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,结构设计原理,009,、公路桥涵设计规范,(JTG D6220XX),的计算原则,公路桥涵设计规范(JTG-D6220XX)的计算原则课件,一、结构设计计算方法发展过程,1.,容许应力法：最早以弹性理论,为基础，但未考虑材料的塑性。,2.,破坏阶段法：,20,世纪,30,年代，,考虑了材料的塑性，但仅仅用一个笼统的安全系数考虑超载，材料的变异等。,3.,极限状态法：,20,世纪,50,年代，,用三个分项系数把不同的荷载、不同材料及不同构件的受力性质等用不同的安全系数区别开来。,公路桥规,（,JTJ022-85,、,JTJ023-85,）。,4,、,概率理论为基础的极限状态法，,引入了结构可靠性理论，现行,公路桥规,（,JTJ D21-2004,、,JTJ D62-2004,）。,一、结构设计计算方法发展过程1.容许应力法：最早以弹性理论为,一、结构设计计算方法发展过程,b.,正常使用,极限状态,:,包括：,影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。,a.,承载能力,极限状态,:,包括：,强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。,一、结构设计计算方法发展过程b.正常使用极限状态:a.承载能,一、结构设计计算方法发展过程,结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述，一般情况：,Z,g,（,x,1,，,x,2,，,，,x,n,）,(3),功能函数和极限状态方程,式中,g,（,）,结构的功能函数；,x,i,(i,1,2,n),影响结构可靠性的各物理量。,一、结构设计计算方法发展过程 结构的工作性能可用结构,一、结构设计计算方法发展过程,(3),功能函数和极限状态方程,为简化，将各因素概括为两个综合随机变量,结构抗力,R,和,作用效应,S,，则上式可写成：,Z,g,（,R,，,S,）,R,S,在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：,Z,0,表示结构处于,可靠,状态,Z,0,表示结构处于,极限,状态,Z,0,表示结构处于,失效,状态,一、结构设计计算方法发展过程(3)功能函数和极限状态方程,一、结构设计计算方法发展过程,(3),功能函数和极限状态方程,判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态，为此，通常将下式：,Z,g,（,R,，,S,）,R,S,=0,称为极限状态方程。,(4),结构可靠度和失效概率（略）,可靠度,是指结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的概率。,一、结构设计计算方法发展过程(3)功能函数和极限状态方程,二、结构的抗力及其不定因素,抗力是结构构件抵抗作用效应的能力,，即,承载能力和抗变形能力,。承载能力包括,受弯、受压、受剪、受扭承载力等各种抵抗外力的能力,；抗变形能力包括,抗裂能力、刚度,等。,引起抗力不定性的主要因素有：,（,1,）材料性能的不定性。,（,2,）几何参数的不定性。,（,3,）计算模式的不定性。,二、结构的抗力及其不定因素 抗力是结构构件抵抗,三、结构的功能要求,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,。,（,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,。,（,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,。,三、结构的功能要求结构的功能是由其使用要求决定的，具体有如下,四、结构的极限状态,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。,1,、承载能力极限状态,这种极限状态对应于结构或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。,四、结构的极限状态 当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,四、结构的极限状态,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或因过度的塑性变形而不能继续承载,（包括疲劳破坏）；,(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）；,四、结构的极限状态 结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过,四、结构的极限状态,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的某项限定值的状态。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,，如过大的,裂缝宽度,；,（,3,）影响正常使用的,振动,；,（,4,）影响正常使用的,其它特定状态,。,四、结构的极限状态 2.正常使用极限状态,四、结构的极限状态,3.,破坏安全极限状态。,这种极限状态是指,偶然事件造成结构局部破坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。,我国现行,公桥规,规定公路桥涵应进行以下两类极限状态设计：,1,）承载能力极限状态,：对应于桥涵及其构件,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。,2,）正常使用极限状态,：对应于桥涵及其构件达到,正常使用或耐久性的某项限定值的状态,。,四、结构的极限状态 3.破坏安全极限状态。,五、结构安全等级,桥涵结构应根据破坏时可能产生的后果严重与否，区分为一级、二级、三级三个安全等级。,安全,等级,破坏后的,影响程度,结构的,可靠度,建筑物,的类型,一级,很严重,最高,特大桥、大桥、重要中桥、重要小桥,二级,严重,中等,中桥、小桥、重要涵洞、重要挡土墙,三级,不严重,较低,涵洞、挡土墙,五、结构安全等级 桥涵结构应根据破坏时可能产生的后果严重与,六、持久状况承载能力极限状态计算原则,1,、作用效应组合设计值,施加于结构上的几种作用设计值分别引起的效应的组合。,永久作用的分项系数；,汽车荷载分项系数；,第,j,个可变作用效应的分项系数,其它可变作用效应的组合系数,第,i,个永久作用标准值效应,汽车荷载效应的标准值,第,j,个可变荷载作用效应的标准值,六、持久状况承载能力极限状态计算原则 1、作用效应组合设计值,六、持久状况承载能力极限状态计算原则,2,、承载力设计值,用材料强度设计值计算的结构或构件极限承载能力,材料强度设计值；,几何参数设计值。,六、持久状况承载能力极限状态计算原则2、承载力设计值材料强度,六、持久状况承载能力极限状态计算原则,3,、承载能力极限状态设计表达式,桥梁结构重要性系数，,一级、二级、三级分别取,1.1,、,1.0,、,0.9,。,六、持久状况承载能力极限状态计算原则 3、承载能力,七、正常使用极限状态计算原则,正常使用极限状态的计算，采用作用的短期效应组,合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合,的影响，结构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算。,1,抗裂验算,2,裂缝宽度验算,3,挠度验算,七、正常使用极限状态计算原则 正常使用极限状态的计算，,让我们共同进步！,让我们共同进步！,
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