3.极限状态设计计算原则-2(ppt文档).ppt

2.2 2.2 我国公路桥涵设计规范（我国公路桥涵设计规范（JTG D62-2004JTG D62-2004）的计算原则）的计算原则2.2.1 三种设计状况三种设计状况1.持持久久状状况况桥桥涵涵建建成成后后承承受受自自重重、车车辆辆荷荷载载等等作作用用持持续续时时间间很很长长的的状状况况。该该状状况况是是指指桥桥梁梁的的使使用用阶阶段段。必必须须进进行行承承载载能能力力极极限限状状态态和和正正常常使使用极限状态的设计。用极限状态的设计。2.短短暂暂状状况况指指桥桥涵涵施施工工过过程程中中承承受受临临时时性性作作用用（或或荷荷载载）的的状状况况。短短暂状况所对应的是桥梁的施工阶段。一般只进行承载能力极限状态计算。暂状况所对应的是桥梁的施工阶段。一般只进行承载能力极限状态计算。3.偶偶然然状状况况在在桥桥涵涵使使用用过过程程中中偶偶然然出出现现的的状状况况。偶偶然然状状况况是是指指桥桥梁梁可可能能遇遇到到的的地地震震等等作作用用的的状状况况。只只需需进进行行承承载载能能力力极极限限状状态态计计算算，不不必必考考虑正常使用极限状态。虑正常使用极限状态。2.2.2 承载能力极限状态计算表达式承载能力极限状态计算表达式 1.公路桥涵的安全等级公路桥涵的安全等级安全等级 破坏后果桥涵类型结构重要性系数0一级很严重特大桥、重要大桥1.1二级严重大桥、中桥、重要小桥1.0三级不严重小桥、涵洞0.9第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.承载能力极限状态计算表达式承载能力极限状态计算表达式公公路路桥桥规规规定桥梁构件的承载能力极限状态的计算以塑塑性性理理论论为基础，设计的原则是作作用用效效应应最最不不利利组组合合（基本组合）的设计值必须小于或等于结构抗力的设计值，其基本表达式为：0Sd R R=R（f d，a d）式中式中 0 桥梁结构的重要性系数；按表2-3取用；Sd 作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计入冲击系数）的基本组合设计值；R 构件承载力设计值；fd 材料强度设计值；ad 几何参数设计值。第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.2.3 2.2.3 持久状况正常使用极限状态计算表达式持久状况正常使用极限状态计算表达式 以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用（或荷载）的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过公路桥规规定的各相应限值，采用的极限状态设计表达式为：S C1式中式中 S 正常使用极限状态的作用（或荷载）效应组合设计值 C1 结构构件达到正常使用要求所规定的限值，例如变形、裂缝宽度和截面抗裂的应力限值。第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 除除了了以以上上极极限限状状态态计计算算外外，尚尚包包括括材材料料强强度度(应应力力)计计算：算：公路桥规公路桥规还按照结构受力特点和设计习惯，要求：还按照结构受力特点和设计习惯，要求：1)短暂状况的应力短暂状况的应力-对钢筋混凝土和预应力混凝土受力构件按短暂状况设计时计算其在施工阶段施工阶段由自重、施工荷载产生的应力应力，并不应超过规定的限值；2)持久状况的应力持久状况的应力-按持久状况设计预应力混凝土预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段的应力使用阶段的应力，并不应超过限值。注：构件应力计算的实质是构件强度验算，是对构件承载能力计算的补充。第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.3 2.3 材料强度的取值材料强度的取值第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 材料强度指标的取值原则（合理取用）材料强度指标的取值原则（合理取用）材料强度的标准值材料强度的标准值(考虑材料强度的变易性考虑材料强度的变易性)材料强度的设计值材料强度的设计值 fk 作用（或荷载）标准值（其中汽车荷载应考虑冲击系数）产生的效作用（或荷载）标准值（其中汽车荷载应考虑冲击系数）产生的效应（应力）；当有组合时不考虑荷考虑荷载组合系数。应（应力）；当有组合时不考虑荷考虑荷载组合系数。f 作用（或荷载）标准值（其中汽车荷载应考虑冲击系数）产生的效作用（或荷载）标准值（其中汽车荷载应考虑冲击系数）产生的效应（应力）；当有组合时不考虑荷考虑荷载组合系数。应（应力）；当有组合时不考虑荷考虑荷载组合系数。m 材料性能分项系数。根据不同材料，进行构件分析的可靠指标达材料性能分项系数。