第5讲 第二章桥梁极限状态法设计计算的原则 袋 要 本章主要内容 ·设计计算方法的历史与基本思想 ·结构的功能要求： ·极限状态的概念、概率极限状态设计方法： ·材料强度取值： ·三种作用及三种作用的代表值： ·承载能力极限状态和正常使用极限状态作用组合的计算
第 5 讲 第二章 桥梁极限状态法设计计算的原则 提 要 本章主要内容 ⚫ 设计计算方法的历史与基本思想; ⚫ 结构的功能要求; ⚫ 极限状态的概念、概率极限状态设计方法； ⚫ 材料强度取值； ⚫ 三种作用及三种作用的代表值； ⚫ 承载能力极限状态和正常使用极限状态作用组合的计算
§2.0概述（第四讲) 一、结构设计目的 设计满足功能要求的结构，也就是把外界作用对结构的效应与结构本身的抵抗 力来加以比较，以达到结构设计既安全又经济的目的。 具体说也就是确定结构的截面尺寸、配筋和满足构造要求。 二、结构设计的发展 从伽利略至今三百余年里，结构设计经历了各种演变，可从以下两个方面进 行归纳： 1、从结构设计理论上 弹性理论→极限状态理论 2、从设计方法上 定值设计法→概率设计法 三、结构设计计算的理论和方法有： 1.容许应力法 2.破损阶段设计法 3.多系数极限状态设计法 4.基于可靠性理论的概率极限状态法 七、基于可靠性理论的概率极限状态设计法 1.发展历史 20世纪40年代美国学者A.M.Freadentbal提出了结构可靠性理论，到 了60~0年代结构可靠性理论有了很大的发展，70年代以来，国际上的结构可 靠度理论在土木工程领域逐步进入了实用阶段。 我国从20世纪70年代中期才开始研究，但至80年代后期就在建筑结构 领域率先进入了实用阶段，先后出版了下列国家标准：
§2.0 概述（第四讲） 一、 结构设计目的 设计满足功能要求的结构,也就是把外界作用对结构的效应与结构本身的抵抗 力来加以比较，以达到结构设计既安全又经济的目的。 具体说也就是确定结构的截面尺寸、配筋和满足构造要求。 二、结构设计的发展 从伽利略至今三百余年里，结构设计经历了各种演变，可从以下两个方面进 行归纳： 1、从结构设计理论上 弹性理论 极限状态理论 2、从设计方法上 定值设计法 概率设计法 三、结构设计计算的理论和方法有： 1. 容许应力法 2. 破损阶段设计法 3. 多系数极限状态设计法 4. 基于可靠性理论的概率极限状态法 七、基于可靠性理论的概率极限状态设计法 1. 发展历史 20 世纪 40 年代美国学者 A.M.Freadentbal 提出了结构可靠性理论，到 了 60~70 年代结构可靠性理论有了很大的发展，70 年代以来，国际上的结构可 靠度理论在土木工程领域逐步进入了实用阶段。 我国从 20 世纪 70 年代中期才开始研究，但至 80 年代后期就在建筑结构 领域率先进入了实用阶段，先后出版了下列国家标准：
·《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB68-84) ·《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92) ·《港口工程结构可靠度设计统一标准》(GB50158-92) ·《铁路工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216-94) ·《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999) 八、结构概率设计的方法划分为三个水准（按发展进程） 1.水准1一半概率设计法，只对彩响结构可靠度的某些参数，用数理 统计进行分析，并与经验相结合，然后引入某些经验系数，该法对结构的可靠度 还不能作出定量的估计。 2.水准Ⅱ一近似概率设计法，运用概率论和数理统计，对工程结构、 构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估计：分析中忽略或简化了变量 随时间的关系，非线性极限状态方程线性化 3.水准一全概率设计法，正在研究中 :我国《公桥规》采用的是近似概率极限状态设计法： §2.1概率极限状态设计法的基本概念 一、结构的功能要求（四项基本功能要求） 1,结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变 形、约束变形等的作用一强度： 2.结构在正常使用条件下具有良好的工作性能一适用性 3.结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐 久性一耐久性： 4.在偶然荷载作用下或偶然事件发生和发生后，结构仍能保持整体稳定性， 不发生倒塌一稳定性。 设计时的关键点：合理选择截面，正确配筋 二、结构的可靠性
⚫ 《建筑结构可靠度设计统一标准》(GBJ68-84) ⚫ 《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153-92) ⚫ 《港口工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50158-92) ⚫ 《铁路工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50216-94) ⚫ 《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999) 八、结构概率设计的方法划分为三个水准（按发展进程） 1. 水准Ⅰ——半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理 统计进行分析，并与经验相结合，然后引入某些经验系数，该法对结构的可靠度 还不能作出定量的估计。 2. 水准Ⅱ——近似概率设计法，运用概率论和数理统计，对工程结构、 构件或截面设计的可靠概率作出较为近似的相对估计；分析中忽略或简化了变量 随时间的关系，非线性极限状态方程线性化 3. 水准Ⅲ——全概率设计法，正在研究中。 注：我国《公桥规》采用的是近似概率极限状态设计法。 §2.1 概率极限状态设计法的基本概念 一、 结构的功能要求（四项基本功能要求） 1. 结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变 形、约束变形等的作用—强度 ； 2. 结构在正常使用条件下具有良好的工作性能—适用性； 3. 结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐 久性—耐久性； 4. 在偶然荷载作用下或偶然事件发生和发生后，结构仍能保持整体稳定性， 不发生倒塌—稳定性。 设计时的关键点：合理选择截面，正确配筋 二、 结构的可靠性
