工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理講稿

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 一 講,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第一講：緒論（1/12）,一、結(jié)構(gòu)的基本知識二、混凝土結(jié)構(gòu)三、鋼結(jié)構(gòu)四、砌體結(jié)構(gòu)五、本課程特點,第一講：緒論（2/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（1/4）,1、結(jié)構(gòu)的組成 ：由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。2、基本(單元)構(gòu)件 ?板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載； ?梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并傳遞； ?柱：承受

2、樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； ?墻：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞； ?基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基； ?索：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元； ?桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。,第一講：緒論（3/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（2/4）,3、結(jié)構(gòu)的分類?按材料分類 混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu) ?混凝土結(jié)構(gòu)

3、:素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土 纖維筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 ? 砌體結(jié)構(gòu)：包括磚石砌體結(jié)構(gòu)、砌塊砌體結(jié)構(gòu) ? 混合結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu),第一講：緒論（4/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（3/4）,按受力體系分類 ? 框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成； ? 剪力墻結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由墻組成； ? 筒

4、體結(jié)構(gòu)：四周封閉的墻形成筒； ? 塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物； ? 桅式結(jié)構(gòu)：豎立的細(xì)長桅桿和纖繩所組成的構(gòu)筑物； ? 懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)； ? 殼體結(jié)構(gòu):由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)； ? 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過節(jié)點連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)；,第一講：緒論（5/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識（4/4）,? 板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)

5、構(gòu)； ? 墻板結(jié)構(gòu)：由樓板和墻組成承重體系的結(jié)構(gòu)； ? 折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)； ? 充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結(jié)構(gòu)； ? 膜結(jié)構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)；? 按使用功能分類： 建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等? 按照建筑物外形分類： 單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等? 按照施工方法分類：

6、 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu),第一講：緒論（1） 下一講的重要內(nèi)容,1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理；2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理；3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理；4、本課程的特點。,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 二 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第二講：緒論（2） 上一講的主要內(nèi)容,1、結(jié)構(gòu)的組成:基本單元（桿件）2、結(jié)構(gòu)基本單元

7、板、柱、梁、墻、基礎(chǔ)等3、結(jié)構(gòu)的分類 按材料分類：混凝土、鋼、砌體、木和混合結(jié)構(gòu) 按受力體系：框架、剪力墻等多種 按使用功能：建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu) 按外形分類：單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 按施工方法：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu),第二講：緒論（6/12） 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（1/4）,1、結(jié)構(gòu)形成的原理 ? 組 成: 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同

8、發(fā)揮作用。 ? 混凝土：抗壓強(qiáng)度很高，但抗拉強(qiáng)度很低。 ? 鋼 筋：抗拉和抗壓強(qiáng)度均很高。 ? 共同工作的目的 充分發(fā)揮兩種材料的強(qiáng)度優(yōu)勢，取長補(bǔ)短。 ?素混凝土梁的工作特點 ? 開裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受壓， 受拉區(qū)的拉力由混凝土承擔(dān)。 ? 開裂后：梁斷裂。,第二講：緒論（7/12）

9、 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（2/4）,鋼筋混凝土梁如何共同工作 ? 開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)。 ? 開裂后：受拉鋼筋承擔(dān)大了部分拉力，繼續(xù)承擔(dān)荷載， 直至屈服強(qiáng)度，受壓混凝土壓碎，梁破壞。,第二講：緒論（8/12） 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（3/4）,素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比 ? 極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形，開裂即破壞

10、 鋼筋砼梁：有明顯變形，鋼筋屈服，砼壓碎 ? 承載能力：素砼梁：取決于混凝土的抗拉，低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強(qiáng)度，高 ? 抗裂能力：配筋后略有增加，但不顯著? 共同工作的基礎(chǔ) ? 兩者之間存在較好的傳遞應(yīng)力的能力，粘結(jié)力； ? 兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)相近； ? 混凝土對鋼筋的保護(hù)，抗火和耐久性提高。,第二講：緒論（9/12）

