第六节结构慨率可靠度设计法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
应做到结构在该时段内不超越有关的极限状态。 工程结构在施工和使用中的环境条件影响，分为 三种设计状况：
持久状况：在结构使用过程中一定出现，其
持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限 为同一数量级。
短暂状况：在结构施工和使用过程中出现慨 率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的 状况。如施工或维修。
◎以截面总极限内力的形式作为设计依据，具备了一个总 安全度的概念。考虑了构件的塑性变形性能，可以充分 发挥材料的性能.
缺点：
◎安全系数K仍然凭经验确定
极限状态设计法(20世纪50年代-70年代)
◎通过对荷载和材料强度变异性的研究，在破坏阶段设计 方法的基础上，规定了承载能力极限状态与正常使用极限 状态的内容，并将单一安全系数改为分项系数，包括：荷 载系数、材料系数、工作条件系数，这样将不同的外荷载、 不同的材料以及不同构件的受力性质等，用不同的安全系 数区别开来，使不同的构件具有比较一致的安全度。并且 部分荷载分项系数、材料分项系数基本上是根据统计资料、 用数理统计方法确定的，因而更具有科学性、合理性。
K1MK 12 K 13(Rh,Rg,S......)
缺点： （1）部分分项系数依然有经验成分； （2）统计中在考虑概率分布时，通常都是将其考 虑为某一 种便于计算的概率分布。 （3）依然使用绝对安全、绝对不安全等概念，即 依然使用 的是定值的概念，故成为：“半概率设 计法”。
以概率理论为基础的极限状态设计法 （目前的砼结构设计规范）
容许应力设计法（19世纪）
[] f
k
◎理论基础：基于虎克定律的弹性力学
◎规定：构件在规定的荷载标准值下，按弹性理论计算得 到的构件截面应力σ不大于结构设计规规范规定的材料的
容许应力。容许应力 为材料强度 f 除以安全系数
k 。 构件中一点达到容许应力，结构即认为失效； 缺点： ◎钢筋混凝土结构不是弹性匀质材料，具有明显的塑性性 能，当某一截面的应力达到最大值时构件未必破坏。
由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构， 都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。
为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方 法是比较合理的。
慨率极限状态设计法是以慨率理论为基础，视作用效应 和结构抗力为随机变量，根据统计分析确定可靠慨率 （或可靠指标）来度量结构可靠性的结构设计方法。其 特点是有明确的、用慨率尺度表达的结构可靠度的定义。
安全等级
破坏后的影响程 度
建筑物的类型
一级
很严重
重要的建筑物
二级
严重
一般的建筑物
三级
不严重
次要的建筑物
二.设计基准期和设计使用年限 设计基准期是工程结构设计时，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。
设计使用年限为设计规定的结构或结构构件不
需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。设 计使用年限是房屋建筑的地基基础和主体结构工 程的“合理使用年限”的具体化。
理论上，可直接按目标可靠指标进行结构的设计，但计 算繁琐。目前我国采用“分项系数表达的以慨率理论为 基础的极限状态设计方法”
五.结构构件的目标可靠度指标
目标可靠度指标是<规范>规定的作为设计依据的可靠指标。
可靠度指标 越大，则结构越可靠，但经济上投入就要
多。
1 .确定可靠度指标的方法
a.类比法：
这种方法是参照人们在日常活动中所经历各种风险，确定
注意：设计使用年限并不等同于建筑结构的使用 寿命。
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不
