混凝土结构设计方法

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1、第二章混凝土结构设计方法第二章混凝土结构设计方法◆工程结构的设计需要保证安全、可靠、经济合理◆由于实际工程结构中存在多种不确定性◆结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡。◆结构设计的目的：在现有的技术基础上，用最少的人力和物力消耗，获得能够完成全部功能要求的足够可靠的结构。◆混凝土结构设计方法经历了：容许应力法、破损阶段法、极限状态设计法引言1第二章混凝土结构设计方法◆材料力学中研究的是：单一材料、线弹性、简单结构。◆实际工程结构远比它复杂，如钢筋混凝土梁的受弯，从安

2、全角度考虑，需要确定其极限受弯承载力；而为控制正常使用阶段的裂缝和挠度变形，需要确定带裂缝工作阶段的受力情况。采用容许应力设计方法，无法统一这两方面的要求。◆因此，首先根据工程结构需要满足实际使用的各种要求（结构的功能），对安全可靠有更具体的科学定义。◆另一方面，需要尽可能详细了解结构在不同情况下（施工、使用、破坏）可能受到的各种外界影响（各种荷载、温度变化、沉降、收缩徐变、地震、侵蚀、冻融等）的大小和变化情况。以及结构尺寸、材料强度等的变异情况，以便科学合理的选定结构可靠度。2第二章混凝土结构设计方法2.1结

3、构的功能2.1结构的功能FunctionsofStructure一、结构有功能要求：安全性、适用性、耐久性◆安全性Safety◎在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。◎结构在预定的使用期间内（桥梁结构一般为100年），应能承受在正常施工、正常使用情况下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（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。3第二章混凝土结构设计方法2.1结构的功能◆适用性Serviceability

4、◆耐久性Durability◎结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。4第二章混凝土结构设计方法2.1结构的功能二、结构的可靠性reliability■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。■结构的可靠

5、性就是指结构在规定的时间内（设计基准期，一般为100年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力。■结构的可靠度就是指结构在规定的时间内（设计基准期，一般为100年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的概率〕。■结构可靠性越高，建设造价投资越大。5第二章混凝土结构设计方法2.1结构的功能要求三、设计基准期■结构的可靠性是有时间限制的，并不是无限期的。由于荷载过大或材料性能的改变，以及几何尺寸和

6、构造的变化，任何一个结构使用一定年限后就将逐步破坏。因此，在结构设计时，必须对影响结构使用期限的各种因素给出时间限度，即所谓设计基准期。采用概率极限状态设计，必须明确规定结构设计基准期。〈公路统一标准GB/T50283-1999〉规定，桥梁结构的设计基准期为100年。■设计基准期是设计结构时分析作用(或荷载)和材料等因素变化的时间依据，是结构设计满足功能需要或保证结构可靠性的时间限度，但是它不等于结构实际的使用寿命。当结构实际使用年限超过设计基准期后，并不意味着结构已丧失使用功能而报废，在绝大多数情况下还可以维

7、持使用，只是结构的可靠度比设计时逐渐减小。6第二章混凝土结构设计方法2.1结构的功能■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。■显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。■规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。■设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。■经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用。7第二章混凝土结构设计方法2.2极限状态2.2极限状态

8、及结构的功能表达LimitState◆结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。◆区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”一、极限状态定义：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。8第二章混凝土结构设计方法2.2极限状态1.承载力能力极限状态Ul