鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法.ppt

教學(xué)目的、要求 掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，理解鋼結(jié)構(gòu)的疲勞和疲勞計算。 教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點、難點）： 1、 鋼結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計法難點,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,2、 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞和疲勞計算,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,參考文獻： 1、中華人民共和國行業(yè)標準 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 jtg d60-2004 2、中華人民共和國行業(yè)標準 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 jtg d62-2004 3、李揚海 鮑衛(wèi)剛 公路橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與概率極限狀態(tài)設(shè)計 北京 人民交通出版社 1997 4、葉見曙 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第二版）北京 人民交通出版社 2004,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,一、概述 1 設(shè)計原則與目的： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在滿足功能要求的基礎(chǔ)上安全可 靠的工作。技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、 確保質(zhì)量。 2 設(shè)計方法的發(fā)展過程 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法經(jīng)歷了經(jīng)驗定值設(shè)計法， 半經(jīng)驗半概率設(shè)計法和概率極限狀態(tài)設(shè)計法 三個階段。目前國際上關(guān)于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計普 遍采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,二、概率極限狀態(tài)設(shè)計法,概率極限狀態(tài)設(shè)計法：以結(jié)構(gòu)概率可靠度為基礎(chǔ)，以確定荷載和確定結(jié)構(gòu)抗力為形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。這種設(shè)計方法既方便，又具有明確的概率可靠度意義。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法（疲勞計算除外）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,結(jié)構(gòu)設(shè)計幾個重要概念 1結(jié)構(gòu)的功能要求 1）能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用 （安全性） 2）在偶然事件（地震、溫度變化等）發(fā)生時或發(fā)生后， 仍能保持必要的整體穩(wěn)定性（安全性）。 3）在正常使用時，具有良好的工作性能（適用性要求） 4）在正常維護下，具有足夠的耐久性（耐久性要求） 結(jié)構(gòu)的可靠性是結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性的統(tǒng)稱。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,2結(jié)構(gòu)的可靠性、可靠度、可靠指標和失效概率 a 可靠性（reliability）：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條 件下完成預(yù)定功能的能力。 規(guī)定時間：一般指結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期，一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為 50年，橋梁工程的設(shè)計基準期為100年。 設(shè)計基準期（design reference period）：為了確定可變作 用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)。 設(shè)計使用期與設(shè)計使用壽命的關(guān)系：當結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限 超過設(shè)計基準期時，表明它的失效概率可能會增大，但并不等 于結(jié)構(gòu)喪失所要求的功能甚至報廢。 規(guī)定條件：指正常設(shè)計、正常施工、正常使用條件，不考慮人 為或過失因素。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,3 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力 作用（action）：施加在結(jié)構(gòu)上的一種分布力或集中力， 或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前者亦稱為直 接作用，俗稱荷載（自重，車輛荷載、人群荷載等）； 后者亦稱為間接作用（溫度變化、基礎(chǔ)沉降焊接、地震等）。 永久作用（permanent action）：在結(jié)構(gòu)使用期間，其 量值不隨時間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略 不計的作用。（自重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力等）亦稱靜載。 可變作用（variable action）：在結(jié)構(gòu)使用期間，其量 值隨時間而變化，或其變化值與平均值相比不可忽略不 計的作用。（車輛荷載、人群荷載、風(fēng)荷載和雪荷載等）， 亦稱活載。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,偶然作用（accidental action）：在結(jié)構(gòu)使用期出現(xiàn)的概率 很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。（地震、 撞擊力、爆炸力等） 作用的代表值(representative value of an action)：結(jié)構(gòu) 或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，針對不同設(shè)計目的所采用的各種作用規(guī)定 值，它包括作用標準值、準永久值和頻遇值。 作用標準值(characteristic value of an action)：結(jié)構(gòu)或 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，采用的各種作用的基本代表值，其值可根據(jù) 作用在設(shè)計基準期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,作用頻遇值(frequent value of an action)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合進行設(shè)計時，采用的另一 種可變作用代表值。