11、 二、 混凝土結(jié)構(gòu)（4/4）,2、優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點： ? 耐久性好；?耐火性好；? 可模性好、整體性好。 ? 可就地取材。 ? 缺 點： ?自重大； ?抗裂差； ?施工環(huán)節(jié)多周期長； ?拆除、改造難度大。3、現(xiàn)狀與發(fā)展,第二講：緒論（10/12） 三、 鋼結(jié)構(gòu)（1/1）,1、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成 是用鋼板、角鋼

12、、工字鋼、槽鋼、鋼管和圓鋼等鋼材 通過焊接等有效的連接方式，所形成的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點：? 強(qiáng)度和強(qiáng)度質(zhì)量比高； ? 材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高。 ? 施工簡便、工期短。 ? 延性好、抗震能力強(qiáng)。 ? 易于改造和加固。 ? 缺 點：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價格相對較高。3、現(xiàn)狀與發(fā)展,第二講：緒論（11/12）

13、 四、砌體結(jié)構(gòu) （1/1）,1、砌體結(jié)構(gòu)的組成 砌體結(jié)構(gòu)是用磚、石或砌塊， 用砂漿等膠結(jié)材料砌筑的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點 ? 優(yōu) 點：?耐久性好； ?耐火性好； ?就地取材； ?施工技術(shù)要求低； ?造價低廉。? 缺 點： ?強(qiáng)度低，砂漿與磚石之間的粘接力較弱； ?自重大；?砌筑工作量大，勞動強(qiáng)度高。 ?粘土用量大，不利于

14、持續(xù)發(fā)展。 3、現(xiàn)狀與發(fā)展,第二講：緒論（12/12） 五、本課程特點（1/1）,1、是原理課，應(yīng)突出原理和概念2、基本構(gòu)件由不同材料組成，在了解共性特點的同時， 應(yīng)注意由于組成材料不同而導(dǎo)致的計算方法的不同3、強(qiáng)調(diào)不同材料構(gòu)件的計算原理和方法4、涉及內(nèi)容多，系統(tǒng)性差5、公式多、公式的條件多6、簡化、近似和經(jīng)驗處理多,第二講：緒論（2）

15、下一講的主要內(nèi)容,1、作用及作用效應(yīng) 2、作用的分類 3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 4、荷載的代表值,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 三 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第三講：計算原則（1） 上一講的主要內(nèi)容,1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 發(fā)揮材料優(yōu)勢（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長補(bǔ)短。 是一種復(fù)合材料構(gòu)件

16、，工作過程相對復(fù)雜。2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 單一材料構(gòu)件，材料理想，工作原理簡單。3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 用砂漿等膠結(jié)材料把磚、石或砌塊等砌筑成一體的結(jié)構(gòu)。 是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過程相對復(fù)雜。,第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則 （1/28）,一、結(jié)構(gòu)上的作用二、結(jié)構(gòu)的抗力三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)四、設(shè)計的基本原則五、基于近似概率法的設(shè)計表達(dá)式六、本章要點,第三講：計算原則（2/28）

17、 一、結(jié)構(gòu)上的作用 （1/5）,1、作用及作用效應(yīng) (1)作 用 引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。 ?直接作用：直接以力的不同集結(jié)形式作用于結(jié)構(gòu)， 也稱為荷載； ?間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。 (2)作用效應(yīng) 作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。 ?由直接作用(荷載)引起的效應(yīng)稱為荷載

18、效應(yīng)。,第三講：計算原則（3/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5）,2、作用的分類 (1)按照隨時間的變異性分類 ?永久作用：不隨時間變化，或變化幅度可以忽略； ?可變作用：隨時間變化，且變化幅度不可以忽略； ?偶然作用：可能，但不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)效應(yīng)很大。 (2)按照隨位置的變異性分類 ?固定作用：在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布； ?可動作用：在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(nèi)

