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1、2.1 2.1 结构可靠度结构可靠度2.1.1 2.1.12.1.1 2.1.1结构上的作用（荷载）、荷载效应及结构抗力结构上的作用（荷载）、荷载效应及结构抗力1.1.结构上的作用（荷载）和荷载效应结构上的作用（荷载）和荷载效应 “作用作用”是指直接施加在结构上的力（如自重、楼面活荷载、风载、是指直接施加在结构上的力（如自重、楼面活荷载、风载、水压力等）和引起结构外加变形和约束变形的其它原因（如温度变形、水压力等）和引起结构外加变形和约束变形的其它原因（如温度变形、基础沉降、地震等）的总称。前者称为基础沉降、地震等）的总称。前者称为“直接作用直接作用”，也称为荷载；后，也称为荷载；后者则称为者
2、则称为“间接作用间接作用”。第第2 2章章 钢筋钢筋混凝土混凝土结构设计计算原理结构设计计算原理结构上的荷载按时间的变异，可分为三类：结构上的荷载按时间的变异，可分为三类：（1）永久荷载。如结构的自重、土压力、围岩压力、预应力等。）永久荷载。如结构的自重、土压力、围岩压力、预应力等。（2）可变荷载。如安装荷载、楼面活载、水压力、浪压力、风）可变荷载。如安装荷载、楼面活载、水压力、浪压力、风荷载、雪荷载、吊车轮压、温度作用等。荷载、雪荷载、吊车轮压、温度作用等。（3）偶然荷载。如地震、爆炸等，在水利工程中把校核洪水也）偶然荷载。如地震、爆炸等，在水利工程中把校核洪水也列入偶然荷载。列入偶然荷载。
3、荷载在结构构件内所引起的内力、变形和裂缝等反应，荷载在结构构件内所引起的内力、变形和裂缝等反应，统称为统称为“荷载效应荷载效应”，常用符号表示。，常用符号表示。2.结构抗力结构抗力结构抗力是结构或结构构件承受荷载效应的能结构抗力是结构或结构构件承受荷载效应的能力，指的是构件截面的承载力、构件的刚度、力，指的是构件截面的承载力、构件的刚度、截面的抗裂度等。截面的抗裂度等。结构抗力显然也是一个随机变量。结构抗力显然也是一个随机变量。为确定可变荷载及与时间有关的材料性能等取为确定可变荷载及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，称为值而选用的时间参数，称为设计基准期设计基准期。我国。我国取用的设
4、计基准期一般为取用的设计基准期一般为50年年2.1.2 2.1.2 结构的预定功能及结构可靠度结构的预定功能及结构可靠度工程结构的功能要求主要包括三个方面：工程结构的功能要求主要包括三个方面：（1）安全性安全性。安全性是指结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的施。安全性是指结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的施加在结构上的各种加在结构上的各种“作用作用”（荷载）。并要求在设计规定的偶然事件（如校（荷载）。并要求在设计规定的偶然事件（如校核洪水位、地震等）发生时，结构仍能保持必要的整体稳定，即要求结构仅核洪水位、地震等）发生时，结构仍能保持必要的整体稳定，即要求结构仅产生局部损坏而不致
5、发生整体倒塌。产生局部损坏而不致发生整体倒塌。（2）适用性适用性。适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生。适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生影响正常使用的过大变形和振幅，不发生过宽的裂缝等。影响正常使用的过大变形和振幅，不发生过宽的裂缝等。（3）耐久性耐久性。耐久性是指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即要。耐久性是指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即要求结构在规定的环境条件下，在预定的设计使用年限内，材料性能的劣化求结构在规定的环境条件下，在预定的设计使用年限内，材料性能的劣化（如混凝土的风化、脱落、腐蚀、渗水，钢筋的锈蚀等）不导致结构正常使
6、（如混凝土的风化、脱落、腐蚀、渗水，钢筋的锈蚀等）不导致结构正常使用的失效。用的失效。安全性、实用性和耐久性统称为结构的安全性、实用性和耐久性统称为结构的可靠性可靠性。也就。也就是结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定是结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的能力。功能的能力。结构可靠度结构可靠度是结构可靠性的概率度量。是结构可靠性的概率度量。2.2.1 2.2.1 荷载标准值的确定荷载标准值的确定荷载标准值是指荷载在设计基准期内可能出现的最大值荷载标准值是指荷载在设计基准期内可能出现的最大值.2.2 2.2 荷载和材料强度荷载和材料强度荷载标准值是荷载的基本代表值，荷载的其它
