文档介绍：第10章 概率极限状态设计法
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结构设计的目标
直接概率设计法
概率极限状态的实用设计表达式
思考题
习题
本章内容
一、设计要求
《建筑结构可靠度设计统一标准》用结构的安全等级来表示房屋的重要性,将建筑结构安全等级划分为三级,如表10-1所示。而《高耸结构设计规范》(GBJ139—1990)则将高耸结构安全等级划分为两级,如表10-2所示。
结构设计的目标
安全等级
破坏后果
建筑物类型
一级
很严重
重要建筑
二级
严重
一般工业与民用建筑
三级
不严重
次要建筑物
表10-1 建筑结构安全等级
安全等级
高耸结构类型
结构破坏后果
一级
重要的高耸结构类型
很严重
二级
一般的高耸结构类型
严重
表10-2 高耸结构的安全等级
设计的适用性要求指的是结构在正常使用时应具有良好的工作性能,如不发生过大的变形或过宽的裂缝等,以及不产生影响正常使用的振动等。
3. 耐久性要求
所谓耐久性要求指的是结构在正常维护下,具有足够的耐久性能,不发生钢筋锈蚀和混凝土严重风化等现象。而耐久性设计就是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计,主要解决环境作用与材料抵抗环境作用能力的问题。要求在规定的设计使用年限内,结构能够在自然和人为环境的化学和物理作用下,不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等耐久性问题,所以还要掌握设计基准期和设计使用年限的概念。
设计基准期就是指结构设计时,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。例如:现行的建筑结构设计规范中的荷载统计参数是按设计基准期为50年确定的,桥梁结构为100年,水泥混凝土路面结构不大于30年,沥青混凝土路面结构不大于15年。
结构设计的目标
设计使用年限指结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限,在这个年限内,结构只需要进行正常的维护而不需要进行大修就能够按预期目的使用。如果达不到这个年限,则意味着在设计、施工、使用和维护的某一环节上出现了不正常情况,应查找原因。
结构的可靠度或失效概率与结构的使用年限长短有关。当结构的实际使用年限超过设计使用年限后,结构失效概率将会比设计时的预期值增大,但并不意味着该结构立即丧失功能或报废。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的各类建筑结构设计使用年限见表10-3。
表10-3 建筑结构设计使用年限分类
结构设计的目标
类别
设计使用年限/年
示例
1
5
临时性结构
2
25
易于替换的结构构件
3
50
普通房屋和构造物
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
目标可靠指标[β]的确定应遵循下面几个原则。
(1) 建立在对原规范类比法或校准的基础上,运用近似概率法对原有各类结构设计规范所设计的各种构件进行分析,反算出原规范在各种情况下相应的可靠指标β。然后,在统计分析的基础上,针对不同情况作适当调整,确定合理且统一的目标可靠指标[β]。
(2) [β]与结构安全等级有关。安全等级要求愈高,目标可靠指标就应该愈大。
(3) [β]与结构破坏性质有关。延性破坏结构的目标可靠指标可稍低于脆性破坏结构的目标可靠指标。因为延性破坏的构件在破坏前有明显的预兆,如构件的裂缝过宽,变形较大等,破坏过程较缓慢。属于延性破坏的有钢筋混凝土受拉、受弯等构件,而脆性破坏则带有突发的性质。构件在破坏前无明显的预兆,一旦破坏,其承载力急剧降低甚至断裂,例如轴心受压、受剪、受扭等构件。
(4) [β]与不同的极限状态有关。承载能力极限状态下的目标可靠指标应高于正常使用极限状态下的目标可靠指标。因为承载能力极限状态是关系到结构构件是否安全的根本问题,而正常使用极限状态的验算则是在满足承载能力极限状态的前提下进行的,只影响到结构构件的正常适用性。
结构设计的目标
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)和《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283—1999)根据结构的安全等级和破坏类型,在“校准法”的基础上,规定了承载能力极限状态设计时的目标可靠指标[β]值,如表10-4、表10-5和表10-6所示。表中规定的[β]值是各类材料结构设计规范应采用的最低[β]值。
表10-4 建筑结构承载能力极限状态的目标可靠指标[β]值
结构设计的目标
破坏类型
安全等级
一级
二级
三级
延性破坏
脆性破坏
表10-5 公路桥梁结构承载能力极限状态的目标可靠指标[β]值
破坏类型
安全等级
一级
二级
三级
延性破坏
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