工程結構是各種工程的建筑物、構筑物和設施中,以建筑材料制成的各種承重構件相互連接成一定形式的組合體。除滿足工程所要求的功能和性能外,還必須在使用期內(nèi)安全、適用、耐久地承受外加的或內(nèi)部形成的各種作用。
1. 結構的功能
土木工程結構的功能必須要保證工程的安全性、適用性和耐久性。
土木工程的結構必須保證在正常施工和正常使用時遇到可能出現(xiàn)的各種作用而不發(fā)生破壞,如遇偶然事件發(fā)生時,保持必要的整體穩(wěn)定性,不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞在施工過程中,不僅要考慮建筑物的設計荷載,而且要考慮各種施工荷載。
工程結構的適用性要求結構在正常使用時能滿足正常的使用要求,具有良好的工作性能。比如梁的變形不能太大、墻板的裂縫不能過寬,否則會出現(xiàn)滲水并影響美觀等。土木工程的目的是供人們的生活使用,因此,其結構必須要保證耐久性,保證結構在正常使用和維護條件下,在規(guī)定的使用期(設計基準期)內(nèi),能夠滿足安全和使用功能要求。即材料的老化、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制,否則將影響結構的安全和正常使用。
2. 結構的極限狀態(tài)
工程結構的極限狀態(tài)是判別結構是否能夠滿足其功能要求的標準,是指結構或結構的一部分處于失效邊緣的一種狀態(tài)。當結構未達到這種狀態(tài)時,結構能滿足功能要求;當結構超過這一狀態(tài)時,結構不能滿足其功能要求,此特殊狀態(tài)稱為極限狀態(tài)。
(1) 承載能力極限狀態(tài)
承載能力極限狀態(tài)是判別結構是否滿足安全性功能要求的標準,它是指結構或結構構件達到最大的承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形。如整體結構或結構的一部分作為鋼體失去平衡;結構構件或連接因超過材料強度而破壞(包括疲勞破壞),或因過度的變形而不適于繼續(xù)加載;由于某些構件或截面破壞使結構轉變?yōu)闄C動體系;結構或構件喪失穩(wěn)定等。
(2) 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)是判別結構是否滿足正常使用和耐久性功能要求的標準,它是結構或構件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。如達到影響正常使用或規(guī)范要求規(guī)定的變形限值,產(chǎn)生影響正常使用或耐久性的局部破壞(包括裂縫),超過正常用允許的震動,影響正常使用或耐久性的其他特定狀態(tài)等。
3.結構的可靠度
結構的可靠度是指結構在規(guī)定的時間內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成預定功能的概率,保證在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)工程質(zhì)量的安全。從可靠度理論的角度考慮,荷載(作用)在結構上的引起結構的安全程度取決于效應S和抗力月的相對大?。?/FONT>
當R>S時,抗力大于效應,結構安全;
當R<S時,抗力小于效應,結構失效;
當R=S時,抗力等于效應,結構處于極限狀態(tài)。
從可靠度理論的角度看,結構的安全取決于失效概率P真,亦即抗力小于效應的概率值Pf(R<S).失效概率是控制結構安全程度的定量指標,安全度大的結構失效的概率小,而失效概率加大時,結構的安全度降低。安全的概念是相對的,所謂“安全”只是失效概率Pf相對較小而已。失效概率不可能為零,故不存在絕對安全的結構。只要通過設計把失效概率控制在某一個能夠接受的限值以下就可以。