19、可以任意分布。 (3)按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類： ?靜態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略； ?動態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。,第三講：計算原則（4/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5）,3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 (1)永久荷載 ?性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化 ?數(shù)學(xué)描述：隨機(jī)變量概率模式，基本服從正態(tài)分布 (2)可變荷載 ?性質(zhì)：其量值是不

20、確定的，其量值也隨時間變化 ?數(shù)學(xué)描述：把隨機(jī)過程模式簡化成隨機(jī)變量模式 ?簡化方法：分析荷載最大值分布規(guī)律，是一隨機(jī)變量 ?分布規(guī)律：極值I型概率分布模式,第三講：計算原則（5/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5）,4 荷載的代表值 (1)實質(zhì)：以確定值（代表值）表達(dá)不確定的隨機(jī)變量， 便于設(shè)計時，定量描述和運算。 (2) 取值原則：根據(jù)荷載概率分布

21、特征, 控制保證率。,第三講：計算原則（6/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（5/5）,(2) 代表值取值 ?永久荷載的代表值 ?標(biāo)準(zhǔn)值：取分布的平均值，保證率50%； ?可變荷載的代表值 ?標(biāo)準(zhǔn)值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一； ?準(zhǔn)永久值：對可變荷載穩(wěn)定性的描述， 等于標(biāo)準(zhǔn)值乘準(zhǔn)永久值系數(shù)；  ?組合值：兩種或（以上

22、）可變荷載作用時，都以標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)的概率小，因此對標(biāo)準(zhǔn)值乘以組合系數(shù)進(jìn)行折減。,第三講：計算原則（1） 下一講的主要內(nèi)容,1、抗力的不定因素及取值2、結(jié)構(gòu)的功能3、極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 四 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第四講：計算原則（2） 上一講的主要內(nèi)容,1、作用及作用效應(yīng) 作 用：引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。 作用效應(yīng)

23、：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。2、作用的分類 按時間分：永久作用；可變作用；偶然作用。 按位置分：固定作用、可動作用。 按反應(yīng)分：靜態(tài)作用、動態(tài)作用：3、荷載的隨機(jī)性及代表值 目的：以確定值（代表值）表達(dá)不確定的隨機(jī)變量； 種類： 標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、 組合值。,第四講：計算原則（7/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力 （1/2）,1、抗力及其不定因素 ?抗力：抵抗作用效應(yīng)的能

24、力 ?性質(zhì)：與時間有關(guān)的隨機(jī)過程 ?材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機(jī)變量； ?有些材料的力學(xué)性能是隨時間變化的。 ?簡化：忽略隨時間的變化，用隨機(jī)變量模型描述。 ?抗力不定性主要因素： ?材料性能的不定性 ?幾參數(shù)的不定性 ?計算模式的不定性,第四講：計算原則（8/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力

25、（2/2）,2、 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 (1)實質(zhì)：以確定值（標(biāo)準(zhǔn)值）表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)值取值：根據(jù)材料強(qiáng)度概率分布的0.05分位值， 即95%保證率的要求確定。3、抗力的概率分布模式 (假設(shè))對數(shù)正態(tài)分布,第四講：計算原則（9/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（1/2）,1、結(jié)構(gòu)的功能（1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔(dān)正常施工和正常使用條件下

26、，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā)生時以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。（2）適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時滿足正常的要求，具 有良好的工作性能。（3）耐久性 要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護(hù)下，在規(guī)定的使 用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如 材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限

27、制等。,第四講：計算原則（10/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（2/2）,2、極限狀態(tài) (1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的 標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的狀態(tài)。(2)分類： ?承載能力極限狀態(tài) 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu) 構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形。 ?正常使用極限狀態(tài)： 是判別結(jié)構(gòu)是

28、否滿足正常使用和耐久性要求的標(biāo)準(zhǔn)， 指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。,第四講：計算原則（2） 下一講的主要內(nèi)容,1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)可靠度的概念,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 五 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第五講：計算原則（3） 上一講的主要內(nèi)容,1、抗力及其不定因素及材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 標(biāo)準(zhǔn)值的實質(zhì)：以確定值表達(dá)

