0 极限状态 <0 结构失效
§2.0.1 容许应力法
一、基本概念
容许应力法——构件在外界作用下，某截面的最大应力
达到或超过材料的容许应力时，构件即失效（破坏），
即要满足：
材料强度 安全系数
钢筋混凝土构件：
c
c
fc kc
s
s
fs ks
混凝土应力 钢筋应力
式中：kc、ks 分别为安全系数 弹性假定：钢筋和混凝土均为弹性材料
2、结构抗力和作用
结构抗力——结构构件承受内力和变形的能力。它是 结构材料性能和几何参数等的函数。
作 用——施加在结构上的集中力或分布力，或引 起结构外加变形或约束变形的原因，它分为直接作用和 间接作用。
➢ 两类作用
作用
直接作用
间接作用
施加在结构上的荷载，如 结构自重、汽车荷载等。
引起结构外加变形 和约束变形的原因
二、结构概率设计方法 按发展进程，概率设计法划分为三个水准： 水准Ⅰ——半概率设计法， 水准Ⅱ——近似概率设计法
水准Ⅲ——全概率设计法
★ 我国目前的《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥 涵设计规范》和《混凝土结构设计规范》采用的是: 近似概率极限状态设计法
两类极限状态:
《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》
构的效应与结构本身的抵抗力来加以比较，以达到结构 设计既安全又经济的目的。
结构按极限状态法设计计算的原则
0S dR R fd,a d
R( )——结构构件的承载力函数； fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值； d ——几何参数标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时，可另增减一个附加值。
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二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
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三、作用效应组合（Combintion for ction Effects） 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算，必要时还要 考虑到偶然作用。
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1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0，结构抗力大于作用效应，即结构可靠； （2）Z=R-S<0，结构抗力小于作用效应，即结构失效； （3）Z=R-S=0，结构抗力等于作用效应，即处于极限状态 。
因此可以看出，结构安全可靠的基本条件是：Z≥0或 R≥S。
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第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 （均匀温度和梯度温度）
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支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
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二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值：
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2、正常使用极限状态： 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
R( )——结构构件的承载力函数； fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值； d ——几何参数标准值，当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时，可另增减一个附加值。
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二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时，应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
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三、作用效应组合（Combintion for ction Effects） 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算，必要时还要 考虑到偶然作用。
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1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0，结构抗力大于作用效应，即结构可靠； （2）Z=R-S<0，结构抗力小于作用效应，即结构失效； （3）Z=R-S=0，结构抗力等于作用效应，即处于极限状态 。
因此可以看出，结构安全可靠的基本条件是：Z≥0或 R≥S。
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第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 （均匀温度和梯度温度）
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支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
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二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值：
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2、正常使用极限状态： 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
结构按极限状态法设计的原则
（2）适用性：正常使用过程中，具有良好的工作性 能，不出现过大的变形和过宽的裂缝 如：刚度要求(变形)，稳定性要求，裂宽要求 （3）耐久性：结构在正常的使用年限内，在正常的 维护下具有足够的耐久性能，不发生锈蚀和风化 现象，不得过早地发生破坏而影响正常使用 （4）经济性：除包括一次投资的建设费用外，尚应 含使用后的维修费用和养护加固费用等，即采用 最经济的方案实施安全性和使用性。 总之，安全、适用、耐久、经济，适量考虑美观。
2 结构按极限状态法设计的原则
主要内容： 钢筋混凝土结构计算方法的演变过程 按极限状态法设计的原则 材料强度的取值
1、对RC结构的基本功能要求
结构设计需满足使用上的要求经济上的要 求可归纳为：安全性,适用性,耐久性,经济 性 （1）安全性：要求结构能承受正常制作期 (施工)、正常使用期，可能出现的各种作 用，以及在偶然事件发生后，仍然能保持 必需的整体稳定性 作用：自重，预加应力，汽车荷载，人群 荷载，汽车冲击力等。0年代提出，基于概率统计理论 • 基本内容 ①提出极限状态概念 承载力极限状态 ∑kiMi≤Mp=Φ(Rg、Rs、S) 正常使用极限状态 f≤［f］ δfmax≤［δf］ ②采用分离系数：材强，荷载，施工等多系数表达 ③材强、荷载取值经数理统计处理，反映接近实际 • 存在问题 ①荷载超常值处理，材强取值精度 ②结构整体可靠度不明确
（4）在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如 爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发 生倒塌。
•
• •
•
结构的安全性：第（1）、（4）两项通常是指结构的承载 能力和稳定性，关系到人身安全，称为结构的安全性 结构的适用性：第（2）项 结构的耐久性：第（3）项 结构的可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性这三者总 称为结构的可靠性
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源自第二章 结构按极限状态法设计的原则
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