概率极限状态设计法.ppt

第9章概率极限状态设计法 9 1结构设计的目标和原则9 1 1结构的极限状态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 如内力 变形 裂缝等超过相应规定的标志为依据 极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态 1 承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形 可理解为结构或构件发挥允许的最大承载功能的状态 当结构或构件出现下列状态之一时 应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 2 结构构件或连接因超过材料强度而破坏 或因过度变形而不适于继续承载 3 结构转变为机动体系 4 结构或结构构件丧失稳定 5 地基丧失承载能力而破坏 2 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值 有下列状态之一时 即认为超过了正常使用极限状态 1 影响正常使用的外观或变形 2 影响正常使用或耐久性的局部损坏 3 影响正常使用的振动 4 影响正常使用的其他特定状态 可以理解为结构或构件达到使用功能上允许的某个限值状态 9 1 2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是根据结构破坏造成的后果 即危害人的生命 造成经济损失 产生社会影响的严重程度划分 建筑结构可靠度设计统一标准 将建筑结构安全等级划分为三级 高耸结构的安全等级 1 对于特殊的高耸结构 其安全等级可根据具体情况另行确定 2 结构构件的安全等级宜采用与整个结构相应的安全等级 对部分构件可按具体情况调整其安全等级 2 设计基准期和设计使用年限设计基准期 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 T 50年 设计使用年限 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期 是房屋建筑在正常设计 正常施工 正常使用和维护下所应达到的使用年限 结构可靠度与结构的使用年限长短有关 当结构的使用年限超过设计使用年限后 结构失效概率可能较设计预期增大 3 设计状况设计状况代表一定时段的一组物理条件 设计应做到结构在该时段内不超越有关的极限状况 1 持久状况 在结构使用过程中一定出现 其持续时间很长的状况 持续期一般与设计使用年限为同一数量级 2 短暂状况 在结构施工和使用过程中出现概率很大 而与设计使用年限相比 持续期很短的状况 如施工和维修 3 偶然状况 在结构使用过程中出现概率很小 且持续期很短的状况 如火灾 爆炸 撞击等 对于不同的设计状况 可采用不同的结构体系 可靠度标准和基本变量的设计值进行可靠度验算 1 对于三种设计状况均应进行承载力极限状态设计 2 对持久状况 尚应进行正常使用极限状态设计 3 对短暂状况 可根据需要进行正常使用极限状态设计 9 1 3结构构件的目标可靠指标设计可靠指标是设计规范规定的作为设计依据的可靠指标 它代表了设计所预期达到的结构可靠度 一般需要考虑以下四个因素 1 公众心理 2 结构重要性 3 结构破坏性质 4 社会经济承受力 1 确定设计可靠指标的方法1 类比法 协商给定法 参照人们在日常活动中所经历的各种风险 确定一个为公众所能接受的失效概率 建筑结构的年失效概率为1 10 5 大致相对于房屋在设计基准期50年内的失效概率为 5 10 4 当功能函数为正态分布时 相当于可靠指标为3 29 2 校准法通过结构可靠度分析理论对传统设计方法所具有的可靠度进行分析 以结构传统设计方法的可靠度水平作为结构概率可靠度设计方法的目标可靠度 我国 加拿大 美国 欧洲等一些国家也采用此法 2 结构构件设计的目标可靠指标1 承载能力极限状态的可靠指标 采用校准法 延性破坏 破坏前有明显变形 脆性破坏 破坏前无明显变形 2 正常使用极限状态下的可靠指标根据结构效应的可逆程度选取0 1 5 可逆程度较高的结构构件取较低值 可逆程度较低的结构构件取较高值 不可逆极限状态 产生超越状态的作用被移掉后 仍将永久保持超越状态的一种极限状态 可逆极限状态 产生超越状态的作用被移掉后 将不再保持超越状态的一种极限状态 ISO2394规定 可逆正常使用极限状态的可靠指标取为0不可逆正常使用极限状态的可靠指标取为1 5 9 2直接概率设计法9 2 1一般概念使所设计结构的可靠度满足某个规定的概率值 即失效概率Pf在规定的时间段内不应超过规定值P0 设计表达式为 主要应用 1 根据规定的可靠度 校准分项系数模式中的分项系数 2 在特定情况下 直接设计某些重要的工程 3 对不同设计条件下的结构可靠度进行一致性对比 9 2 2直接概率法的基本思路两个随机变量R和S的情况 但实际问题远比这种情况复杂 直接概率法的设计准则在基本概念上比较合理 可以给出可靠度的定量概念 但计算过程比较复杂 而且需要掌握足够的实测数据 但由于有很多影响因素的不定性尚不能统计 因此目前除重要工程结构 如核反应堆 海上采油平台 大坝等 宜采用直接概率法 对于大多数一般性工程结构 均采用可靠度间接设计法 9 3基于分项系数表达的概率极限状态设计法9 3 2现行规范给出的极限状态设计表达式为了使所设计的结构构件在不同情况下具有比较一致的可靠度 设计中采用了多个分项系数的极限状态设计表达式 建筑结构设计时 对所考虑的极限状态 应采用相应的结构作用效应最不利组合 一 承载能力极限状态表达式基本组合 0 结构重要性系数 其值按建筑安全等级为一级 二级 三级分别取1 1 1 0 0 9 大致与各级安全指标 值相差0 5S 荷载效应基本组合设计值 R 结构构件的抗力设计值 偶然组合是指一种偶然作用与其他可变荷载的组合 偶然作用发生的概率很小 持续时间短 但对结构可能造成较大的损害 从安全和经济两方面考虑 所采用的可靠指标值允许比基本组合有所降低 二 正常使用极限状态的设计表达式根据不同设计目的 结构构件应分别采用荷载效应标准组合 频遇组合和准永久组合 并按下式进行设计 9 3 3各分项系数确定原则和方法1 荷载分项系数 G和 Q荷载分项系数确定的原则 在各项标准值已给定的情况下 要选取一组分项系数 使按极限状态设计表达式设计的各种结构的可靠指标 与规定的设计可靠指标 0之间在总体上误差最小 当永久荷载效应对结构构件的承载力不利时 取 G为1 2 对以永久荷载为主的结构的组合 取1 35 当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时 不应大于1 0 可变荷载分项系数在一般情况下取1 4 2 结构构件抗力分项系数 R对于一组给定的荷载分项系数 根据统一的可靠度指标 确定抗力分项系数 混凝土设计规范将 R转化为混凝土强度分项系数 c和钢筋强度分项系数 s 在分析计算公式的不定性 以确定构件承载力计算公式中的系数 9 3 4设计表达式的安全度水准