29、不確定值，便于應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)值取值：具有95%保證率的強(qiáng)度值。2、結(jié)構(gòu)的功能 安全性、適用性和耐久性3、極限狀態(tài) 目的：判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足功能要求； 分類： 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。,,第五講：計算原則（11/28） 四、設(shè)計計算原則（1/11）,1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程 (1) 功能函數(shù) Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)

30、(2) 結(jié)果分析 ?Z=R-S>0：處于可靠狀態(tài)； ?Z=R-S0 ?問題：R和S為隨機(jī)變量，功能函數(shù)值Z是隨機(jī)變量 絕對保證R大于S不可能！,,,第五講：計算原則（12/28） 四、設(shè)計計算原則（2/11）,?解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下： R>S 允許極少數(shù)情況下：R

31、<S(2)結(jié)構(gòu)可靠度和失效概率 ?可靠度(可靠概率)：是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的 條件下，完成預(yù)定功能的概率，以Ps表示。 ?失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，以Pf表示。,,第五講：計算原則（13/28） 四、設(shè)計計算原則（3/11）,(3)可靠度三個水準(zhǔn) ?水準(zhǔn)I：是用隨機(jī)變量的一階矩（平均值）加以概括; ?水準(zhǔn)II：用隨機(jī)變量

32、的一階矩和二階矩來描述; ?水準(zhǔn)III：也稱為全概率法，是以真實分布進(jìn)行計算。,第五講：計算原則（3） 下一講的主要內(nèi)容,1、可靠性的計算及可靠指標(biāo),結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 六 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第六講：計算原則（4） 上一講的主要內(nèi)容,1、功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 Z=R-S2、結(jié)構(gòu)可靠性概念 功能函數(shù)值Z可能

33、0（可靠）。 因此要用概率控制。3、可靠概率和失效概率4、可靠度的水準(zhǔn)：I、II、III,,,,第六講：計算原則（14/28） 四、設(shè)計計算原則（4/11）,3、可靠度的計算方法及可靠指標(biāo)(1)可靠指標(biāo) ?簡單分析：假設(shè)只有兩個隨機(jī)變量R和S ，相互獨立， 均服從正態(tài)分布，已知平均值和均方差。 ?功能函數(shù)Z:,,,,,第六講：計算原則（15/28）

34、 四、設(shè)計計算原則（5/11 ）,?計算結(jié)構(gòu)失效概率 ?進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得（把Z由正態(tài)分布變換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布）?定義可靠度指標(biāo)：則：,第六講：計算原則（16/28） 四、設(shè)計計算原則（6 /11 ）,?分析： ?可靠指標(biāo)與可靠度（失效概率）相關(guān)，可靠指標(biāo)越大， 結(jié)構(gòu)越可靠；可靠指標(biāo)越小，結(jié)構(gòu)越不可靠。 ?優(yōu)點：用統(tǒng)計特征值來

35、反映可靠度，不直接用概率。?可靠度指標(biāo)取值 ?確定方法：校核法、類比法協(xié)商給定法 ?取 值：與安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)： 安全等級越高，可靠指標(biāo)越大（0.5）； 脆性破壞高于延性破壞（0.5）； 承載力極限狀態(tài)高于正常使用極限狀態(tài)。,第六講：計算原則（4）

36、 下一講的主要內(nèi)容,1、可靠指標(biāo)的計算方法-中心點法,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 七 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第七講：計算原則（5） 上一講的主要內(nèi)容,1、可靠概率和失效概率的計算用數(shù)學(xué)方法可以計算但計算工作量大。2、可靠指標(biāo)的定義及計算 取值：安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān),,,第七講：計算原則（17/28）

