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:4.3? 极限状态设【。计
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4【.3.1、》4.3.2 工程!。结构按照极限—状态设计时》对,不同的设计状况【应采用相应的作【用组合在每》一种作用《组合中还必须—选取其中的最—不,。利组合进行有关的】。极限状态《设计设计时》。应针对各种有—关的极限状态—进行必要的计算【或验算当有实—际工程经验时也可】采用构造措施来【代,替验算?
【 当考虑—偶然事?件的作用时》主要:承载结构可仅按承】载能力极限状态【进,行,设计采用《的结构可靠指标可比!持,久设计状况时适当降!低但对主《要承载结构按—偶然组合进行设【计时应使其不丧【。失承载能《力且能在局部结构破!坏后不发生连—续倒塌?避,免过大的生命、财】产的:损失对有些偶然作用!可采用防护措施【。使主要承载建筑物】不丧:失,承载能力如设置非常!溢洪道?防止洪水漫顶等
】
!作,用,组合效应为各种作用!合成引起《的内力、变形等【如轴力、《弯矩、剪力等或是】位移、变形、裂【缝等作用组合—效应需通《过结构?。计算:。求得
! 当作用与其效!应按线性关系考虑】时作:用组:合的效应是结—构上几?种同时出《现的作用分》别产:生的作?用,效应的叠加各种【水工结?构上作用效应的组合!应按照?。实际可能同时发生】的,各种作用《以它们的《效应进行组》合有些作用对一些】结构是重要》的而对另一些—结构可能不》重要例如温度作用】对拱坝是重要—的必须考虑》它对拱?坝整体应力的影响】;而对分段式混凝】土重力坝一》般主要考虑其对坝体!施工期应力的影响】又如冰?压力:与浪压力不同—。时,发生不应考虑—其组合对于拱坝【水压力与温降—组合对结构某—些,部位不利水压—力与温升组合—对结构的《其他部位不利因此】应取各?部位的最《不利情况进》行组合
!4.3.3 【保留原标准相—关条文?。基本组?合是按承载能—力极限状态设—计时永久作用与可】变作用的组合—当作用与效应按线性!关,系考虑时《作用组合《的效应即为各—作用效应的组合亦】即按各作用》效应的线性》。叠加
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【 偶然作用是按承!载能力极限状态【设计时永久作用【、可变作用与一种】偶,然作用的《组合同样作用组合与!效应按线性关系考】虑时作用《组合的效应即可由】各种:作用效应叠加而得
!
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水工建!筑物的偶然作用【通常:考虑校核《洪水:位下的水压力和地震!。作用大?型水利?水电工程的挡水建筑!物除按一般水利水】电工程那样》考虑:设计地震作用—。外还应保证校核地】震作用下的安全性设!计地:震作:。用和校核地震作【用均属偶然作用
!。
水!利水电工《程的工程量一般均较!大施工条件复杂受】气温、洪水等—影响大工期长结构】物常常?在施工的过程中尚】未形成整体就—要承:。受一定的作》用例如混凝土拱坝】施工时常分》。成纵:、,横缝浇?筑在未?进行接缝灌浆—形成整体前要分【块挡水坝体自重直接!传至基?岩有时因有倒悬而引!起不利应力钢筋【混凝土护坦当检修】时护坦上的水全部抽!干而底板《上浮力及渗》。透压力仍然存在这】样对抗浮稳》定不利施工、检修应!作为短暂设计状【况考虑?永久作用和可变作用!组合的?。效应 ?
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偶然作用!在,设,计基准?期,内,出现:的概率?很小两种偶然作用】。。同时发生的概率【更小因?此偶然?组合:只考虑一种偶然作用!与,。永,久作用和可变作【用进行组合
】
4.3.5】 对?正常使用极限—状态设?计原标准《规定“应按》相,应,。于持久设计状况的长!。期组合和短期组合设!计”由于可变作用】标准值的长期—组合系数ρ值—在原标准中只提【供了附录F“确定长!期组合系数ρ的【方法”但鉴于—水工建筑物荷—载统计的系统—性和完整性均—不完善相关》规范均难以给出ρ值!。使作:用效应的长期—组合(或《准永久?组合)难以计算为】此一些?规范只能以笼统说法!不作具体规定—如用“可按GB【。 50199的【有关规定及》工程经验取用”等说!法如水电站压—力钢管设计》。规范:DL/T 51【。。41-2001等】;一些规范》则索性规定采用【ρ=1.0如—混凝:土,重力:坝设计规《范,DL: 5:108-1999】和水工隧洞设计【规范D?L/:T 5195-20!04等因此本标【准不再采用按长【期组:合设计考虑》长,期作用?组,合系数的规》定
】 :。。 ,工程结构可靠—性设计统《一标准GB 50】153-《2008规定正常使!用,极限状态设计时【可采用标准组合、频!遇组合、准永久组】合,三种组合情况—。将作用组《合效应的《名称与作《用代表值的名称相】对应方便设计人员应!用所谓标准组合【是指正常使用—极限状态《设计时采用标—准值作?为作用代《表值的组合》一般用于《不可逆正常使用极】限状态同样》频遇组?合,或准永久组合是【。指,将,频遇值?或准永久值》作为作用代表值的】组合频遇《组合宜?用于可逆正常使用】极,限状态而准》永久组合则用于长期!效应是决定性因素】时的正常使用—极限状态
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》 可变作—用的频遇值是指在】设计基准期内—被超越的总时—间占设计基准期的】比率较小《的作用?值或被超越的—频率限值在》规定频?率内的作用值可通过!频遇值?系数对作用标准值的!。折减来表示可—变作用?的准永久值是指【。在,设计基准《期内被超越的总时】间,占设计基准期的比率!相对较大的作—用值可通《过准永久值系—数对作用标准值的折!减来表示《
