基础工程第四章地基基础设计方法和基本规定.ppt
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1、1,第4章 地基基础设计方法和规定,4.1 地基基础设计方法 4.1.1可靠度基本概念 4.1.2极限状态设计 4.1.3地基基础设计方法 4.2 地基基础设计的基本规定 4.2.1设计分级 4.2.2地基计算规定 4.2.3荷载组合和抗力限值,2,4.1.1可靠度基本概念1,在进行工程结构设计时,应力求其在安全性、适用性与经济之间达到合理的平衡,使其在规定的设计使用年限内满足下列功能要求。 (1)正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用; (2)在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性; (3)在正常使用时具有良好的工作性能; (4)在正常维护下具有足够的耐久性能。
2、,上述第1、2两项指的是工程结构的安全性,第3项是适用性,第4项是耐久性。,3,4.1.1可靠度基本概念2,安全性、适用性、耐久性总称为工程结构的可靠性。 工程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,称为工程结构的可靠度,用Pr表示。 若在规定的时间内和在规定的条件下,结构不能完成预定功能,则称相应的概率为工程结构的失效概率,用Pf表示。 预定功能是指结构的安全性、适用性、耐久性。,4,4.1.1可靠度基本概念3,假设抗力(或强度)R和荷载效应S(或应力)为两个独立的连续型随机变量,且服从某种分布形式,其概率密度函数分别为fR(R)和fS(S),那么,当抗力R小于作用在其上的荷
3、载效应S时则认为会失效。失效概率可阐述为:,由概率理论:,由此:失效概率Pf 成为评价结构可靠度的重要指标,是结构可靠度的核心。,由此,结构极限状态方程为:,5,下图给出了fR(R)和fS(S),图中阴影表示两曲线的重叠部分,称为干涉区,它是工程结构可能出现失效的区域。干涉区面积越小,可靠度越高,反之,可靠度越低。 根据干涉区情况进行可靠度计算的理论,称为荷载-抗力干涉理论。,6,4.1.1可靠度基本概念4,由于直接应用数学方法(数值积分)计算失效概率是相当困难,为此,工程上引入可靠指标()的概念,采用近似方法表示工程结构的可靠度。 可靠指标()的定义式:假设R、S、Z均服从正态分布,则,可靠
4、指标与失效概率Pf的关系:式中(.)表示标准正态分布函数值。,7,只要功能函数Z的分布确定,可靠指标与失效概率Pf的关系就确定了,并且存在一一对应的数量关系,因此,采用可靠指标可以用来表征工程结构的可靠度。,可靠指标与安全系数K的关系。,从上述关系式可看出:安全系数K仅与R和S的相对位置有关,而可靠指标除与R和S的相对位置有关外,还与R和S的离散程度有关。因此,可靠指标更能反映工程安全度的实质。,8,4.1.1可靠度基本概念5,可靠指标与分项系数的关系: 1、分项系数是指对设计中的每个随机变量,根据概率可靠度设计方法确定的一个设计系数。如下式: 2、其实质是将总安全系数利用分离函数加以分离,并
5、与可靠指标联系起来,使其表达为分项系数的形式。 3、可靠指标与分项系数的关系可以由计算可靠度的一次二阶矩方法导出(具体导出方法请参阅其他文献)。,9,4.1.2 极限状态设计方法,按工程结构可靠度设计统一标准GB50153-1992以及建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001 的规定,建筑结构的设计应采用以分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。,10,一、极限状态,极限状态:整个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(安全性、适用性、耐久性),此特定状态为该功能的极限状态。 极限状态有两种,承载能力极限状态:对应于结构或结构构件达到最大承载力或
6、不适于继续承载的变形的状态。,正常使用极限状态:对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。,11,二、极限状态设计,极限状态设计方法:将结构或岩土置于极限状态进行分析的设计方法。与之相应的方法,就是容许应力法。 极限状态设计方法有两种:,极限状态方程用定值法处理 (安全系数法和以经验确定的分项系数法)极限状态设计,极限状态方程用概率法处理 (以概率理论确定的分项系数法) 概率极限状态设计,12,三、极限状态设计要求1,1、结构的设计状况 2、结构设计时,对所考虑的极限状态,应采用相应的结构作用效应的最不利组合。,持久状况:与设计使用年限为同一数量级,短暂状况:与设计使用年
7、限相比,持续 期较短,如施工、维修等。,偶然状况:与设计使用年限相比,持续 期很短,如地震、爆炸、撞击等。,13,三、极限状态设计要求2,3、极限状态设计的作用组合: (1)承载能力极限状态的作用组合 (2)正常使用极限状态的作用组合,基本组合:用于持久和短暂设计状况,偶然组合:用于偶然设计状况,标准组合,频遇组合,准永久组合,14,4.1.3地基基础设计方法,地基基础作为建筑结构的重要组成部分,其设计同样应符合工程结构可靠度设计统一标准GB50153-1992以及建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001的要求,采用以分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。 然而,由于岩土
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