37、四、設(shè)計計算原則（7/11）,(2)計算方法之一：中心點法 ?假設(shè)：Z中所有隨機(jī)量是相互獨立的，均服從正態(tài)分布 將Z在平均值處按泰勒級數(shù)展開，忽略二次以上項 ?確定Z的特征值 ?求可靠指標(biāo)?適用條件：基本變量的正態(tài)分布；功能函數(shù)是線性的。?特點：直接用特征值；概念清楚，應(yīng)用簡便；誤

38、差較大。,,,,,,,,,,,,,第七講：計算原則（18/28） 四、設(shè)計計算原則（8/11）,例題：某軸心受壓短柱，按中心點法求構(gòu)件可靠指標(biāo)已知：抗壓承載力： 恒載產(chǎn)生的壓力： 活載產(chǎn)生的軸向壓力：?建立功能函數(shù): ?求Z的特征值：

39、 ?求可靠指標(biāo),,,,,,,,,,第七講：計算原則（19/28） 四、設(shè)計計算原則（9/11）,例題：上題中，要求可靠指標(biāo)3.7，在其它條件不變的條件下,用中心點法求該柱應(yīng)具有的承載能力平均值。 ?建立功能函數(shù) ?求Z的特征值?求可靠指標(biāo) ?承載能力平均值,第七講：計算原則（4） 下一講的主要內(nèi)容,1、可靠指標(biāo)的計算方法-驗算

40、點法,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 八 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第八講：計算原則（6） 上一講的主要內(nèi)容,1、中心點法的原理 假設(shè)基本變量均符合正態(tài)分布，功能函數(shù)是線性方程； 利用按泰勒級數(shù)展開（忽略二次及以上項） 經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可靠指標(biāo)可以直接用平均值和均方差表示；2、中心點法的特點 直接用變量的特征值計算； 概念清楚，應(yīng)用簡便； 計算結(jié)果

41、誤差較大。,,,,,,,第八講：計算原則（20/28） 四、設(shè)計計算原則（10/11）,(3)計算方法之二： 驗算點法介紹?中心點法的缺陷：非正態(tài)分布？非線形方程？誤差！?處理辦法：對中心點法進(jìn)行了改進(jìn)?簡單分析：僅考慮兩個相互獨立的正態(tài)分布變量R和S 極限狀態(tài)方程為：標(biāo)準(zhǔn)化變換，令以 和 表述的極限狀態(tài),,,第八講：計算原則（21/28） 四、設(shè)計計算原則（11

42、/11）,即：?可靠指標(biāo)的實質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點到極限狀態(tài)方程直線的最短距離。?驗算點定義：P點 ?非正態(tài)變量的當(dāng)量正態(tài)化原則 ?在驗算點處，當(dāng)量前后分布函數(shù)值相等；當(dāng)量前后概率密度函數(shù)值相等。,第八講：計算原則（6） 下一講的主要內(nèi)容,1、近似概率的設(shè)計表達(dá)式,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 九 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第九講：計算原則（7）

43、 上一講的主要內(nèi)容,1、驗算點法的原理 是對中心點法的修正： 對非正態(tài)變量等效正態(tài)化； 通過數(shù)學(xué)變化尋找驗算點；2、驗算點法的特點 計算結(jié)果比較準(zhǔn)確； 計算復(fù)雜，與隨機(jī)變量的分布有關(guān)； 當(dāng)隨機(jī)變量為正態(tài)分布，功能函數(shù)是線形方程時，計算 結(jié)果和中心點法相同。,,第九講：計算原則（22/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式

44、(1/6),1、一般方法(1)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計需要解決的問題： ?理論模式問題：失效標(biāo)準(zhǔn)、概率模式和計算方法等。 ?社會認(rèn)同問題：設(shè)計可靠指標(biāo)的取值能否被社會接受。 ?應(yīng)用方法問題：所采用的設(shè)計表達(dá)式的形式問題。(2)安全系數(shù)法簡單示例： ?設(shè)Z只有兩個獨立的正態(tài)變量R和S，根據(jù)定義 得：,,,,,,第九講：計算原則（23/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(2/6),即解得：

