钢筋混凝土设计原理

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1、第三章钢筋混凝土结构设计原理第一节结构设计的极限状态一.结构的功能◆安全性Safety结构在正常施工、正常使用情况下能承受可能出现的各种直接作用和间接作用，如施加的荷载、外加变形、约束变形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）发生时和发生后，结构仍能保持必需的承载力和稳定性，不致发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。◆适用性Serviceability结构在正常使用荷载作用下具有良好的工作性。如不产生影响使用的过大变形或振幅，不发生足以让使用者感到不安的过宽的裂缝等。◆耐久性Durability结构在正常维护条件下应有足够的耐久性。完好使用到设计规定的年限。如，混凝土不发生严重风化、腐蚀

2、、脱落，钢筋不发生锈蚀等。◆结构的可靠性reliability■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。设计基准期：指一个工程结构在正常使用和正常维护条件下，能够满足其可靠度的时间。■结构可靠性越高，建设造价投资越大。■如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。二.结构的极限状态的定义LimitState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，这个特定状态称为该功能的极限状态。能完成预定的各项功能时，结构处于有效状态；反之，则处于失效状态，有

3、效状态和失效状态的分界，称为极限状态，是结构开始失效的标志。a.承载力能力极限状态UltimateLimitState结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。◆构件的截面因强度不足而发生破坏（包括疲劳破坏）◆结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）◆结构塑性变形过大而不适于继续使用◆结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）◆结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）b.正常使用极限状态ServiceabilityLimitState结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使

4、用（吊车）等）；◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；◆过大的振动（影响使用、不舒适）；◆局部损坏。承载力能力极限状态结构的安全性正常使用极限状态结构的适用性和耐久性可靠水平高可靠水平低结构设计程序第二节按概率极限状态设计的基本概念一.结构设计中的不确定性a.恒载g与构件尺寸、材料容重等有关b.活载q的数值是随时在变化的c.计算跨度l的不准确a.材料强度fy和fc的离散b.截面尺寸h0和b的施工误差c.gd的随机性不一定安全（可靠）!g+q虽然设计保证UndeterminedFactorsinDesign定义：使结构产生内力或变形的原因称为“作用”。作用分类直接作用直接作用荷载混凝土收

5、缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原因。结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等通称为作用效应或荷载效应S。Action(Load)Effect二.荷载效应S和结构抗力R结构承受内力和变形的能力（如构件的承载能力、裂缝和变形限值等）称为结构抗力R，取决于材料的强度、截面尺寸及计算模式等。Resistant安全系数法的缺点：没有定量的考虑抗力和荷载效应的随机性，而是靠经验或工程判断的方法确定，带有主观成分。定的高或低依据不充分。以概率理论为基础的极限状态设计法：本质是将荷载效应S及结构抗力R看作是两个随机变量应用概率论和数理统计的理论去研究结构的可靠度。以概率论为基

6、础的设计方法分为三个水准：水准Ⅰ－半经验半概率法；水准Ⅱ－近似概率法；水准Ⅲ－全概率法。三.失效概率失效－指结构或结构的一部分不能满足设计所规定的某一功能要求，即达到或超过了承载能力极限状态或正常使用极限状态中的某一极限。失效概率－指结构结构处于失效状态下的概率pf。结构极限状态函数又称结构功能函数当时，结构已达极限状态，称为极限状态方程。Z=R-S若仅以荷载效应S，结构构件抗力R作为两个基本随机变量，功能函数表示为Probabilityoffailure结构功能的表达(极限状态方程）Z=R-S>0,或SR失效极限状态方程Z=0或

7、R-S=0RSZ<0失效区Z>0可靠区重叠区的大小反映了抗力R和荷载效应S之间的概率关系，即结构的失效概率从结构安全的角度，提高结构构件的抗力R，减小抗力R和荷载效应S的离散程度，可以提高结构的可靠程度，即提高μR－μS，减小σR、σS可使失效概率降低。f(r,s)S，RSRμSμRmR-mS结构处于可靠状态下的概率，称为可靠概率ps，ps=1-pf。标准差σS、σR平均值分别为μS、μRf(Z)bszmzp