根据不同材料，进行构件分析的可靠指标达到规定的目标可靠指标及工程经验校准来确定。到规定的目标可靠指标及工程经验校准来确定。第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.3.2 2.3.2 混凝土强度标准值和强度设计值混凝土强度标准值和强度设计值 混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k 混凝土轴心抗压强度标准值值混凝土轴心抗压强度标准值值 fck和轴心抗压强度设计值和轴心抗压强度设计值fcd混凝土抗拉强度标准值混凝土抗拉强度标准值 ftk和抗拉强度设计值和抗拉强度设计值ftd 公路桥规公路桥规根据混凝土立方体抗压强度标准值进行了强度根据混凝土立方体抗压强度标准值进行了强度等级的划分，称为混凝土强度等级并冠以符号等级的划分，称为混凝土强度等级并冠以符号C来表示，规定来表示，规定公路桥梁受力构件的混凝土强度等级有公路桥梁受力构件的混凝土强度等级有13级，即级，即C20C80，C50表示混凝土立方体抗压强度标准值为表示混凝土立方体抗压强度标准值为 fcu,k=50MPa。2.3.3 2.3.3 钢筋强度标准值和强度设计值钢筋强度标准值和强度设计值2.4 作用、作用的代表值和作用效应组合作用、作用的代表值和作用效应组合2.4.1 公路桥涵结构上的作用分类公路桥涵结构上的作用分类按其随时间的变异性和出现的可能性可分为按其随时间的变异性和出现的可能性可分为3类（参见表类（参见表2-4）。）。n（1 1）永久作用（恒载）永久作用（恒载）在结构使用期间，其量值不随时间变化，在结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值于平均值比较可忽略不计的作用。或其变化值于平均值比较可忽略不计的作用。n（2 2）可变作用可变作用 在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。与平均值相比较不可忽略的作用。按其对桥涵结构影响程度，又分为基本可变作用（活载）和其它可变作按其对桥涵结构影响程度，又分为基本可变作用（活载）和其它可变作用。用。n（3）偶然作用偶然作用 在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。很大且持续时间很短的作用。作用分类作用分类 表表2-42-4编号编号作用分类作用分类作用名称作用名称1 1永久作用（恒载）永久作用（恒载）结构重力结构重力2 2预加应力预加应力3 3土的重力及土侧压力土的重力及土侧压力4 4混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变作用5 5水浮力水浮力6 6基础变位基础变位7 7可变可变作用作用基本可变作用基本可变作用（活载）（活载）汽车荷载汽车荷载8 8汽车冲击力汽车冲击力9 9汽车离心力汽车离心力1010汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力1111人群荷载人群荷载1212其它可变作用其它可变作用汽车制动力汽车制动力1313风力风力1414流水压力流水压力1515冰压力冰压力1616温度作用温度作用1717支座摩阻力支座摩阻力1818偶然作用偶然作用地震作用地震作用1919汽车、船舶或漂流物的撞击作用汽车、船舶或漂流物的撞击作用2.4.2 作用的代表值作用的代表值作用代表值包括标准值、准永久值、频遇值三种。作用代表值包括标准值、准永久值、频遇值三种。1）作用的标准值）作用的标准值n作用的标准值作用的标准值 是结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本是结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。其值可根据作用在设计基准期内最大概率分布的某一分值确代表值。其值可根据作用在设计基准期内最大概率分布的某一分值确定。定。n永久作用应采用标准值作为代表值永久作用应采用标准值作为代表值。永久作用的标准值，对结构自重，。永久作用的标准值，对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。定。n可变作用的代表值包括：标准值（用于承载能力计算）、准永久值和可变作用的代表值包括：标准值（用于承载能力计算）、准永久值和频遇值（用于正常使用状态计算）三种。频遇值（用于正常使用状态计算）三种。n承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计 采用标准值作为可变作用的代表值。可变作采用标准值作为可变作用的代表值。可变作用的标准值可按用的标准值可按公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范规定采用。规定采用。