】 与长期组—合系数情《况一样如果要按工】程结构可靠性设计】统一标准GB 50!1,53-2008【反映可变作用的【频遇值频遇》值系数也难以进行计!算由于频遇》值系数和准永久【值系数均小》于1.0显然作【用,的频遇值和准永久】。值均小?于标准值作用组【合的效应值》常比:标准:组合的效应值小【在正常使《用,极限状态设计—时往往不是》控制条件
】。
: : 因此结》合水工建筑物各种作!用的统计状况的特】殊性以及水工建筑】物可靠性设计的历】。史传统本《。次修订时只采用了作!用的标准组合或标】准组合并考》虑长:期,作用的影响》例如对混凝土结【构的抗?裂设计?可采用作用的标【准组合;对混凝【土结构?的限:裂,和挠度控制设计由于!它们的计算公—式中本身《就涉及初始应—力或长?期刚度和短期刚【度内:容因此也就是—属于标准组合并考】虑长期作用的影【响
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4.【。3.6 保留原】标准相关条文—基本变量是影响结构!可靠度?的各种主要随机【变量它们一般—是可:量测的物理量附加】变量是反映计—算模式不定性—等的随机变量
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— 水工结构的基本变!量有各种《作用:如,。水压:力、渗透水压力、】外水压力、泥沙压力!、地震?作用、温度作用等;!各种:材料(?包括:人工材料、岩、【土材料)、地—基、围岩的物理【力学:性能如强度、弹性模!量、容重、泊松比】等;结构的几何尺寸!如截面尺《寸、钢筋保》护层厚度、钢筋断】面积等
—
《 计《算模式不定性对结构!可靠度有所影响【。是结构?极限:状态设计式中应予考!虑的随机《。变量在以《综合作?。用效应或结》构综合抗力作为基】本变量时《计算模式《不定性已在其中有】所考虑
—
4.3.8】 抗力《是结构或结》。。构构件承受作用的能!力如强度、》刚度、抗裂》度等在进行结—构可靠度分析或【。规,范校准?时为了简化》极限状态方程—避免极限状态—方程形成高次—非线:性,可采用综合抗力和综!合作用效应这种由若!干基本变量组合【的综:合变量可采用误差】传递:法来推?求其统?计参数当其概率【分布为正态或对【数,正态时?可直接计算》出结构或结构—构件的可靠指标
!。
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4.3.9】 保?留原标准相关条文功!能函数是描述结【构设计功《能的基本变量(包】括附加变量)—的,函数
《
】。根据结构设计预定】的功能?由作用、结构材料】(包:括,人工:材料和岩、土材料)!、地基、围岩性【能,、,几何参数、计算【模式不定性等建立】可以计算结构功【能的函数
—
【
【当Z>0《时结构?处于可靠《状态;Z<》0时结构《处于失效《状态;Z《=0时结构处于极】限状:态
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《 ,由,于,结构完成《的功能不《同可:组成不同《的功能?函数从而也可以有许!多不同的极限状态方!程,
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4.3【.,10 极限状态】。方,程是以各有》关基:本,变量(包括附加【。变,量)为参数表现【。结构:或结构构件处—于极限?状态时的关系式
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4.3.1!2 保留原标准相!关条文可靠指标是】度量结构可靠性的一!种数量指《标它是标准》。。正态:分布反函《数在可靠《概率:处的函?数值可靠概率是结】构或结构构》件,能够:完成预定功能的概】率值:失效概率是结—构或结构《构件不能完成预【定功能的概率
【
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—。本标准中所指的结构!可靠度?是结构在《设,计使用年限》内,在持久设《计状况、短暂设计状!况和偶然设计状况下!具有的?各种规?定功:能的可靠度
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】 结构可靠概率ps!常是一个很接近1】。的数值如0.9【9999或0.99!9等而?结构:失效概率p》f又是一个》很小的数值如0.】0000《1等使用《很不方便因此以【“可靠指标》”作:为评:价或衡量结构可【靠度水平的定量【依据并以符号β【表示它与失》。效概率pf有如【下关系
】
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】 ,表6是可靠指标β与!可靠概率ps、失】效概率pf》的对照表
】
表6 可靠】指标β与可》靠概率ps、—失效概率pf的【对照表
》
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—过去的?安全系?数不能?确切地反映结构【可靠度?大小如砖石结构【偏压构件的》安全系数K为2【.,3钢筋?混凝土偏压构件的安!全系数K为1.【55但是钢筋—混凝土偏压构—件的可靠指标—却比前者《。大因此采用可靠指】标β:作为统一的可靠度量!度尺度可以对不同】结构类型、不同材】料(包括岩、土)】的结构可《靠性进行《。定量的比较
【
4.3.1!3 计算结构可】靠指标β的方法【很多如JC法、数值!。积分法?、JC-数值—联合法?、分位?值法、蒙《特卡洛法等为便于】比较需要统一—可靠指标的计算方法!为此:附录B.1》中主要推荐了—在方法上比较成【熟运算上比较简单国!。际标准和国内标准均!普遍:采用:的,一次二阶矩》法(一次可靠度法)!
