工程結構是各種工程的建築物、構築物和設施中,以(yǐ)建築材料製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(yào)求的(de)功(gōng)能和性能外,還(hái)必須在使用期內安全、適用、耐久地承受外加的或內部形成的各(gè)種作用。
1. 結構(gòu)的功能
土木工程結構的功能必須要保證工程(chéng)的安全性、適用性和耐久性。
土木工程的結構必須保(bǎo)證在正常施工和(hé)正常使用時遇(yù)到可能出現的各種作(zuò)用而不發生破壞,如遇偶然事件發生時,保持必(bì)要的整體(tǐ)穩定性,不至(zhì)於因局部損壞而產生連續破壞(huài)在施工過程中,不僅要考慮建築物的設計荷載,而且要(yào)考慮各種施工荷載(zǎi)。
工程結(jié)構(gòu)的(de)適用性要求結構在正常使用時能滿足(zú)正常(cháng)的使用要求,具有(yǒu)良好的工作性能。比如(rú)梁的變形不(bú)能太大、牆板的裂縫不能過寬,否則會出現滲水並(bìng)影響美觀等。土木工程的目的(de)是供人們(men)的生活使用,因此,其結構必(bì)須(xū)要保證耐久(jiǔ)性,保證結構在正常使用和維護條件下,在規定的使用期(設計基準期)內,能夠滿足安全和使用(yòng)功能要求。即材料的老化(huà)、腐蝕等不能超(chāo)過規定的限製,否則將影響結構的安全和正常使用。
2. 結(jié)構的極限狀態
工程結構的極限狀態是判別結構是否能夠滿足其功能要(yào)求的標準,是指結構或結構的一部分處(chù)於失效邊緣的一種狀態。當結構未達到這種狀態時,結構能滿(mǎn)足功能要求;當結構超過這一狀態時,結構(gòu)不能滿足其功能要求,此特殊狀態稱為極限狀態。
(1) 承載能力極(jí)限狀態
承載能(néng)力極限狀態是判別結(jié)構是否滿足安全性功能要求的標準(zhǔn),它是指結構或(huò)結(jié)構構件達到最大(dà)的承載能力(lì)或不(bú)適於繼續加載的變形。如整體結構(gòu)或結構的一部分作(zuò)為(wéi)鋼體失去平衡;結構構件或連接因超過材(cái)料強度而(ér)破(pò)壞(包括疲勞破壞),或因過度的變形而不適(shì)於繼續加載;由於某些構件(jiàn)或截麵破壞使結構轉(zhuǎn)變為機動體係;結構或構件喪失穩定等。
(2) 正常使用極限狀態正常使用極限狀態是判別結構是否滿足正常使用和(hé)耐久性功能(néng)要求的標準,它(tā)是結構或構(gòu)件達到正常使(shǐ)用或耐久性(xìng)的某些規定限值。如達(dá)到影響正常使用(yòng)或規範要(yào)求規定的變形限值,產(chǎn)生影響正常使用或耐久性的局部破壞(包括裂縫(féng)),超過正常用允許的震動,影響正常(cháng)使用或耐久性的其他特定狀態等(děng)。
3.結構的可靠度
結構的可靠度是指結構(gòu)在規定的(de)時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率,保證在規定(dìng)的設計使(shǐ)用年限內(nèi)工程質量的安全。從可靠度理(lǐ)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(qǔ)決於效應S和抗力月(yuè)的相對大小:
當R>S時,抗力大於效(xiào)應,結構安全;
當R<S時,抗力小(xiǎo)於效應,結構(gòu)失效;
當R=S時(shí),抗力等於效應,結構處於極限狀(zhuàng)態。
從可靠(kào)度理論的(de)角度看,結構的安全取決於(yú)失效概(gài)率P真,亦即抗力小於效應(yīng)的概率值Pf(R<S).失效概(gài)率是控製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(shī)效概率加大時,結(jié)構的(de)安(ān)全度降低。安全的(de)概念是相對的,所謂“安全”隻是失效概率Pf相對較小而(ér)已。失效(xiào)概率不可能為零,故不存在(zài)絕(jué)對安全的結構。隻要通過設計把失效概率(lǜ)控製在某一個能夠接(jiē)受的限值以下(xià)就可以。