第2章结构按极限状态法设计计算地原则(新)
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）
结构设计原理知识点
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度cu f 。
影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。
尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100）cu f （150）=1.05cu f （200）2.混凝土弹性模量和变形模量。
①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。
表示为：E '=σ/ε=tan α0②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。
E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。
③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。
影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。
徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预应力损失。
4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。
结构设计原理习题集
《结构设计原理》习题集第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1-1、配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？答：配置在混凝土梁截面受拉区的钢筋作用是代替混凝土受拉。
钢筋混凝土梁承受的荷载较大时，梁的受拉区会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土退出工作，钢筋可承担几乎全部的拉力。
钢筋混凝土梁能继续承受荷载作用，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，钢筋混凝土梁是充分利用混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度。
1-2、试解释以下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。
答：混凝土立方体抗压强度是按规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。
我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm 的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f表cu 示。
混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）：按照及立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号f表示。
国家标准《普通混凝土力学性能试c验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定，混凝土的轴心抗压强度试验以150mm ×150mm ×300mm 。
混凝土抗拉强度可采用在两端预埋钢筋的混凝土棱柱体，试验时用试验机的夹具加紧试件的两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。
目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定混凝土的轴心抗拉强度。
混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部颁布标准《公路工程水泥混凝土试验规程》规定，采用150mm 立方块作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定是试验方法操作，则混凝土的劈裂抗拉强度按下式：。
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。
2结构按极限状态法设计计算的原则-文档资料
料的强度标准值具有不小于95%的保证率。
2）材料强度的设计值fd
标准值除以材料性能分项系数
2
结构按极限状态法设计计算的原则
2.3 材料强度的取值
2.3.2 混凝土强度标准值和强度设计值
1）立方体抗压强度标准值fcu,k
C20-C80，以5MPa进级，共13级。
2.1.1 结构可靠性和可靠度
（1）结构的四大功能
2
结构按极限状态法设计计算的原则
2.1 概率极限状态设计法的基本概念
2.1.1 结构可靠性和可靠度
（2） 结构的三大性能 安全性、适用性和耐久性。 （3） 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。
2
结构按极限状态法设计计算的原则
尺寸、配筋及构造要求。
设计计算方法的发展：
容许应力计算法 破坏阶段法 极限状态计算法
概率极限状态设计法：把影响结构可靠性的各种因素均视为随机
变量，以大量现场实测资料和实验数据为
基础，运用统计数学的方法，寻求各变量 的统计规律，确定结构的可靠度来度量结
2
结构按极限状态法设计计算的原则
2.1 概率极限状态设计法的基本概念
均值相比不可忽略的荷载。
3. 偶然荷载：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荷载。
2
结构按极限状态法设计计算的原则
2.4 作用、作用的代表值和作用效应组合
2.4.2 作用的代表值
1）作用的标准值
基本代表值。最大概率分布的数值。
永久作用采用标准值作为代表值。可变作用也有代表值。
2.1 概率极限状态设计法的基本概念
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。
结构按极限状态法设计计算的原则_OK
6
安全性、适用性、耐久性这三者可以统称为结构的可靠 性（Relibility），即：结构在规定的时间内，在规定的条件下 ，完成预定功能的能力。
