结构设计原理PPT课件
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◎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。
14 2.2 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
15 2.2 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
16 2.2 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
Design Principle
1
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
参考书目： 《土木工程荷载与设计方法》，张学文， 罗旗帜主编，华南理工大学出版社，2007 《工程结构可靠性设计原理》贡金鑫，魏 巍巍编著，机械工业出版社，2007
2 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
结构功能函数 Z=R-S
Z＜0 失效
Pf=P(S>R)=P(Z<0)
P f
Pr
β是失效概率和可靠概率的质量，β与Pf或Pr具有
一一对应的数量关系，β越大，则失效概率Pf越小
（即阴影面积越小），可靠概率Pr越大。
11
2.2 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
若 z 大，则阴影部分的面积小，失效概率Pf小，
结构可靠度大；反之,
小，阴影部分面积大，失
z
效概率Pf大，结构可靠度小。
12
2.2 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
Pf
P'f
mz= z
Z
mz =
' z
当标准差为常量时，β只随平均值而变。而当 β增加时，概率密度曲线向右移动，即Pf将变
19 2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义 耐久性（Durability）
◎如wmax≤[wmax]。 ◎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。
容பைடு நூலகம்应力法
f
K
◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的； ◎结构中的一点达到容许应力，即认为失效； ◎没有考虑结构功能多样性要求； ◎安全系数完全凭经验确定的，缺乏科学依据；
4 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
破损阶段设计法
M Mu K
整个截面达到极限承载能力才认为失效，考 虑了材料的塑性和强度的充分发挥，极限荷载可 以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确。 ◎但安全系数仍然凭经验确定； ◎没有考虑结构功能多样性要求的问题。
小，变为Pf′，结构可靠概率增大。
13
2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义
安全性（Safety）
◎结构应能承受在正常施工和正常使用期间 （Design Life 一般为100年）可能出现的各种 荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀 沉降）、约束变形等的作用（如温度和收缩变 形受到约束时）。
6 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
以概率论为基础的极限状态设计法
•大量现场实测资料或试验数据为基础 •统计各种变量的分布规律 •运用数理统计和可靠度方法确定作用代表值和
材料标准值、设计值
概率极限状态设计法(可靠度设计法)——《公路 工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 502831999）
20 2.2 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
21 2.2 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
22 2.2 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
9 2.2 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
2.1.1 结构失效概率与可靠性
与结构失效概率相对应的即为结构可靠概率 Pr
Pf Pr 1
结构可靠性的概率度量称为结构可靠度 （Reliability Degree）。
可靠指标
Pf
mZ
Z
10 2.2 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
第2章 结构按极限状态法设计计算 的原则
2.1 结构设计方法 2.2 概率极限状态设计法的基本概念 2.3 公路桥规设计计算原则 2.4 作用,作用的代表值和作用效应 2.5 材料强度的取值
3 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
2.1 结构设计方法
7 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
按精准程度不同分为三个水准：
1）水准I-半概率设计法
2）水准II-近似概率设计方法
3）水准III-全概率设计方法
最优全概率方法：在水准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。
返回
8 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
2.2 概率极限状态设计法的基本概念
2.2.1 结构失效概率与可靠性
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，只是可能性的大小不同而已。
为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率的 方法是比较科学合理的。
失效概率 Pf PSR
◎失效概率越小，表示结构可靠性越大，因此，可以失 效概率定量表示结构可靠性的大小。
5 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
极限状态设计法
除要求对承载力极限状态设计外，还包括挠 度和裂缝宽度的适用性设计。
对于承载力极限状态设计，把单一的安全系 数改为三个分项系数（荷载系数、材料系数、工 作条件系数）
部分系数凭经验确定，部分系数用概率方法 确定
半概率、半经验的“三系数”极限状态 设计法——《公路桥规》-85规范
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
17 2.2 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
18 2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义 适用性（Serviceability）
◎如f≤[f]。 ◎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。