7、代表值都是以荷载标准值是荷载的基本代表值，荷载的其它代表值都是以它为基础再乘以相应的系数后得出的。它为基础再乘以相应的系数后得出的。2.2.2材料强度标准值的确定材料强度标准值的确定 材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定.材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低的材料强度值。的材料强度值。2.2.2.1 钢筋强度标准值钢筋强度标准值国标规定的屈服强度即钢筋出厂检验的废品限值，其保证率国标规定的屈服强度即钢筋出厂检验的废品限值，其保证率不小于不小于9595。2.2.2.2 混凝土强度标准值混凝土强
8、度标准值混凝土的强度等级即是混凝土标准立方体试件用标准试验方法混凝土的强度等级即是混凝土标准立方体试件用标准试验方法测得的具有测得的具有9595保证率的立方体抗压强度标准值保证率的立方体抗压强度标准值。2.3 2.3 概率极限状态设计概率极限状态设计法法2.3.1 2.3.1 结构的极限状态结构的极限状态 结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满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，此特定状态称为该足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的功能的极限状态极限状态。根据根据功能要求功能要求，通常把极限状态分为两大类：，通常把极限状态分为两大类：承载能力极限状
9、态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态1.承载能力极限状态承载能力极限状态 这一极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或达到不这一极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。适于继续承载的变形。出现下列情况之一时，就认为已达到承载能力极限状态：出现下列情况之一时，就认为已达到承载能力极限状态：（1）结构或结构的一部分丧失稳定；）结构或结构的一部分丧失稳定；（2）结构形成机动体系丧失承载能力；）结构形成机动体系丧失承载能力；（3）结构发生滑移、上浮或倾覆；）结构发生滑移、上浮或倾覆；（4）构件截面因材料强度不足而破坏；）构件截面因材料强度不足而破坏；（
10、5）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。满足承载能力极限状态的要求关系到结构的安全，所以对承满足承载能力极限状态的要求关系到结构的安全，所以对承载能力极限状态应有较高的可靠度（安全度）水平。载能力极限状态应有较高的可靠度（安全度）水平。2.正常使用极限状态正常使用极限状态这一极限状态对应于结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一极限状态对应于结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。出现下列情况之一时，就认为已达到正常使用极限状态：出现下列情况之一时，就认为已达到正常使用极限状态：l（1）产生过大的变形，影响正
11、常使用或外观；）产生过大的变形，影响正常使用或外观；l（2）产生过宽的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产生人们心理上不）产生过宽的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产生人们心理上不能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；l（3）产生过大的振动，影响正常使用。）产生过大的振动，影响正常使用。结构或构件达到正常使用极限状态时，会影响正常使用功能及耐久性，但还结构或构件达到正常使用极限状态时，会影响正常使用功能及耐久性，但还不会造成生命财产的重大损失，所以它的可靠度水平允许比承载能力极限状不会造成生命财产的重大损失，所以它的可靠度水平允许比承载能力极限状态的可靠
12、度水平有所降低。态的可靠度水平有所降低。通常对结构构件先完成按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使通常对结构构件先完成按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。结构功能的表达结构功能的表达S R 失效失效2.3.2 结构的功能函数与结构的功能函数与极限状态方程极限状态方程钢筋混凝土钢筋混凝土结构设计采用结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。以概率理论为基础的极限状态设计法。设计时主要考虑的两个变量：设计时主要考虑的两个变量：2.3.3.12.3.3.1 失效概率失
13、效概率 p pf f2.3.3 结构可靠度的计算结构可靠度的计算由于R、S都是随机变量，故Z也是随机变量。出现Z0的概率，也就是RS出现的概率，称为结构的失效概率，p pf f用表示。p pf f值等于图2-3所示的概率密度分布曲线的阴影部分的面积。2.3.3.2 可靠指标可靠指标 b b b b 小时，小时，p pf f就大；就大；b b 大时，大时，p pf f就小。所以就小。所以b b 作为衡量结构可靠度的作为衡量结构可靠度的一个指标，我们把一个指标，我们把b b 称为可靠指标。称为可靠指标。当结构抗力当结构抗力R R和荷载效应和荷载效应S S均服从正态分布时，失效概率均服从正态分布时，
