结构设计的两种极限状态解析

为了使设计的结构既可靠又经济，必须进行两方面的研究：一是研究各种“作用”在结构中产生的各种效应；这里所谓的“作用”主要是指各种荷载，如构件自重、人群重量、风压、积雪重和地震作用等的直接作用，以及包括温度变化、混凝土收缩与徐变、强迫位移、环境引起材料性能劣化等产生的间接作用。这里主要讨论荷载以及荷载所产生的各种效应，即荷载效应。荷载效应是在荷载作用下结构或构件内产生的内力（如轴力、剪力、弯矩等）、变形（如梁的挠度、柱顶位移等）和裂缝等的总称。

二是研究结构或构件抵抗这些效应的内在能力。所谓抵抗能力是指结构或构件抵抗上述荷载效应的能力，它与截面的大小和形状以及材料的性质和分布有关。为了说明这两方面的相互关系，现举一个中心受拉构件的例子（图1-1）。

荷载效应是外荷载在构件内产生的轴向拉力S。设构件截面积为A，构件材料单位面积的抗拉强度为f₁，则构件对轴向拉力的抵抗能力为R=f₁A。显然：

图 1-1

若S＞R，则构件将破坏，即属于不可靠状态；(www.xing528.com)

若S＜R，则构件属于可靠状态；

若S=R，则构件处于即将破坏的边缘状态，称为极限状态。

因S＞R是不可靠的，R比S超出很多是不经济的。我国的设计就是基于极限状态的设计，即概率极限状态设计，以分项系数形式表达。

推广到一般情况，如结构或构件超过某一特定状态就不能满足上述某项规定的功能要求时，称这一状态为极限状态。极限状态通常可分为如下两类：承载能力极限状态与正常使用极限状态。