1.组成 厂安全性：强度和稳定性 了适用性 L耐久性 2.基本概念 1)可靠性一结构在规定的时间（指设计基准期）内，在规定的条件（指 结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用条件)下，完成预定功能的 能力。 2)可靠度—结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能 概率。也是可靠性的概率描述。 ·规定时间（设计基准期） 公路桥涵结构的设计基准期是一个与结构服役过程中结构材料基本变量无 关的时间参数，主要是通过可变荷载的统计分析确定的。根据《工程结构可靠度 设计统一标准》(GB50153-2008),公路桥涵结构的设计基准期为100年。结构 设计基准期与使用年限没有必然联系和相关。 结构的设计使用年限虽与结构使用寿命有联系，但不等同。当结构的使用年 限超过设计使用年限后，并不意味者结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。 ·规定条件：正常施工、设计、使用 ·设计使用年限 设计使用年限是在进行结构可靠性设计时，考虑持久设计状况下各项基本变 量与时间关系所采用的基准时间参数，可按《工程结构可靠度设计统一标准》确 定，也可经过主管部门的批准按照业主的要求确定，对于小桥和重要涵洞，设 计使用年限为50年：对于特大桥、大桥、中桥、重要小桥，设计使用年限为100 年。建筑结构的设计使用年限为50年。 三、结构的极限状态 1.定义：
1. 组成 安全性：强度和稳定性 适用性 耐久性 2. 基本概念 1) 可靠性——结构在规定的时间（指设计基准期）内，在规定的条件（指 结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用条件）下，完成预定功能的 能力。 2) 可靠度——结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能 概率。也是可靠性的概率描述。 ⚫ 规定时间（设计基准期） 公路桥涵结构的设计基准期是一个与结构服役过程中结构材料基本变量无 关的时间参数，主要是通过可变荷载的统计分析确定的。根据《工程结构可靠度 设计统一标准》（GB 50153-2008），公路桥涵结构的设计基准期为 100 年。结构 设计基准期与使用年限没有必然联系和相关。 结构的设计使用年限 ．．．．虽与结构使用寿命 ．．．．．．有联系，但不等同。当结构的使用年 限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。 ⚫ 规定条件：正常施工、设计、使用 ⚫ 设计使用年限 设计使用年限是在进行结构可靠性设计时，考虑持久设计状况下各项基本变 量与时间关系所采用的基准时间参数，可按《工程结构可靠度设计统一标准》确 定，也可经过主管部门的批准按照业主的要求确定， 对于小桥和重要涵洞，设 计使用年限为 50 年；对于特大桥、大桥、中桥、重要小桥，设计使用年限为 100 年。建筑结构的设计使用年限为 50 年。 三、 结构的极限状态 1. 定义：
当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 一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限。 2.分类 )承载能力极限状态一对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于 继续承载的变形，具体表现为： ·整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡： ·结构构件或连接处因超过材料强度而破坏 ·结构转变成机动体系 ·结构或构件丧失稳定 ·变形过大，不能继续承载和使用 2)正常使用极限状态一对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项规定限值，具体表现为： ·影响正常使用或外观的变形 ·影响正常使用或耐久性能的局部损坏 ·影响正常使用的震动 ·影响正常使用的其它特定状态 3)破坏安全状态—指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生 连续倒塌的状态 四、结构的失效概率与可靠指标 1,功能函数 可靠度分析中，结构的极限状态希望用功能函数描绘。当有”个随机变 量(X名，X)会影响结构的可靠度时，结构的功能函数为乙，它也可由荷载 效应S和结构抗力R所组成： >0结构处于可靠状态 Z=Z(.x)=g(R.S)=R-S= =0结构处于极限状态 (2-4) 0结构失效或破坏 式中
当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 一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限。 2. 分类 1) 承载能力极限状态——对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于 继续承载的变形，具体表现为： ⚫ 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； ⚫ 结构构件或连接处因超过材料强度而破坏 ⚫ 结构转变成机动体系 ⚫ 结构或构件丧失稳定 ⚫ 变形过大，不能继续承载和使用 2）正常使用极限状态——对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某 项规定限值，具体表现为： ⚫ 影响正常使用或外观的变形； ⚫ 影响正常使用或耐久性能的局部损坏 ⚫ 影响正常使用的震动 ⚫ 影响正常使用的其它特定状态 3） 破坏-安全状态——指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生 连续倒塌的状态 四、 结构的失效概率与可靠指标 1. 功能函数 可靠度分析中，结构的极限状态希望用功能函数描绘。当有 n 个随机变 量（X1,X2,…..,Xn）会影响结构的可靠度时，结构的功能函数为 Z，它也可由荷载 效应 S 和结构抗力 R 所组成： Z = Z(X1 , X2 ,......, Xn ) = g(R, S) = R − S = 式中： >0 结构处于可靠状态 =0 结构处于极限状态 <0 结构失效或破坏 （2-4）
R—结构抗力，指结构构件承受内力和变形的能力。 S一荷载效应（或作用效应），指荷载或作用对结构产生的效应
R——结构抗力，指结构构件承受内力和变形的能力。 S——荷载效应（或作用效应），指荷载或作用对结构产生的效应