其值可根據(jù)在足夠長期觀測內(nèi)作用任意 時點概率分布的0.95分位值確定。 作用準永久值(quasi-permanent value of an action)： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合進行設(shè)計時， 采用的一種可變作用代表值。其值可根據(jù)在足夠長期觀測 內(nèi)作用任意時點概率分布的0.5分位值確定。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,作用效應(yīng)基本組合(fundamental combination for action effects)： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用設(shè)計值效應(yīng)與可變作 用設(shè)計值效應(yīng)的組合。 作用效應(yīng)偶然組合(accidental combination for action effects )： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用設(shè)計值效應(yīng)與可變作 用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標準值效應(yīng)的組合。 作用短期效應(yīng)組合（combination for short-term action effects）： 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標準值效應(yīng)與可變作 用頻遇值效應(yīng)的組合。 作用長期效應(yīng)組合（combination for long-term action effects）： 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標準值效應(yīng)與可變 作用準永久值效應(yīng)的組合。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,作用效應(yīng)s（effect of an action）：結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)， 如彎矩、扭矩、剪力、應(yīng)力、裂縫、變形、位移等。 結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）抗力r（resistance）：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變 形的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度等。 抗力只和材料的性能（強度、彈性模量等）、幾何參數(shù)和計算模 式有關(guān)。 4 安全等級 根據(jù)結(jié)構(gòu)物的重要性和造成的破壞后果，安全等級分為三級 一級：重要性建筑物，造成破壞后果很嚴重(r0=1.1) 二級：一般建筑物，造成破壞后果嚴重 (r0=1.0) 三級：次要建筑物，造成破壞后果不嚴重 (r0=0.9),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,三種設(shè)計狀況和兩種極限狀態(tài) 1、三種設(shè)計狀況 公路橋規(guī)根據(jù)橋梁在施工和使用過程中面臨的不同情況， 規(guī)定了結(jié)構(gòu)設(shè)計的三種狀況：持久狀況、短暫狀況、偶然狀況。 1）持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時 間很長的狀況。這個階段指橋的使用階段。這個階段持續(xù)時間 很長，結(jié)構(gòu)可能承受的作用在設(shè)計時均需考慮，需接受結(jié)構(gòu)是 否能完成其預(yù)定功能的考驗，因而必須進行承載能力極限狀態(tài) 和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計。 2）短暫狀況：指橋涵施工過程中承受臨時性作用（或荷載） 的狀況。短暫狀況對應(yīng)橋梁的施工階段。這個階段持續(xù)時間 相對于使用階段是短暫的。一般只需進行承載能力極限狀態(tài) 計算，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,3）偶然狀況：在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。偶然狀 況指橋梁可能遇到的地震等作用的狀況。這種狀況出現(xiàn)的概 率極小，且持續(xù)時間極短，結(jié)構(gòu)在極短時間內(nèi)承受作用以及 結(jié)構(gòu)可靠度水平等在設(shè)計中均需考慮。 偶然狀況的設(shè)計原則是主要承重結(jié)構(gòu)不致因非主要承重結(jié)構(gòu) 發(fā)生破壞而導(dǎo)致喪失承載力；或允許主要承重結(jié)構(gòu)發(fā)生局部 破壞而剩余部分在一段時間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒坍。偶然狀況只需 進行承載能力極限狀態(tài)的計算。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,2. 結(jié)構(gòu)的兩種極限狀態(tài),（1）承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形，包括以下幾個方面：,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接在循環(huán)荷載作用下發(fā)生的疲勞破壞；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因過度變形而不適于繼續(xù)承載；,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系；,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,（2）正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定值：,影響正常使用或外觀的變形；,影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；,影響正常使用的振動；,影響正常使用的其它特定狀態(tài)。,承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)相比，前者可能導(dǎo)致人身傷亡和大量的財產(chǎn)損失，而后者對生命的危害則較小，主要是引起人們的不適，所以也應(yīng)該給予足夠的重視。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,概率極限狀態(tài)設(shè)計原理,一次二階矩的近似概率方法,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,失效概率和可靠指標的對應(yīng)關(guān)系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,概率極限狀態(tài)設(shè)計法的設(shè)計表達式,為了便于應(yīng)用并符合人們長期以來的習(xí)慣，規(guī)范并不直接使用進行設(shè)計，而利用式: 來完成。就設(shè)計而言，問題被轉(zhuǎn)化為計算效應(yīng)s和抗力r。,公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計表達式 gb/t50283-999公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計表達式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標準值、幾何參數(shù)標準值以及各種分項系數(shù)等表達。