鋼結構設計方法(第3章).pptVIP

第3章鋼結構的設計方法 本章內容 1 概率極限狀態(tài)設計法 2 鋼材的疲勞計算重點及難點 概率極限狀態(tài)設計法 3 1概率極限狀態(tài)設計法 一 結構的功能要求二 結構的極限狀態(tài)三 結構的功能函數四 結構的可靠度和失效概率五 可靠指標 六 鋼結構設計表達式 二 結構的極限狀態(tài) 當結構或構件超過某個特定的狀態(tài) 就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求時 則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài) 極限狀態(tài)分為兩類 一 結構的功能要求 安全性 適用性 耐久性 三者概括起來可稱為結構的可靠性 結構的可靠性的度量指標為可靠度 a 承載能力極限狀態(tài)包括 強度破壞 疲勞破壞 不適于繼續(xù)承載的變形 失穩(wěn) 傾覆 變?yōu)闄C動體系等狀態(tài) b 正常使用極限狀態(tài)包括 影響正常使用或外觀的變形 影響正常使用的振動 影響正常使用或耐久性的局部破壞等狀態(tài) 結構的工作性能可用結構的功能函數來描述 設x1 x2 xn為n個隨機變量 則 式中 Z 結構的功能函數 也可用結構的荷載效應S和抗力R來表達 即 式中 R和S為兩個基本的隨機變量 Z是R和S的函數 也是一個隨機變量 三 結構的功能函數 在實際工程結構中 可能出現下列三種情況 當Z 0時 結構處于可靠狀態(tài) 當Z 0時 結構處于失效狀態(tài) 當Z 0時 結構處于極限狀態(tài) 由此可見 結構的極限狀態(tài)是結構由可靠轉變?yōu)槭У呐R界狀態(tài) 稱為極限狀態(tài)方程 結構的可靠度是結構可靠性的概率度量 即結構在規(guī)定的時間內 在規(guī)定的條件下 完成預定功能的概率 用ps表示結構的可靠度 則有 當結構處于失效狀態(tài) Z 0 時的概率 稱為失效概率 用pf表示 即 四 結構的可靠度和失效概率 設fR R 和fS S 分別是結構的抗力R和荷載效應S的概率密度函數 f R S 為R和S的聯合概率密度函數 R和S是相互獨立的隨機變量 則有 其失效概率為 由于影響結構可靠度的因素很多 且極為復雜 求R和S的理論概率密度困難很大 所以目前無法從上述理論公式直接求出結構的失效概率 這就是目前我們還不能采用全概率設計法的原因之一 已知功能函數 在功能函數中 設R和S是兩個服從正態(tài)分布的隨機變量 可分別求出它們的平均值和標準差 則功能函數Z也服從正態(tài)分布 有 它的平均值和標準差分別為 則 五 可靠指標 可靠指標 從圖中可以看出 與失效概率pf之間存在著對應關系 當 時 pf 當 時 pf 因此 可以作為衡量結構可靠度的一個數量指標 目前 我國與其他很多國家一樣 采用 校準法 確定 現規(guī)范采用分項系數來表達的方式進行設計計算 1 承載能力極限狀態(tài) 六 鋼結構設計表達式 按承載能力極限狀態(tài)設計時 應考慮荷載效應的基本組合 必要時尚應考慮荷載效應的偶然組合 基本組合時按下列設計表達式中最不利值計算 由可變荷載效應控制的組合 由永久荷載效應控制的組合 對于一般排架及框架結構 可采用下列簡化的設計表達式 在工程應用中 考慮到鋼結構主要為單一材料制成 而且設計人員習慣于用應力形式表達和計算 應力表達式為 式中f fy R 稱為鋼材強度設計值 式中 結構或構件達到正常使用要求的規(guī)定限值 如變形 裂縫 振幅等 按相關 規(guī)范 的規(guī)定采用 按正常使用極限狀態(tài)設計時 除鋼與混凝土組合梁外 只考慮荷載短期效應組合 采用荷載標準值計算 2 正常使用極限狀態(tài) 3 2鋼材的疲勞計算 一 一般規(guī)定1 應力循環(huán)次數n 5 104次時才進行疲勞計算 2 采用容許應力幅法 按彈性狀態(tài)采用標準值計算 3 不計動力系數 4 應力循環(huán)中不出現拉應力的部位 可不計算疲勞 5 疲勞破壞與鋼種無關 二 影響疲勞強度的因素1 應力集中程度 將構件和連接類別分為八類 2 應力幅 max min 3 應力比 min max 4 應力循環(huán)次數n 圖3 2應力循環(huán)類型 圖3 3疲勞曲線 三 疲勞計算1 常幅疲勞 為常量 計算部位的應力幅 焊接部位 max min非焊接部位 max 0 7 min n 應力循環(huán)次數 n值是根據結構的具體條件由設計者所確定的整個使用期間的循環(huán)次數 也就是預期的疲勞壽命 c