14 2.2 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
15 2.2 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
16 2.2 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
Design Principle
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第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
参考书目： 《土木工程荷载与设计方法》，张学文， 罗旗帜主编，华南理工大学出版社，2007 《工程结构可靠性设计原理》贡金鑫，魏 巍巍编著，机械工业出版社，2007
2 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
结构功能函数 Z=R-S
Z＜0 失效
Pf=P(S>R)=P(Z<0)
P f
Pr
β是失效概率和可靠概率的质量，β与Pf或Pr具有
一一对应的数量关系，β越大，则失效概率Pf越小
（即阴影面积越小），可靠概率Pr越大。
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2.2 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
若 z 大，则阴影部分的面积小，失效概率Pf小，
结构可靠度大；反之,
小，阴影部分面积大，失
z
效概率Pf大，结构可靠度小。
12
2.2 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
Pf
P'f
mz= z
Z
mz =
' z
当标准差为常量时，β只随平均值而变。而当 β增加时，概率密度曲线向右移动，即Pf将变
19 2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义 耐久性（Durability）
◎如wmax≤[wmax]。 ◎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。
容பைடு நூலகம்应力法
f
K
◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的； ◎结构中的一点达到容许应力，即认为失效； ◎没有考虑结构功能多样性要求； ◎安全系数完全凭经验确定的，缺乏科学依据；
4 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
破损阶段设计法
M Mu K
整个截面达到极限承载能力才认为失效，考 虑了材料的塑性和强度的充分发挥，极限荷载可 以直接由试验验证，构件的总安全度较为明确。 ◎但安全系数仍然凭经验确定； ◎没有考虑结构功能多样性要求的问题。
小，变为Pf′，结构可靠概率增大。
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2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义
安全性（Safety）
◎结构应能承受在正常施工和正常使用期间 （Design Life 一般为100年）可能出现的各种 荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀 沉降）、约束变形等的作用（如温度和收缩变 形受到约束时）。
6 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
以概率论为基础的极限状态设计法
•大量现场实测资料或试验数据为基础 •统计各种变量的分布规律 •运用数理统计和可靠度方法确定作用代表值和
材料标准值、设计值
概率极限状态设计法(可靠度设计法)——《公路 工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 502831999）
20 2.2 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
21 2.2 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
22 2.2 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
9 2.2 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
2.1.1 结构失效概率与可靠性
与结构失效概率相对应的即为结构可靠概率 Pr
Pf Pr 1
结构可靠性的概率度量称为结构可靠度 （Reliability Degree）。
可靠指标
Pf
mZ
Z
10 2.2 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
第2章 结构按极限状态法设计计算 的原则
2.1 结构设计方法 2.2 概率极限状态设计法的基本概念 2.3 公路桥规设计计算原则 2.4 作用,作用的代表值和作用效应 2.5 材料强度的取值
3 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
2.1 结构设计方法
7 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
按精准程度不同分为三个水准：
1）水准I-半概率设计法
2）水准II-近似概率设计方法
3）水准III-全概率设计方法
最优全概率方法：在水准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。
返回
8 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
2.2 概率极限状态设计法的基本概念
2.2.1 结构失效概率与可靠性
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，只是可能性的大小不同而已。
为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率的 方法是比较科学合理的。
失效概率 Pf PSR
◎失效概率越小，表示结构可靠性越大，因此，可以失 效概率定量表示结构可靠性的大小。
5 2.1 结构设计方法
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
极限状态设计法
除要求对承载力极限状态设计外，还包括挠 度和裂缝宽度的适用性设计。
对于承载力极限状态设计，把单一的安全系 数改为三个分项系数（荷载系数、材料系数、工 作条件系数）
部分系数凭经验确定，部分系数用概率方法 确定
半概率、半经验的“三系数”极限状态 设计法——《公路桥规》-85规范
第2章 结构按极限状态法设计计算的原则
17 2.2 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
18 2.2 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
2.2.2 结构功能与可靠性定义 适用性（Serviceability）
◎如f≤[f]。 ◎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。