可靠性用可靠度（Degree of Relibility），来进行数量描述 ，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。
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
47
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。
48
1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”（Fundermentl Combintion for ction Effects） ；
36
注意:钢筋抗压强度设计值fsd’须用弹性模量乘以极限 压应变0.002，且不得大于其抗拉强度设计值fsd ，即：
fsd sEs fsd 或 f pd p Ep f pd
37
第四节 作用、作用的代表值和 作用效应组合
一、作用（ction）分类： 按时间的变异分类： （1） 永久作用：指在设计基准期内，其值不随时间变化或 变化可以忽略不计，包括结构自重、土压力，预加力、基础 沉降、焊接等。
极限状态主要分为两类： 1、承载能力极限状态 （Ultimte Limit Stte） 2、正常使用极限状态 （Servicebility Limit Stte）
9
1、承载能力极限状态： 结构或构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承 载的变形。
10
主要表现： （1） 构件或连接的材料强度超过破坏，过度塑性变形 ； （2） 整个结构或其部分作为刚体失衡，如侧移、倾覆 等； （3） 结构体系变为机动体系； （4） 结构或构件失稳，如压屈等。
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。
建筑结构设计统一标准GBJ68第二章 极限状态设计原则
第二章极限状态设计原则第2.0.1条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。
对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志及限值。
第2.0.2条极限状态可分为下列两类：一、承载能力极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。
当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：1(如倾覆等)；2(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载；34(如压屈等)。
二、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限值。
当结构或结构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：12(包括裂缝)；34它特定状态。
第2.0.3条建筑结构设计时，应考虑各种有关的极限状态。
对所考虑的极限状态，应确定相应的结构作用效应的最不利组合。
对于承载能力极限状态，应考虑作用效应的基本组合，必要时尚应考虑作用效应的偶然组合；对于正常使用极限状态，应根据不同的设计目的，分别考虑作用的短期效应组合和长期效应组合。
第2.0.4条当考虑偶然事件时，可仅按承载能力极限状态对主要承重结构采用下列原则之一进行设计：1载能力；2适当的可靠度。
第2.0.5条结构的极限状态应采用下列极限状态方程描述：g(X1，X2，…，X n)＝0(2.0.5)式中g(·)——结构功能函数；Xi(i＝1，2，…，n)——基本变量，系指结构上的各种作用和材料性能、几何参数等。
进行结构可靠度分析时，也可采用作用效应和结构抗力作为综合的基本变量。
极限状态方程中的基本变量应作为随机变量考虑。
第2.0.6条结构按极限状态设计应符合下列要求：g(X1，X2，…，X n)≥0(2.0.6－1)当仅有作用效应和结构抗力两个基本变量时，结构按极限状态设计应符合下列要求：g(S，R)＝R-S≥0(2.0.6－2)式中S——结构的作用效应；R——结构的抗力。
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。
《钢筋混凝土结构设计原理》复习资料2复习重点习题及答案
《结构设计原理》复习资料第一篇钢筋混凝土结构第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能二、学习重点在本章的学习中应注意以下几个方面的问题：（1）混凝土的强度指标有哪些，以及获得它们的方法；（2）混凝土的应力应变关系曲线，弹性模量的取值方法；（3）混凝土收缩、徐变的概念及特性；（4）两类钢材的变形及强度特征；（5）锚固长度的意义；（6）钢筋混凝土结构对混凝土与钢筋的基本要求。
三、复习题（一）填空题1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压。
2、混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度。
3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。
4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。
5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。
6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因是：钢筋和混凝土之间具有良好的粘结力、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近和混凝土对钢筋起保护作用。
7、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形。
其中混凝土的徐变属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。
（二）判断题1、素混凝土的承载能力是由混凝土的抗压强度控制的。
………………………………【×】2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。
………………………【×】3、线性徐变在加荷初期增长很快，一般在两年左右趋以稳定，三年左右徐变即告基本终止。
