文档介绍：结构设计理论和桥梁设计规范
李亚东：《桥梁工程概论》第九章
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第一节 结构设计方法的演进
结构的功能要求
能承受正常施工和使用时可能出现的各种荷载（）
在正常使用期间具有良好的工作性能（适用性）
在使用期内材料不发生严重的损伤（材料耐久性）
在偶然事件发生时，能保持必要的稳定性而不至于彻底破坏（特殊安全性）
可靠性－安全性，适用性，耐久性
可靠度－衡量结构可靠性的指标
安全性与安全度
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第一节 结构设计方法的演进（续）
结构设计的基本内容
作用与作用效应（结构分析）
材料与抗力设计
结构可靠性分析
作用
作用效应
构件抗力
材料
结构可靠性分析
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结构设计方法的演进
基于试验和经验的方法
19世纪中叶之前，结构分析方法还处于萌芽阶段
可以回答构件在破坏时的荷载安全系数K1，即
由于历史条件和认识上的局限，不可能采用试验方法解决所有可能出现的问题
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结构设计方法的演进（续）
容许应力法
传统设计方法（1826年提出），已沿用了100余年
视材料为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在荷载下的应力，要求构件截面上任一点的应力，不超过材料的容许应力[]，即
[]； [] = y / K ；或 [] = b / K ；安全系数K >1
容许应力法为促进桥梁工程的发展作出了巨大贡献
基础：结构分析理论，材料及构件试验，荷载测试
三点不足：
难以仅用容许应力来防止桥梁其它破坏状态的出现
用单一安全系数来考虑不同性质的荷载是不合适的
安全系数主要是凭经验和判断确定的
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结构设计方法的演进（续）
破坏阶段法
20世纪30年代由前苏联学者提出
设计原则－结构构件达到破坏阶段时的设计承载能力不低于荷载产生的构件内力S乘以安全系数K，即
KS R
以截面内力（而不是截面应力）为考察对象
凭计算确定荷载安全系数
具有补充性质，未能自成体系
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极限状态设计法
极限状态的定义和分类
定义（前苏联学者50年代初提出）：若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，则此特定状态称为该功能的极限状态
承载能力（或破坏）极限状态
结构或其一部分作为刚体失去平衡（倾覆、滑移）；
构件或其连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载；
结构转变为机动机构；
结构或其构件丧失稳定（压溃）
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极限状态设计法（续）
极限状态的定义和分类
正常使用（或运营）极限状态
影响正常使用或外观的变形；
影响正常使用或材料耐久性能的局部破坏（包括裂缝）；
影响正常使用的振动；
影响正常使用的其它特定状态
破坏安全极限状态
局部破坏转变为机动体系；
局部破坏结构的关键部位（因材料强度超限）；
局部破坏结构的构件，丧失弹性平衡的稳定性，或作为刚体失稳；
局部破坏构件的一部分或整体，丧失刚体平衡的稳定性
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极限状态设计法（续）
极限状态法的特点
第一次明确提出结构“极限状态”的概念，并规定了各种极限状态及其内涵
将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响
在某些设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法
例子（公路桥规）
d L
只解决了容许应力法的前两点不足
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概率（极限状态）设计法
发展
20世纪2030年代，德国和前苏联学者就曾提出过将概率论用于阐述结构安全性的建议；40年代，美国学者提出了结构失效概率这一概念；50年代，前苏联提出以极限状态法为特征的结构设计规范；70年代，国际标准化组织（ISO）和国际结构安全度联合委员会各自发表了旨在作为范本的基于结构可靠性理论的设计原则；从70年代末起，世界上许多国家均采用结构可靠性理论来指导新一轮结构设计规范的修订。
从70年代后期起，我国土木工程界也逐步开始了结构可靠性理论研究和设计规范修订工作。1992