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目!前对于水工结构【设计有些《基本变量如》作用、材料性能等统!计资:料仍然?。不很完善基本—变量的统计参数和】概率分布《模型仍?需根据现有的统计资!料结合工《程经验判断而定随着!统计:数据:不断积累可进一步修!订这:些,参数:使算得的可靠—指标:更,。接近实际《
《。
4.《3.14~4—.3.17 【目,。标可靠指标是规【范规定?结构设计应达到的可!靠指标结构设计中】应根据结构安全级】别对不同设》计状况下的》各种:极限状态的不同破】坏类型制定适—当的目标可靠—指标:以保证?。结构在安全》和经济上趋于最佳平!。。衡,目前确?定目标可靠指标的】。方法:有校准法《、风险?分析法、《最佳经济《效益法等考虑到统】计资料?仍然不够充分—。。还需:继承已?有设:。。计经验?本次修?订仍然推《荐校准法作为选【定结构目标可靠指】标的方法《。校准法就是对—原有结构设计规范、!正常设计和施工【的水工?结构进行反演分析】得,出设计隐《含的总体可》靠度水平采用—校准法确定总体可】靠,度水平时还应—该,调查分析《影响结构可》靠度的各《。种因素对可靠度【影响的权重以加权平!均可:靠指标代表》总体可靠度水—。平
! 早期为了配合】原标准的编》制曾经对当年采用】的水工钢筋混凝【土结构设计规范【SDJ 20—-1978以—及混凝土重力坝设计!规范SDJ —21:-1978用校准】法分析?了代表性水工—结,构承载能力极限状态!持,久设:计状况的《总体可靠《度水平如《表,7、表8所》示
表7! 水工钢筋—混凝土结构可靠【度分析结果汇总及】目标可靠《指标βt建议值
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】
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《 注类别号1表示按!太平湾水电站混凝土!统计资料可靠度分】析结果;《类别号?2表:示按全国混凝—土覆盖80%批点】数据可靠度分析结果!;,类别:。号3表示按全国合格!水平混凝土》统计:资料可靠度分析【结果;βy表示第一!类破坏(延性破【坏)可靠指标;【。β,c,表示第二类》破坏(脆性破坏【)可靠?指标;βz》表示:总体可靠指标
!
表8 混】凝土:重力坝坝基抗—滑,稳定和抗《压强度设计可靠【度分析结果汇总及】目标可靠《指标βt建议值
】
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— 此外后来的碾!压式土石坝》设计规范DL—/T 5《39:5-2007修订过!程中也对《。。坝坡抗滑稳》。定可靠度《进行:。了,校准分?析其结果如表9所】示
?。
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表9 【碾压式土石坝坝坡抗!滑稳定可靠度校【准分析结果及目标可!靠指标βt的取【值建议
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—注βi=0为假【定滑楔之间的作用力!为水:平,βi≠0为假定滑】楔之间的《作用力平行》于坡面或坡面—与楔体?斜面的平均坡度【
! 水电站压》力,钢管设计《规范DL/T 5】141-200【1修订过《。程中:对Ⅰ级结《。构,进行了可靠度校准】分析结果如》表10所示
】
表10 压!力钢管结构可靠度】校准结果β值及【目标可靠指标β【t的取值
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我国【工民建与港口工程】结构持久《设计状况承载能【力,极限:状,态的:结构设计可靠—指标如表11所【示,。
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表11 工民】建与:港,口工程结构持久设计!状,况,承载能力《极限状态的结构【设计可靠指标—β值
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: 另外国外】一些工程结构—设计规范采用分【项系数极限状态设计!方法取用的》可靠指标值也都大致!在上:述我国规范取值【范围内北美加拿【大公路桥梁设—计规范(CH—BDC)1》99:7年第4版规定【承载能力极》限状态可靠指—标β=3.5正常】使,用极限状态》可靠指标《β=1.0北—欧,建筑管理委》员会(NK》B)工作报告19】9901E结—构设计基础建议【对包:括,混凝土梁、柱和【钢,。梁、柱以及》木梁、柱的设计基】本情况取《。β=4.7
!
: 《综合分?析上述资料对不同】安全级别《和,破坏类型的》结构或结《构构件应《采用不同的可靠指】标水工?结构构件持久设计状!。况承载能力极限【状态的目《标可靠指标》如表:4.3.16—所示
《