………………………………………………………………………………………………【√】4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。
………………………………………【×】5、钢筋中含碳量愈高，钢筋的强度愈高，但钢筋的塑性和可焊性就愈差。
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
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
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第2章结构按极限状态法设计计算的原则钢筋混凝土结构构件的“设计”是指在预定的作用及材料性能条件下，确定构件按功能要求所需要的截面尺寸、配筋和构造要求。
自从19世纪末钢筋混凝土结构在土木建筑工程中出现以来，随着生产实践的经验积累和科学研究的不断深入，钢筋混凝土结构的设计理论在不断地发展和完善。
最早的钢筋混凝土结构设计理论，是采用以弹性理论为基础的容许应力计算法。
这种方法要求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任一点的应力应不大于规定的容许应力，而容许应力是由材料强度除以安全系数求得的，安全系数则依据工程经验和主观判断来确定。
然而，由于钢筋混凝土并不是一种弹性匀质材料，而是表现出明显的塑性性能，因此，这种以弹性理论为基础的计算方法是不可能如实地反映构件截面破坏时的应力状态和正确地计算出结构构件的承载能力的。
20世纪30年代，前苏联首先提出了考虑钢筋混凝土塑性性能的破坏阶段计算方法。
它以充分考虑材料塑性性能的结构构件承载能力为基础，使按材料标准极限强度计算的承载能力必须大于计算的最大荷载产生的内力。
计算的最大荷载是由规定的标准荷载乘以单一的安全系数而得出的。
安全系数仍是依据工程经验和主观判断来确定。
随着对荷载和材料强度的变异性的进一步研究，前苏联在20世纪50年代又率先提出了极限状态计算法。
极限状态计算法是破坏阶段计算法的发展，它规定了结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作条件系数。
从而把不同的外荷载、不同的材料以及不同构件的受力性质等，都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，而部分荷载系数和材料系数基本上是根据统计资料用概率方法确定的。
因此，这种计算方法被称为半经验、半概率的“三系数”极限状态设计法。
我国原《公路桥规》（1985）采用的就是这种设计方法。
20世纪70年代以来，国际上以概率论和数理统计为基础的结构可靠度理论在土木工程领域逐步进入实用阶段。
例如，加拿大分别于1975年和1979年率先颁发了基于可靠度的房屋建筑和公路桥梁结构设计规范；1977年，原联邦德国编制了《确定建筑物安全度的基础》作为编制其他规范的基本依据；1978年，北欧五国的建筑委员会提出了《结构荷载与安全度设计规程》；美国国家标准局于1980年提出了《基于概率的荷载准则》；英国于1982年在BS5400桥梁设计规范中引入了结构可靠度理论的内容。
这充分表明土木工程结构的设计理论和设计方法进入了一个新的阶段。
我国虽然直到20世纪70年代中期才开始在建筑结构领域开展结构可靠度理论和应用研究工作，但很快取得成效。
1984年国家计委批准《建筑结构设计统一标准》（GBJ 68-84），该标准提出了以可靠性为基础的概率极限状态设计统一原则。
经过努力，适于全国并更具综合性的《工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50153-92）于1992年正式发布。
在编制全国统一标准的同时，1986年国家计委又先后下达了其他土木工程结构可靠度设计统一标准的编制任务，其中《港口工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50158-92）、《铁路工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50216-94）、《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999）分别于1992年、1994年和1999年正式发布。
《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999）全面引入了结构可靠性理论，把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量，以大量现场实测资料和试验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各变量的统计规律，确定结构的失效概率（或可靠度）来度量结构的可靠性。
随机性在国际上，这种方法通常称为“可靠度设计法”，而将其应用于结构的极限状态设计则称为“概率极限状态设计法”。
该标准明确提出以结构可靠性理论为基础的概率极限状态设计法作为公路工程结构设计的总原则。
当前，国际上将结构概率设计法按精确程度不同分为三个水准，即水准I、水准II和水准III。
1）水准I——半概率设计法这一水准设计方法虽然在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则，但它把荷载和抗力分开考虑，并没有从结构构件的整体性出发考虑结构的可靠度，因而无法触及结构可靠度的核心——结构的失效概率，并且各分项安全系数主要依据工程经验确定，所以称其为半概率设计法。
2）水准II——近似概率设计方法这是目前在国际上已经进入实用阶段的概率设计法。
它运用概率论和数理统计，对工程结构、构件或截面设计的“可靠概率”，做出较为近似的相对估计。
我国《工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50153-92）、《铁道工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50216-94）以及《公路工程结构设计统一标准》（GB/T 50283-1999）等确定的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法就属于这一水准的设计方法。
虽然这已经是一种概率方法，但是，由于在分析中忽略了或简化了基本变量随时间变化的关系；确定基本变量的分布时受现有信息量限制而具有相当的近似性；并且，为了简化设计计算，将一些复杂的非线性极限状态方程线性化，所以它仍然只是一种近似的概率法。