14、失效概率p pf f和可靠和可靠指标指标b b 的对应关系如表的对应关系如表2-12-1所列。所列。2.3.3.3 目标可靠指标与结构安全级别目标可靠指标与结构安全级别 目标可靠指标。目标可靠指标。承载能力极限状态的目标可靠指标与结构的安全级别有关，结承载能力极限状态的目标可靠指标与结构的安全级别有关，结构安全级别要求构安全级别要求愈高愈高，目标可靠指标就应，目标可靠指标就应愈大愈大。目标可靠指标目标可靠指标还与构件的破坏性质有关。脆性还与构件的破坏性质有关。脆性破坏的目标可靠指标应破坏的目标可靠指标应高于延高于延性性破坏。破坏。2.4 2.4 水工钢筋混凝土结构设计规范的实用设计表达式水工钢
15、筋混凝土结构设计规范的实用设计表达式2.4.1 DL/T5057-2009规范规范电力系统的电力系统的DL/T5057-2009DL/T5057-2009规范在承载能力极限状态实用设计规范在承载能力极限状态实用设计表达式中，采用了表达式中，采用了5 5个分项系数，它们是结构重要性系数个分项系数，它们是结构重要性系数 ,设设计状况系数计状况系数 ,结构系数结构系数荷载分项系数荷载分项系数 和和材料分项系数材料分项系数 DL/T5057-2009DL/T5057-2009规范用这规范用这5 5个分项系数构成并保证结构的可靠度。个分项系数构成并保证结构的可靠度。2.2.4 4.1.2 .1.2 承载
16、能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式1.1.基本组合基本组合v基本组合：基本组合：持久设计状况或短暂设计状况下永久荷载持久设计状况或短暂设计状况下永久荷载与可变荷载产生的荷载效应组合与可变荷载产生的荷载效应组合基本组合承载能力极限状态设计表达式为基本组合承载能力极限状态设计表达式为：0结结构重要性系数构重要性系数；设计设计状况系数状况系数；S荷荷载载效效应组应组合合设计值设计值；永久荷载标准值产生的荷载效应永久荷载标准值产生的荷载效应 一般可变荷载标准值产生的荷载效应；一般可变荷载标准值产生的荷载效应；可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应 G、Q
17、1、Q2永久荷载、一般可变荷载及可控制的可变荷载的分永久荷载、一般可变荷载及可控制的可变荷载的分项系数项系数 R结构构件抗力设计值；结构构件抗力设计值；fc、fy 钢筋、混凝土的强度设计值钢筋、混凝土的强度设计值 d结构系数；结构系数；ak结构构件几何参数的标准值。结构构件几何参数的标准值。2.2.偶然组合偶然组合偶然状况下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。偶然状况下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。偶然荷载的分项系数取为偶然荷载的分项系数取为1.01.0；=0.85参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工建筑物设计参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工建筑物设计规范的规定作
18、适当折减。规范的规定作适当折减。2.2.4 4.1.3 .1.3 正常使用极限状态的设计表达式正常使用极限状态的设计表达式 正常使用极限状态的荷载效应标准组合值；正常使用极限状态的荷载效应标准组合值；结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝 宽度或应力等限值；宽度或应力等限值；、永久荷载、可变荷载永久荷载、可变荷载标准值标准值；材料强度材料强度标准值标准值。正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求一般要求=1.0=1.0 2.02.0。材料强度材料强度采用采用标准值标准值而不用设计值，即材料而不用设计值，即
19、材料分项系数取为分项系数取为1.01.0。荷载荷载采用采用标准值标准值而不用设计值，而不用设计值，即荷载即荷载分项分项系数系数G G及及Q Q取为取为1.01.0。结构系数结构系数d d及设计状况系数及设计状况系数也均取为也均取为1.01.0。规范还规定：对于持久设计状况，应进行正常使用规范还规定：对于持久设计状况，应进行正常使用极限状态的验算；对于短暂状况，可根据具体情况决极限状态的验算；对于短暂状况，可根据具体情况决定是否需要进行正常使用极限状态验算；对于偶然设定是否需要进行正常使用极限状态验算；对于偶然设计状况，则可不进行正常使用极限状态的验算。计状况，则可不进行正常使用极限状态的验算。2.4.2 SL191-2008规范规范2.4.2.12.4.2.1承载能力极限状态的设计表达式承载能力极限状态的设计表达式SL191-2008SL191-2008规范采用的承载能力极限状态的设计表达式为：规范采用的承载能力极限状态的设计表达式为：2.4.2.2 正常使用极限状态的设计表达式正常使用极限状态的设计表达式与与DL/T5057-2009规规范的式（范的式（2-27）相比）相比较较，不同之，不同之处仅处仅在于它在于它不再列入不再列入结结构重要性系数构重要性系数