能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极 限状态。 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构
是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为 “不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称 为“极限钢 状筋 态混 ”凝 土 。简 支 梁 的 可 靠 、 失 效 和 极 限 状 态 概 念
第六章慨率极限状态设计法
6.1结构设计的目标和原则
6.2直接慨率设计法 6.2基于分项系数表达的慨率极限状态设 计法
昆明理工大学 建筑工程学院 何颖成
6.1结构设计的目标和原则
一.结构的安全等级和设计状况
1.结构的安全等级
工程结构安全等级应根据破坏时可能产生的后果 （生命、经济、社会影响）严重与否，区分不同的 安全等级。
结 构 的 功 能
可 靠
极 限 状 态
失 效
安 全 性 受 弯 承 载 力 M< Mu 适 用 性 挠 度 变 形 f<[f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐 久 性 裂 缝 宽 度 wmax<[wmax] wmax=[wmax] wmax>[wmax]
三.设计状况 设计状况代表一定时段的一组物理条件，设计
M (n i q i) k m u ( k s f s ， M k c f c , a ， A s ， b ， h 0 ， )
◎ 材料强度 fc 和 fs 是钢筋和砼强度。 ◎ 荷载值 q ik 标准荷载或效应。也尽可能根据各 种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位 值。 ◎ 荷载系数 n i ，在计算时将设计荷载增大。 ◎材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确定，将构件 承载能力降低。 ◎ m工作条件系数，反映施工质量及使用环境对 安全度的影响。
一个公众所能接受的失效慨率。
偶然状况：在结构使用过程中出现慨率很小， 且持续期很短的状况。如火灾、爆炸。
三种设计状况都要进行承载能力极限状态设计 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
四.结构设计方பைடு நூலகம்的发展 容许应力设计法 破损阶段设计法 极限状态设计法 以概率论为基础的极限状态设计法
◎安全系数是凭经验确定的，无理论依据缺乏科学依据。
◎这种计算方法不可能反映构件截面的应力状态。
破损阶段设计法（ 20世纪30年代）
M Mu
◎理论基础：考虑钢筋砼结构塑性性能。
K
◎规定：以结构构件破坏时的承载能力为基础，使按材料 标准强度计算得到的承载能力 M u 必须大于计算的最大 外荷载所产生的内力M。其中：M u 承载能力的确定，考 虑了材料的塑性性能，采用极限平衡的方法确定，极限 荷载可用破坏实验加以验证。
持久状况：在结构使用过程中一定出现，其
持续期很长的状况。持续期一般与设计使用年限 为同一数量级。
短暂状况：在结构施工和使用过程中出现慨 率较大，而与设计使用年限相比，持续期很短的 状况。如施工或维修。
◎以截面总极限内力的形式作为设计依据，具备了一个总 安全度的概念。考虑了构件的塑性变形性能，可以充分 发挥材料的性能.
缺点：
◎安全系数K仍然凭经验确定
极限状态设计法(20世纪50年代-70年代)
◎通过对荷载和材料强度变异性的研究，在破坏阶段设计 方法的基础上，规定了承载能力极限状态与正常使用极限 状态的内容，并将单一安全系数改为分项系数，包括：荷 载系数、材料系数、工作条件系数，这样将不同的外荷载、 不同的材料以及不同构件的受力性质等，用不同的安全系 数区别开来，使不同的构件具有比较一致的安全度。并且 部分荷载分项系数、材料分项系数基本上是根据统计资料、 用数理统计方法确定的，因而更具有科学性、合理性。
K1MK 12 K 13(Rh,Rg,S......)
