由w.shigong.com水利工程网网友制作,仅供参考,请勿转载作为盈利用途!前本书是按照我国新修订的《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)而编写的参考书,充分考虑到了各大专院校的师生和广大水利水电工程技术人员学习新规范的需要。既适用于水利水电工程专业,又在内容上照顾到土木工程专业的不同要求。本书共分十章。第一章为钢筋混凝土结构设计方法,特别介绍了基于可靠度理论的设计方法。第二章到第六章分别对钢筋混凝士受弯、受扭、受压和受拉等基本构件的计算公式、计算方法与步骤以及各种计算要点作了讨论。第七章为变形和裂缝计算。第八章为梁板结构及刚架结构的设计计算。这一章是对以前各章的系统总结和综合应用,通过综合例题,详细说明了钢筋混凝土工作桥及肋形楼盖的设计方法和步骤。第九章为预应力混凝土构件的计算。第十章为素混凝土结构与砌体结构的计算。本书不是为某一教材所写的教学参考书,而是根据本学科的特点,参考了近年来正式出版的各种版本的相关图书而编写的科技读物。突出应用性,着力加强大专院校学生和水利水电工程各专业技术人员的公式应用能力和解题计算能力,本书编写时力求内容充实,语言通俗,计箅公式的介绍简洁精练,计算方法和步骤详细实用,计箅例题型丰富。为帮助读者掌握本书的基本内容,每章末均附有不同层次和深度的思考题和习题。参加本书编写工作的有翟爱良(第一、二、九章)、郑晓燕(第五、八章)、宋克志(第三、四章)、王巧平(第六、十章)、王旭光(第七章)。全书由翟爱良、郑晓燕同志担任主编。本书承瞿尔仁教授审阅,并为本书提出了许多宝贵意见,在此深表感谢,本书在编写过程中,可能存有一些缺点和错误,恳请读者批评指正编者1998年6月23日问延置、 由w.shigong.com水利工程网网友制作,仅供参考,请勿转载作为盈利用途!第一章钢筋混凝土结构设计方法结构设计是在预定的荷载及材料性能一定的条件下,确定结构构件的功能要求所需要的截面尺寸、配筋情况以及构造措施。设计的目的是在现有的技术基础上,用最少的人力、物力消耗获得能够完成全部功能要求的足够可靠的结构。第一节结构设计的极限状态结构的功能要求(一)安全性结构应能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用,不致于破坏;在偶然事件发生时及发生后,能保持必要的整体稳定性,如遇强震、爆炸、撞击等,建筑结构虽有局部损伤但不发生倒塌。(二)适用性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火变形和振幅,不产生过宽的裂缝。(三)耐久性在正常维护条件下,结构应能在预定的使用期限内满足各项功能要求。如不发生钢筋严重锈蚀,混凝土严重风化、老化,以免影响结构的使用寿命。上述功能要求统称为结构的可靠性,即结构在规定的时间内(我国目前规定为50年)规定的条件下(如正常设计、正常施工、正常使用和正常维修),完成顶定功能要求的能力。结构的可靠性和经济性两者之间存在着矛盾。科学的设计方法就是要求在可靠性和经济性之间选择一种最佳的平衡,使之既经济又可靠。二、结构极限状态的分类结构在使用期间的工作状况,称为结构的工作状态。当整个结构或结构的某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时,此状态被称为该功能的极限状态。结构能够满足某种功能要求,并能良好地工作称为结构可靠或有效;反之,则结构不可靠或失效。显然,区分结构工作状态可靠或是失效的标志是极限状态。结构功能的极限状态可分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。(一)承载能力极限状态当结构或构件达到最大承载能力或发生不适于继续承载的变形时,即为承载能力极限状态。当出现下列状态之一时,即认为超过了承载能力极限状态。1)整个结构或其一部分作为刚体失去平衡,如雨篷的倾覆,挡土墙的滑移等;2)结构构件或其连接因应力超过材料强度而破坏,或因过度塑性变形而不适于继续承载问延置、 由w.shigong.com水利工程网网友制作,仅供参考,请勿转载作为盈利用途!3)结构转变为机动体系而丧失承载能力;4)结构或构件因达到临界荷载而丧失稳定,如柱被压屈承载能力极限状态关系到结构整体或局部破坏,会导致生命、财产的重大损失。因此要严格控制出现这种状态,所有的结构和构件都必须按承载能力极限状态进行计算,并保证具有足够的可靠度。(二)正常使用极限状态该类极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。当出现下列状态之一时,即认为超过了正常使用极限状态。1)影响正常使用或外观的变形;2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏,如裂缝过宽;3)影响正常使用的振动;4)影响正常使用的其它特定状态结构超过该类状态时将不能正常L作,影响其耐久性和适用性,但一般不会导致人身伤亡或重大经济损失。设计时,可靠性可比承载能力极限状态略低一些。通常先按承载能力极限状态来设计结构构件,再按正常使用极限状态来校核曲第二节结构按概率极限状态设计的基本概念凡系利NET作用效应与结构抗力(一)作用与作用效应作用是指使结构产生内力和变形的所有原因。