设计方法 The Design Methods
结构的可靠性
结构设计就是实现可靠性
与经济性的最佳平衡
适用性
安全性
耐久性
结构极限状态 (Limit State)
定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设 计规定的某一功能要求，则此特定状态为该功能的极限状态。
承载能力极限状态
正常使用极限状态
2009年6月27日6时左右，上海 闵行区莲花南路罗阳路口一幢13 层在建商品楼发生倒塌事故
上海楼房倒塌由三大原因所致 2009年06月29日06:01 华龙网-重庆晨报
堆土过多致侧面受力 古河道淤积层被掏空 违反程序野蛮施工
正常使用极限状态(Serviceability Limit State)
《营造法式》
北宋：李诫在两浙工匠喻皓的《木经》的基础上编成的。官 方颁布的一部建筑设计、施工的规范书， 我国古代最完整的 建筑技术书籍
容许应力法
在规定的标准荷载下，按弹性理论计算得到的构件截面任一 点的应力不大于容许应力值
≤[]=f/K
f—结构材料的极限应力(强度)，由实验而定；
K—安全系数，根据工程经验主观判断
第二章 结构按极限状态法设计计算的原则
设计 预定的作用 + 材料的性能
功能要求 截面尺寸，配筋及构造要求
目录
1. 结构设计方法的发展 2. 概率极限状态设计法的基本概念 3. 我国公路桥涵设计规范的计算原则 4. 材料强度的取值 5. 作用的代表值和作用效应组合
1.结构设计方法的发展
• 经验承载力法：《营造法式》 • 容许应力法 • 破损阶段法 • 极限状态设计法 • 以概率论为基础的极限状态设计法
2. 概率极限状态设计法的基本概念
➢可靠度 ➢结构极限状态 ➢失效概率和可靠指标
可靠度
结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率。
可靠性概率度量，建立在数学统计基础上，经过调查，统计，计算分析确定。
规定的时间：设计使用年限
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进 行大修即可按其预定目的使用的时期，即结构在规定 的条件下所应达到的使用年限。
结构的各种基本变量采用随机变量和随机过程，整个结构概率分析
JTG D62-2004
本规范采用以概率论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行设计。
目录
1. 结构设计方法的发展 2. 概率极限状态设计法的基本概念 3. 我国公路桥涵设计规范的计算原则 4. 材料强度的取值 5. 作用、作用的代表值和作用效应组合
As, b —截面几何尺寸。
优点：各分项系数用统计方法确定；材料和荷载不同的分项系数。 缺点：没有从整体考虑可靠度。
以概率论为基础的极限状态设计法
水准I——半概率设计法
荷载和抗力作为基本变量，没有整体的可靠度概念
水准II——近似概率设计法
概率论和数理统计给可靠度下定义，建立可靠度和极限方程的关系
水准III——全概率设计法
规定的时间：设计使用年限
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用 的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限。
规定的条件
正常设计，正常使用，正常施工条件，不考虑人为过失影响
预定功能
耐安适久全用性性性 （（S（DeurSrvaaifbceietlaiytby）i）lity ）
◎结构结在构正应常能使承用受和在正正常常维施护工条、件正下常，使应用具情有况足下够可的能耐出久现性的。各即种在荷各载种、因外 加素变的结形影构（响在如下正超（常静混使定凝用结土期构碳间的化，支、具座钢有，筋良不锈好均蚀的匀）工沉，作降结性）构能、的。约承如束载不变力发形和生等刚影的度响作不正用应常；随时 ◎间有在使过偶用大然的的事过降件大低（的，如变而地形导震（致、挠结爆度构炸、在）侧其发移预生）定时、使和振用发动期生（间后频内，率丧结、失构振安应幅全能）性保，和持或适整产用体性稳， 降低定生使性让用，使寿不用命应者。发感生到倒不塌安或的连过续大破的坏裂而缝造宽成度生。命财产的严重损失。
对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值
•影响正常使用或外观的变形(过大的crack)； •影响正常使用或耐久性能的局部损坏； •影响正常使用的振动(不舒适，影响精密仪器运作的振动)； •影响正常使用的其它特定状态(如沉降过大,侵蚀性介质作用下腐蚀等)。
基本设计原则 The Basic Design Approach
承载能力极限状态ULS(Ultimate Limit State)
对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适合于继续承 载的变形,从而丧失了安全功能
• 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； • 结构构件达到最大承载力； • 结构转变为机动体系； • 结构或构件丧失稳定； • 地基丧失承载能力而破坏。
Design of Structures
Strength
承载力极限状态 设计方法
Байду номын сангаасDeformation
正常使用极限状态 设计方法
失效概率和可靠指标
➢结构上的作用和抗力 ➢功能函数 ➢失效概率 ➢可靠指标 ➢目标可靠指标
结构上的作用和抗力
使结构产生内力和变形的所有原因统称为作用。 按方式分
极限状态设计法
20世纪50年代前苏联同一位学者提出，破损阶段法的延伸。
S(kqi·qik)≤R(fck/kc, fsk/ks, As, b)
fck, fsk —材料强度，根据大量试验数据统计后，按一定保证率确定 的分位值，反映材料强度的变异性。
qik —根据各种荷载的实测统计资料，按一定保证率的分位值； kq，kc ，ks —荷载和材料强度的分项系数，经验确定；
优点：简单实用,把所有影响结构安全的不利因素用K>1表示。
缺点：缺乏明确的结构可靠度概念，没有反映材料的塑性特征， 计算结果偏于保守。
破损阶段法
20世纪30年代前苏联学者首先提出考虑砼塑性特征的破坏阶段计算方法
K·S≤R
R—考虑材料塑性性能的整个截面的极限承载力，由试验得出的经 验公式计算； S—最大荷载产生的内力； K—安全系数，由经验确定 优点：反映材料的塑性特征；单一安全系数，简单实用。 缺点：缺乏明确的结构可靠度概念，没有考虑正常使用条件。