不过，在现阶段它确实是一种处理结构可靠度的比较合理且可行的方法。
3）水准III——全概率设计法全概率设计法是一种完全基于概率理论的较理想的方法。
它不仅把影响结构可靠度的各种因素用随机变量概率模型去描述，更进一步考虑随时间变化的特性并用随机过程概率模型去描述，而且在对整个结构体系进行精确概率分析的基础上，以结构的失效概率作为结构可靠度的直接度量。
这当然是一种完全的、真正的概率方法。
目前，这还只是值得开拓的研究方向，真正达到实用还需经历较长的时间。
在以上的后两种水准中，水准方法II是水准方法III的近似。
在水准方法III的基础上再进一步发展就是运用优化理论的最优全概率法。
2.1 概率极限状态设计法的基本概念2.1.1 结构可靠性与可靠度结构设计的目的，就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性的前提下，完成全部预定功能的要求。
结构的功能是由其使用要求决定的，具体有如下四个方面：（1）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。
（2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能，例如，不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏。
（3）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，例如，不发生开展过大的裂缝宽度，不发生由于混凝土保护层碳化导致钢筋的锈蚀。
（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。
上述要求中，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；第（2）项指结构的适用性；第（3）项指结构的耐久性。
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。
可靠性的数量描述一般用可靠度，安全性的数量描述则用安全度。
由此可见，结构可靠度是结构可完成“预定功能”的概率度量，它是建立在统计数学的基础上经计算分析确定，从而给结构的可靠性一个定量的描述。
因此，可靠度比安全度的含义更广泛，更能反映结构的可靠程度。
根据当前国际上的一致看法，结构可靠度定义是指：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。
这里所说的“规定时间”是指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的关系所取用的基准时间参数；“规定的条件”是指结构正常设计、正常施工和正常使用的条件，即不考虑人为过失的影响；“预定功能”是指上面提到的四项基本功能。
可靠度概念中的“规定时间”即设计基准期，是在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，但不能将设计基准期简单地理解为结构的使用寿命，两者是有联系的，然而又不完全等同。
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会增大，不能保证其目标可靠指标，但不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。
例如，桥梁结构的设计基准期定义为T=100年，但到了100年时不一定该桥梁就不能使用了。
一般来说，使用寿命长，设计基准期也可以长一些，使用寿命短，设计基准期应短一些，通常设计基准期应该小于寿命期，而不应该大于寿命期。
影响结构可靠度的设计基本变量如车辆作用、人群作用、风作用、温度作用等都是随时间变化的，设计变量取值大小与时间长短有关，从而直接影响结构可靠度。
因此，必须参照结构的预期寿命、维护能力和措施等规定结构的设计基准期。
目前，国际上对设计基准期的取值尚不统一，但多取（50～120）年。
根据我国公路桥梁的使用现状和以往的设计经验，我国公路桥梁结构的设计基准期统一取为100年，属于适中时域。
2.1.2 结构可靠度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。
结构能够满足各项功能要求而良好地工作，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。
对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志和限值。
国际上一般将结构的极限状态分为如下三类：1）承载能力极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。
当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1）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）；（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载；（3）结构转变成机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定（如柱的压屈失稳等）；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限值的状态。
当结构或结构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：（1）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。
3）“破坏—安全”极限状态这种极限状态又称为条件极限状态。
超过这种极限状态而导致的破坏，是指允许结构物发生局部损坏，而对已发生局部破坏结构的其余部分，应该具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。
其指导思想是，当偶然事件发生后，要求结构仍保持完整无损是不现实的，也是没有必要和不经济的，故只能要求结构不致因此而造成更严重的损失。
所以这种设计理论可应用于桥梁抗震和连拱推力墩的计算等方面。
欧洲混凝土委员会、国际预应力混凝土协会和国际标准化组织等国际组织，一般将极限状态分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。