45、?定義安全系數(shù)：則： ?安全系數(shù)法設(shè)計表達(dá)式：,,,,,,,第九講：計算原則（24/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(3/6),(3)分項系數(shù)法簡單示例?當(dāng)功能函數(shù)有兩個隨機(jī)變量R和S時整理可得：以標(biāo)準(zhǔn)值代入整理得： ?當(dāng)功能函數(shù)有三個隨機(jī)變量R和SG和SQ時整理可得以標(biāo)準(zhǔn)值代入: ?分項系數(shù)法設(shè)計表達(dá)式,第九講：計算原則（7） 下一講的主要內(nèi)容,1、現(xiàn)行

46、設(shè)計表達(dá)式,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 十 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,第十講：計算原則（8） 上一講的主要內(nèi)容,1、安全系數(shù)法經(jīng)過變化設(shè)計表達(dá)式可以表示成： 安全系數(shù)K與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān)2、分項系數(shù)法經(jīng)過變化設(shè)計表達(dá)式可以表示成：分項系數(shù)法與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān)。,,,第十講：計算原則（25/28） 五、近似

47、概率法設(shè)計表達(dá)式(4/6),2、我國現(xiàn)行規(guī)范采用的基本設(shè)計表達(dá)式 (1)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式 ?組合情況： ?基本組合：永久荷載和最大的可變荷載以標(biāo)準(zhǔn)值作為 代表值，其它可變荷載以組合值為代表值。 ?偶然組合 ?基本組合承載能力設(shè)計采用下列設(shè)計表達(dá)式：,,,,,第十講：計算原則（26/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(5/6),(

48、2)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式?組合情況： ?短期效應(yīng)組合 ?長期效應(yīng)組合?在作用的短期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達(dá)式：?在作用的長期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達(dá)式：,,,,,,,第十講：計算原則（27/28） 五、近似概率法設(shè)計表達(dá)式(6/6),3、分項系數(shù)的確定(1)確定的原則：以驗算點法為基礎(chǔ)(2)方 法： ?在驗算點處將極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為分項系數(shù)表達(dá)的方程

49、 ?對于驗算點法 ?對于分項系數(shù)法 ?等價求分項系數(shù)。 ?確定原則：?對不同材料、荷載和結(jié)構(gòu)，取統(tǒng)一值； ?在各項標(biāo)準(zhǔn)值等給定的前提下，誤差最小。 (3)優(yōu)化結(jié)果 ?荷載分項系數(shù) =1.2, =1.4 ?結(jié)構(gòu)抗力分項系數(shù) :進(jìn)一步分離成材料強(qiáng)度分項系數(shù) ?結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) =1.1,1.0, 0.9,第十講：計算

50、原則（28/28） 本章要點（1/1）,1、了解結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性；2、掌握荷載、材料強(qiáng)度的代表值；3、掌握結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)等基本概念；4、理解結(jié)構(gòu)可靠性的概念和原理，掌握可靠度指標(biāo)概念和取值；5、了解可靠性設(shè)計的一般設(shè)計方法和設(shè)計基本表達(dá)式；6、掌握以概率為基礎(chǔ)的分項系數(shù)設(shè)計表達(dá)式；7、理解分項系數(shù)的概念，熟悉分項系數(shù)的種類和取值。,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,

51、第 十 一 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第11講：材料的性能(1/34) 內(nèi)容提要,一、鋼材的物理力學(xué)性能二、混凝土的物理力學(xué)性能三、砌體的材料及力學(xué)性能四、本章要點,第11講：材料的性能(2/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（1/13）,1、簡單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 ?曲線形式： ?有明顯流幅的： 彈性、屈服、強(qiáng)