缺点： （1）部分分项系数依然有经验成分； （2）统计中在考虑概率分布时，通常都是将其考 虑为某一 种便于计算的概率分布。 （3）依然使用绝对安全、绝对不安全等概念，即 依然使用 的是定值的概念，故成为：“半概率设 计法”。
以概率理论为基础的极限状态设计法 （目前的砼结构设计规范）
容许应力设计法（19世纪）
[] f
k
◎理论基础：基于虎克定律的弹性力学
◎规定：构件在规定的荷载标准值下，按弹性理论计算得 到的构件截面应力σ不大于结构设计规规范规定的材料的
容许应力。容许应力 为材料强度 f 除以安全系数
k 。 构件中一点达到容许应力，结构即认为失效； 缺点： ◎钢筋混凝土结构不是弹性匀质材料，具有明显的塑性性 能，当某一截面的应力达到最大值时构件未必破坏。
由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构， 都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。
为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方 法是比较合理的。
慨率极限状态设计法是以慨率理论为基础，视作用效应 和结构抗力为随机变量，根据统计分析确定可靠慨率 （或可靠指标）来度量结构可靠性的结构设计方法。其 特点是有明确的、用慨率尺度表达的结构可靠度的定义。
安全等级
破坏后的影响程 度
建筑物的类型
一级
很严重
重要的建筑物
二级
严重
一般的建筑物
三级
不严重
次要的建筑物
二.设计基准期和设计使用年限 设计基准期是工程结构设计时，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。
设计使用年限为设计规定的结构或结构构件不
需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。设 计使用年限是房屋建筑的地基基础和主体结构工 程的“合理使用年限”的具体化。
理论上，可直接按目标可靠指标进行结构的设计，但计 算繁琐。目前我国采用“分项系数表达的以慨率理论为 基础的极限状态设计方法”
五.结构构件的目标可靠度指标
目标可靠度指标是<规范>规定的作为设计依据的可靠指标。
可靠度指标 越大，则结构越可靠，但经济上投入就要
多。
1 .确定可靠度指标的方法
a.类比法：
这种方法是参照人们在日常活动中所经历各种风险，确定
注意：设计使用年限并不等同于建筑结构的使用 寿命。
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不
能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极 限状态。 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构
是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为 “不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称 为“极限钢 状筋 态混 ”凝 土 。简 支 梁 的 可 靠 、 失 效 和 极 限 状 态 概 念
第六章慨率极限状态设计法
6.1结构设计的目标和原则
6.2直接慨率设计法 6.2基于分项系数表达的慨率极限状态设 计法
昆明理工大学 建筑工程学院 何颖成
6.1结构设计的目标和原则
一.结构的安全等级和设计状况
1.结构的安全等级
工程结构安全等级应根据破坏时可能产生的后果 （生命、经济、社会影响）严重与否，区分不同的 安全等级。
结 构 的 功 能
可 靠
极 限 状 态
失 效
安 全 性 受 弯 承 载 力 M< Mu 适 用 性 挠 度 变 形 f<[f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐 久 性 裂 缝 宽 度 wmax<[wmax] wmax=[wmax] wmax>[wmax]
三.设计状况 设计状况代表一定时段的一组物理条件，设计
M (n i q i) k m u ( k s f s ， M k c f c , a ， A s ， b ， h 0 ， )
◎ 材料强度 fc 和 fs 是钢筋和砼强度。 ◎ 荷载值 q ik 标准荷载或效应。也尽可能根据各 种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位 值。 ◎ 荷载系数 n i ，在计算时将设计荷载增大。 ◎材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确定，将构件 承载能力降低。 ◎ m工作条件系数，反映施工质量及使用环境对 安全度的影响。
一个公众所能接受的失效慨率。
偶然状况：在结构使用过程中出现慨率很小， 且持续期很短的状况。如火灾、爆炸。
三种设计状况都要进行承载能力极限状态设计 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
四.结构设计方பைடு நூலகம்的发展 容许应力设计法 破损阶段设计法 极限状态设计法 以概率论为基础的极限状态设计法
◎安全系数是凭经验确定的，无理论依据缺乏科学依据。
◎这种计算方法不可能反映构件截面的应力状态。
破损阶段设计法（ 20世纪30年代）
M Mu
◎理论基础：考虑钢筋砼结构塑性性能。
K
◎规定：以结构构件破坏时的承载能力为基础，使按材料 标准强度计算得到的承载能力 M u 必须大于计算的最大 外荷载所产生的内力M。其中：M u 承载能力的确定，考 虑了材料的塑性性能，采用极限平衡的方法确定，极限 荷载可用破坏实验加以验证。