工程结构设计原理_东大工程结构设计原理

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荷载设计值和标准值有什么关系？

答案：荷载的设计值等于荷载的标准值乘荷载分项系数。这在荷载规范中已有明确规定，永久荷载的分项系数为1.2或1.35；可变荷载为1.4或1.3。所以设计值会比标准值要大

材料强度设计值与材料强度标准值有什么关系？

材料强度的设计值等于材料强度的标准值乘材料强度的分项系数。在现行各结构设计规范中虽没有给出材料强度的分项系数，而是直接给出了材料强度的设计值，但你如果仔细研究是不难发现标准值和设计值之间的系数关系的。材料强度的分项系数一般都小于1。各种分项系数在某种意义上可以理解为是一种安全系数。材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。

例如，钢筋在受到外力作用下会产生变形，变形过程分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。在屈服阶段之前，如果卸去外力，还可以恢复到以前状态（物理变化），标准值说的就是下屈服值（例：HRB335钢筋屈服点为335Mpa。抗拉强度为最大力强度，即为455Mpa.）一般设计时都采用屈服强度为设计值，所以设计值远远小于抗拉强度，就是考虑到钢筋在收到外力作用下的变形，（即：在达到屈服强度还可以回复原来状态）。

1、作用及作用效应

(1)作 用：引起结构内力和变形的一切原因。

直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构，也称为荷载；

间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生内力。

(2)作用效应：作用在结构上产生的内力和变形等。

由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。

2、S — 作用效应 Action Effect ：结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用，作用效应即为作用引起的构件内力。R — 结构抗力 Resistant：结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]。

S R失效

2、作用的分类

(1)按照随时间的变异性分类

永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略；

可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略；

偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大。

(2)按照随位置的变异性分类

固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布；

可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。

(3)按照结构的反应分类：

静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；

动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略。荷载的代表值

(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，便于设计时，定量描述和运算。

(2)取值原则：根据荷载概率分布特征, 控制保证率。

代表值取值

永久荷载的代表值

标准值Gk：取设计基准期内最大荷载概率分布的平均值，保证率50%；

可变荷载的代表值

标准值Qk：基本代表值，保证率尚未统一，依据工程经验，可查荷载规范；

准永久值Ψq Qk ：对可变荷载稳定性的描述，在使用期内具有较长的持续时间，类似于永久荷载，等于标准值乘准永久值系数；组合值Ψc Qk ：两种或（以上）可变荷载作用时，都以标准值出现的概率小，因此对标准值乘以组合系数进行折减。

2、材料强度的标准值

(1)实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。

(2)标准值取值：根据材料强度概率分布的0.05分位值，即95%保证率的要求确定。

3、抗力的概率分布模式

抗力由多个随机变量相乘而得，函数近似服从对数正态分布

结构的功能

（1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性，不至于因局部损坏而产生连续破坏。

（2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。

（3）耐久性：要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制等。

2、极限状态

(1)定义：极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态。

(2)分类：

承载能力极限状态：是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构，构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。

正常使用极限状态：是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。

1、功能函数与极限状态方程

(1)功能函数 Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)

(2)结果分析

Z=R-S>0：处于可靠状态；

Z=R-S

Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态方程

2、结构的可靠性

(1)关于结构设计

本质：对比、控制R和S，即保证R-S>0

问题：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变量，绝对保证R大于S不可能！解决方法：控制可靠度，绝大多数情况下：R>S允许极少数情况下：R

(2)结构可靠度和失效概率

可靠度(可靠概率)：是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，以失效概率：结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。

对于结构设计而言，如何设计的安全呢？

荷载取值越大，内力值就越大，设计的构件截面尺寸也愈大，结构愈安全；

材料强度取值越低，结构所需截面越大，结构愈安全。

结构的可靠概率与失效概率的关系

结构抗力R与作用效应S都是随机变量，因此功能函数Z=R-S也是随机变量

Z>0结构可靠；Z=0结构处于极限状态；Z

荷载效应的表达

 采用荷载代表值来描述荷载的大小

对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重；

对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准永久值

根据建筑结构的重要性将结构分为三个安全等级，采用结构重要性系数来体现。

g0 ——结构重要性系数一级 － g0＝1.1二级 － g0＝1.0三级 － g0＝0.9

双向受拉：强度接近单向受拉强度

双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高

一拉一压：强度降低

Ps表示。