52、化和頸縮階段 ?沒有明顯流幅的： 沒有明顯的屈服階段 ?曲線簡化：屈服前：完全彈性的；屈服后：完全塑性的。,第11講：材料的性能(3/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（2/13）,(2)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)?屈服強(qiáng)度：設(shè)計時鋼材允許達(dá)到的最大應(yīng)力 ?有明顯流幅的鋼材：取屈服點的應(yīng)力； ?無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 ?條件屈服強(qiáng)度：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對應(yīng)的應(yīng)力。?極限強(qiáng)度：材料能承受的

53、最大應(yīng)力反映安全儲備?屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度 (3)鋼材的塑性指標(biāo)?伸長率：拉斷后構(gòu)件伸長率?截面收縮率：拉斷后面積縮小率 ?冷彎性能：以冷彎的角度來衡量,第11講：材料的性能(4/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（3/13）,2、復(fù)雜應(yīng)力下鋼材的性能(1)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件?判別方法：用能量理論建立屈服條件，用折算應(yīng)力判別 ?當(dāng) 時，鋼材沒有屈服 ?當(dāng)

54、 時，鋼材屈服。?折算應(yīng)力 ?以主應(yīng)力表示： ?以應(yīng)力分量表示,,,,,第11講：材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13）,?分析結(jié)果： ?主應(yīng)力同號時，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 ?主應(yīng)力異號時，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 ?疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 ?疲勞破

55、壞特點： ? 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程 ? 沒有明顯的變形，脆性破壞,第11講：材料的性能（1） 下一講的主要內(nèi)容,1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞2、影響鋼材性能的一般因素,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,第 十二 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第12講：材料的性能（2） 上一講的主要內(nèi)容,1、鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 有明

56、顯流幅的鋼材和沒有明顯流幅的鋼材2、鋼材的強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和屈強(qiáng)比3、鋼材的塑性指標(biāo) 伸長率、截面收縮率和冷彎性能4、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件,第12講：材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13）,?分析結(jié)果： ?主應(yīng)力同號時，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 ?主應(yīng)力異號時，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)

57、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 ?疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 ?疲勞破壞特點： ? 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程 ? 沒有明顯的變形，脆性破壞,第12講：材料的性能(6/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（5/13）,?影響因素： ?荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等 ?應(yīng)力循環(huán)特征：(應(yīng)力比 ) 靜載（=1） 同號循環(huán)（>0）

58、脈沖循環(huán)(=0) 異號循環(huán)(<0) 完全對稱循環(huán)（-1） ?循環(huán)次數(shù): 應(yīng)力比一定時， 疲勞強(qiáng)度與荷載的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。,,第12講：材料的性能(7/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（6/13）,?疲勞極限：當(dāng)最大應(yīng)力小于某一數(shù)值， 反復(fù)荷載循環(huán)無窮次，材料也不會破壞。 ?疲勞曲線(試驗結(jié)果) ?循環(huán)N次 ?包絡(luò)線ABCD?簡化疲勞曲線 ABCD的方

59、程 BCD(拉為主) AB(壓為主),,,第12講：材料的性能(8/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（7/13）,3 影響鋼材性能的一般因素(1)化學(xué)成分 ?碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。 ?錳：提高強(qiáng)度，改善脆性；但對可焊性和耐銹力不利。 ?硅：提高強(qiáng)度，但含量過高，對塑性可焊性耐銹力不利。 ?硫：高溫時變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力。 ?磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低

60、塑性可焊性等。 (2)鋼材缺陷 ?偏析:鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性 ?裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的 ?分層：在厚度方向分成多層，各層相互連接，并不脫離 ?夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等,第12講：材料的性能（2） 下一講的主要內(nèi)容,1、鋼材的硬化性能2、溫度對鋼材性能的影響3、鋼材的應(yīng)力集中問題4、鋼材的分類5、土木結(jié)構(gòu)對鋼材的要求。,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,,