2）可变作用频遇值）可变作用频遇值n定义对可变作用，在设计基准期间，其超越的总时间为规定的较小比定义对可变作用，在设计基准期间，其超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的作用值。率或超越次数为规定次数的作用值。n指的是结构上较频繁出现且量值较大的荷载作用取值；指的是结构上较频繁出现且量值较大的荷载作用取值；n正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，采用频遇值为可变正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，采用频遇值为可变作用的代表值。作用的代表值。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数3）可变作用准永久值）可变作用准永久值n定义对可变作用，在设计基准期间，其超越的总时间约为设计基准期定义对可变作用，在设计基准期间，其超越的总时间约为设计基准期一半的作用值。一半的作用值。n它是对在结构上经常出现的且量值较小的荷载作用取值；它是对在结构上经常出现的且量值较小的荷载作用取值；等于可变作用等于可变作用标准值乘以准永久值系数；标准值乘以准永久值系数；n是结构在正常使用极限状态按长期效应（准永久）组合设计时可变作用是结构在正常使用极限状态按长期效应（准永久）组合设计时可变作用的代表值。的代表值。2.4.3 作用效应组合作用效应组合作用效应组合是结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加；作用效应组合是结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加；作用效应最不利组合作用效应最不利组合 是指所有可能的作用效应组合中对结构是指所有可能的作用效应组合中对结构或结构构件产生总效应最不利的一组作用效应组合。或结构构件产生总效应最不利的一组作用效应组合。2.4.3 作用效应组合作用效应组合1 1）承载能力极限状态设计时作用效应组合）承载能力极限状态设计时作用效应组合）承载能力极限状态设计时作用效应组合）承载能力极限状态设计时作用效应组合基本组合基本组合是在承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效是在承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应相结合，基本表达式为应与可变作用标准值效应相结合，基本表达式为2 2）正常使用极限状态设计时作用效应组合）正常使用极限状态设计时作用效应组合）正常使用极限状态设计时作用效应组合）正常使用极限状态设计时作用效应组合 作用短期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用频作用短期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合。遇值效应的组合。作用长期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用永作用长期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用永久值效应相结合。久值效应相结合。第2章 结构按极限状态法设计计算的原则 2.4作用、作用的代表值和作用效应组合其基本表达式为其基本表达式为其基本表达式为其基本表达式为n例例：钢筋混凝土简支梁桥主梁在结构重力、汽车荷载和人群荷载作用下，分别得到在主梁的 跨径处截面的弯矩标准值为：结构重力产生的弯矩 ；汽车荷载弯矩 （已计入冲击系数）；人群荷载弯矩 。n要求进行设计时的作用效应组合计算。n解解：1）承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合 n钢筋混凝土简支梁桥主梁现按结构的安全等级为二级，取结构重要性系数为 。n永久作用效应的分项系数，因恒载作用效应对结构承载能力不利，故取 。n汽车荷载效应的分项系数为 。n对于人群荷载其他可变作用效应的分项系数 。n本组合为永久作用与汽车荷载和人群荷载组合，故取人群荷载的组合系数为 。n按承载能力极限状态设计时作用效应值基本组合的设计值为n2）正常使用极限状态设计时作用效应组合 n（1）作用短期效应组合n根据公路桥规规定，汽车荷载作用效应应不计入冲击系数，计算得到不计冲击系数的汽车荷载弯矩标准值为 。n汽车荷载作用效应的频遇值系数 ,人群荷载作用效应的频遇值系数为 =1.0。n可得到作用短期效应组合设计值为n（2）作用长期效应组合 n不计冲击系数的汽车荷载弯矩标准值 ，n汽车荷载作用效应的准永久值系数 ，人群荷载作用效应的准永久值系数 。n可得到作用长期效应组合设计值为作业作业n2.2n2.3 n2.5n2.6 n2.8 n2.9