作用效应则指结构在诸作用影响下所产生的内力和变形,以“S”表示之。当内力和变形由荷藏产生时,称为荷载效应,作用和作用效应一般为随机变量,两者近似呈线性关系,即S=CQ式中S-一荷载效应组合的设计值;Q——某种荷载;C-一荷载效应系数。例如,一受均布荷载q作用的简支梁,计算跨度为l,跨中弯矩为oQl此处M是荷载效应,q是荷载,l相当于荷载效应系数。荷载效应是对结构提出预定功能要求的依据之一,也是设计的主要依据。(二)结树抗力结构抗力是结构或构件承受内力和变形的能力。它是材料性能、截面几何特征及计算模式的函数。结构抗力也是一个随机变量。二、极限状态方程(一)结构的功能函数结构构件的工作状态可以用R和S的关系式来描述。这种表达式称为结构的功能函问延置、 由w.shigong.com水利工程网网友制作,仅供参考,请勿转载作为盈利用途!数,以Z表示。Z=g(s,R)=R-s(1-2)结构功能函数表达式可用来判断结构的工作状态,如图1-1所示。当Z>0时,结构处于可靠状态当Z=0时,结构处于极限状态;当Z<0时,结构处于失效状态。<>(二)结构极限状态方程结构可靠Z=g(R,S)=0为结构处于极限状态时的功能函数表达式z>0亦称为结构极限状态方程结构设计必须满足功能要求,即结构不应超过极限状态,要满足结构Z<0<>S≤R(1-3)结构的可靠性图1-1结构功能函数图(一)结构设计问题的不确定性结构设计要求满足式(1-3),但荷载效应S和结构抗力R均为随机变量,具有不确定性。影响荷载效应的主要不确定因素有:荷载本身的变异性;内力计算假定与实际受力情况之间的差异等。影响结构抗力的主要不确逆因素有材料强度的变异性工制造过程中引起的偏差等。显然,Z=R-S也是随机变量。结构设计要求R、S应为确定的量值,即应为相对确定的量。概率论和数理统计学表明,对这类随机现象的一次观测或试验,其结果是分散的,但是大量的重复观测或试验,其结果会呈现统计的规律性。可画出统计直方图直观地表现随机变量的分布情况。反映这种分布主要特征的数学解析式表达的分布曲线,如图12所示。其主要特征是:中间高、两边低;以平均值为中心,频数或频率大体呈对称分布;频率的总和为100%,即等于1。结构的概率极限状态设计方法,或称近似概率法,其基本概念是用概率的观点来研究结构的可靠性。(二)结构的可靠度显然,结构可靠性只能用概率来度量。度量结构可靠性的概率称为结构可靠度。其体定义为:结构在规定的时间内,z在规定的条件下,完成预定功能的概率,即结构处于可靠状态的概率,称为结构可靠度。图1-2结构的可靠概率是指结构能够完成预定功能(R>S)的概率,用P表示;不能完成预定功能(R者是互补的,即P+Pt=1或P1=1-P,所以,结构的可靠性也可以用失效概率来度量。由Z的正态分布图1-2可知,失效概率为Z<0时分布曲线的尾部面积,阴影标出。<>问延置、 由w.shigong.com水利工程网网友制作,仅供参考,请勿转载作为盈利用途!若Z值的平均值,标准差,则共到坐标原点的距离可用a1来度量,即取1=B,或B==二凸(1-5)√碳+a图1-2可知,p与P:之间存在着对应关系,B大则P小、P大。因此,和P,一样可以作为衡量结构可靠性的一个指标,称为结构的可靠指标。用失效概率P1来度量结构的可靠性有明确的物理意义,但因计算复杂,《水工混凝土结构设计規范》(以下简称《规范》)采用可靠指标P代替失效概率P来度量结构的可靠性。《规范》中规定作为设计依据的可靠指标A1,称为目标可靠指标。由于S、R均为随机变量,要绝对保证R的,只能做到绝大多数情况下R据结构构件破坏类型及安全级别规定了r取值如表1-1水工混凝土结构设计时,应按水工建筑物的级别,采用不同的水工建筑物的结构安全级别。如表12所示。表1-1结构构件承载能力极限状态设计时的R值表1-2水工建筑结构安全级别水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别皱坏类型级级延性破刺脆性破5对于正常使用极限状态,应根据结构构件特点和工作经验确定在结构构件设计时,应满足R≥r(1-6)这就是以概率为理论基础,以各种功能要求的极限状态作为设计依据的概率极限状态设计法。因此法还没有达到完善程度,计算中又做了简化处理,故又称近似概率法。该法基本概念合理,可以给出结构可靠度的定量概念。但计算过程复杂,还不能普遍用于实际工程,所以,新的《规范》(SL/T191-96)采用以基本变量标准值和分项系数形式表达的极限状态实用设计表达式。四、极限状态设计的实用表达式为了满足可靠度的要求,在实际结构设计中我们采取以下儿条措施(1)计算荷载效应时,取足够大的荷载值,多种荷载同时作用时,考虑荷载的合理组合;(2)在计算结构的抗力时,取足够低的强度指标;(3)对安全等级不同的建筑结构,采用一个重要性系数进行调整。在采用上述措施以后,给定的目标可靠指标便可得到满足,而不必进行繁杂的概率运算。下面分别进行说明。(一)荷载取值(1)荷载标准值。它是指结构构件在正常使用情况下,可能出现的最大荷载值,我国《建筑结构荷载规范(GBJ9-87)》(以下简称《荷载规范》)中对各类荷载规定了荷载基本代表值。荷载的其它代表值是以它为基础乘以适当的系数后得到的。对于永久荷载,《荷载问延置、
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