61、第 十三 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第13講：材料的性能（3） 上一講的主要內(nèi)容,1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 影響因素：應(yīng)力循環(huán)特征、循環(huán)次數(shù) 疲勞破壞、疲勞極限、疲勞強(qiáng)度和疲勞曲線2、化學(xué)成分對鋼材性能的影響3、鋼材缺陷對鋼材性能的影響,第13講：材料的性能(9/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（8/13）,(3)鋼材的硬化?時效硬化：?現(xiàn)象：時

62、間增加，強(qiáng)度提高，塑性下降。 ?特點：過程很長，反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生。?冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形后屈服點提高，塑性降低。?應(yīng)變時效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn) 生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化。,第13講：材料的性能(10/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（9/13）,(4)溫度 ?在正常溫度下：基本不隨溫度變化 ?在高溫度下：溫度升高

63、，強(qiáng)度、彈性模量均有下降趨勢 ?藍(lán)脆現(xiàn)象：250℃左右，抗拉強(qiáng)度反而提高， 塑性和韌性下降。 ?在低溫時：溫度降低，強(qiáng)度略提高， 塑性等下降，有脆性傾向。 ?冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時， 材料變脆。,第13講：材料的性能(11/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（10/13）,(5)應(yīng)力集中 ?現(xiàn)象：當(dāng)

64、構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時，應(yīng)力分布 不均勻，出現(xiàn)局部高峰應(yīng)力，促使鋼材變脆。? 影響因素：截面變化愈劇烈，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈明顯。,第13講：材料的性能(12/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（11/13）,4、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求及鋼材的分類(1)結(jié)構(gòu)對鋼材的要求 ?具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度； ?具有良好的塑性和韌性 ?具有良好的工藝加工性能； ?良好的耐銹蝕能力 ?

65、與混凝土良好的粘結(jié)力(2)鋼材的選擇： ?結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的類型及重要性； ? 作用的性質(zhì)（靜力和動力作用）； ? 連接方式（焊接、鉚接或螺栓連接）； ?工作環(huán)境（溫度和腐蝕等）。,第13講：材料的性能(13/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（12/13）,(3)結(jié)構(gòu)用鋼材的分類 ?碳素鋼： ?強(qiáng)度等級：按屈服強(qiáng)度分五個品種，Q195~Q275。 ?質(zhì)量等級：A、B、C、D四級，對沖擊韌性要求不

66、同 ?脫氧方式：鎮(zhèn)靜、半鎮(zhèn)靜、沸騰和特殊鎮(zhèn)靜，用ZbF和TZ?示例：Q235Bb表示屈服強(qiáng)度為235，B級半鎮(zhèn)靜鋼 ?低合金鋼： ?強(qiáng)度等級：按屈服強(qiáng)度分五個品種，Q295~Q460。 ?質(zhì)量等級：A、B、C、D、E五級，對沖擊韌性要求不同 ?脫氧方式：鎮(zhèn)靜和特殊鎮(zhèn)靜鋼 ?熱處理鋼,第13講：材料的性能(14/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（13/13）,(4)鋼材的規(guī)格?鋼板：以“―寬度厚度長度”或

67、“―寬度厚度”表示?型鋼：?角鋼：等邊“L肢寬厚度”；不等邊“L長肢寬短肢寬厚度” ?工字鋼：普通工字鋼以I+截面的高度；輕型工字鋼前面加Q ?槽鋼：有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，用截面的高度編號 ?H型鋼：熱扎和焊接兩種，“高度*寬度*腹板厚度*翼緣厚度” ?鋼管：有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管。以“φ外徑壁厚”表示?薄壁型鋼：用薄鋼板冷軋而成，形式及尺寸可以變化。?鋼筋 ?按照表面

68、形狀：有光面鋼筋和變形鋼筋 ?鋼筋種類： 熱軋鋼筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三級，符號+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絲：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕鋼絲三種，符號+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絞線：多根鋼絲絞合制成?！唉?股數(shù)公稱直徑”表示 熱處理鋼筋：φHT+鋼筋表示,第13講：材料的性能（3） 下一講的主要內(nèi)容,1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2、簡單受力下混凝土的強(qiáng)度,東