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,chapter 3 design methed of steel structure,gb/t50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計表達式：,可變荷載起控制作用時：,永久荷載起控制作用時：,對于一般排架和框架結(jié)構(gòu)：,1）承載能力極限狀態(tài)分項系數(shù)表達式,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,（1）永久荷載分項系數(shù) （gg）,當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 -對可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2; -對永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35;,當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 -一般情況下應(yīng)取1.0； -對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，應(yīng)取0.9。,（2）可變荷載的分項系數(shù) （gq） -一般情況下應(yīng)取1.4； -對標準值大于4kn/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的 活荷載標準值應(yīng)取1.3。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,2）正常使用極限狀態(tài),對于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標準組合、頻遇組合和準永久組合進行設(shè)計，并使變形等設(shè)計值不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。對于鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標準組合。,gk -永久荷載標準值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值； q1k起控制作用的第1個可變荷載的標準值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計算結(jié)果為最大）；,qik-其他第i個可變荷載標準值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值。 -結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,fd 或f鋼材或連接材料強度設(shè)計值。,fk鋼材或連接材料強度標準值。,r鋼材或連接材料抗力分項系數(shù)，對于q235 鋼r =1.087;q345、q390、q420鋼r=1.111 。,鋼材的強度設(shè)計值,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類鋼材的強度設(shè)計值。 (p45頁表3.5劉聲揚)（p286頁附表a3陳志華）,計算端部承壓時的r，對于q235 鋼r =1.15;q345、q390、q420鋼 r=1.1.175 。,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼材的疲勞和疲勞計算,疲勞破壞的特征,定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強度，甚至低于屈服強度，但仍然會發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱為疲勞破壞。,破壞過程：裂紋的形成-裂紋的擴展-最后的迅速斷裂而破壞,破壞特點： （1）疲勞破壞時的應(yīng)力小于鋼材的屈服強度，鋼材的塑性還沒有展開，屬于脆性破壞。,（3）疲勞對缺陷十分敏感。,（2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,引起疲勞破壞交變荷載的兩種類型,常幅交變荷載-常幅應(yīng)力-常幅疲勞,變幅交變荷載-變幅應(yīng)力-變幅疲勞,應(yīng)力比（） 循環(huán)應(yīng)力中絕對值最小的峰值應(yīng)力smin與絕對值最大的峰值應(yīng)力smax之比。r= smin /smax(拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負號),應(yīng)力幅（ds） ds=smax-smin，此處smax為最大拉應(yīng)力，取正值，smin為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號而壓應(yīng)力取負號）,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲勞壽命） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,常幅疲勞 當應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時，稱為常幅疲勞。,1.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞,大量試驗研究表明，疲勞強度除與主體金屬和連接類型有關(guān)外，還與循環(huán)應(yīng)力比r和循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。 當以n=2106為疲勞壽命時，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給出了驗算以拉應(yīng)力為主的疲勞計算公式,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,2. 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞,通過大量試驗研究表明，控制焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命最主要的因素是構(gòu)件和連接的類型、應(yīng)力幅ds以及循環(huán)次數(shù)n，而與應(yīng)力比無關(guān)。,焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通常達到鋼材的屈服點fy ，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域。,最大：,最?。?真實應(yīng)力比：,焊縫附近真實應(yīng)力比的大小取決于應(yīng)力幅ds的大小,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲勞壽命）的關(guān)系,(1)應(yīng)力幅值越低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越多，疲勞壽命也越高。,(2)當應(yīng)力幅值減小到一定程度時，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)趨向無窮大。,容許應(yīng)力幅的定義 （1）應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)（紅色實線所示）關(guān)系曲線為試驗回歸曲線，反應(yīng)了平均值之間的關(guān)系。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,（2）考慮到試驗的離散性，取平均值減去兩倍lgn的標準差（2s）作為疲勞強度的下限值，圖中藍色虛線所示。該虛線上的應(yīng)力幅定義為對應(yīng)于某疲勞壽命的容許應(yīng)力幅。,（3）如果lgn符合正態(tài)分布，則構(gòu)件或連接的疲勞強度的保證率為97.7。,(4）容許應(yīng)力幅的表達式ds可通過兩個相似三角形求出：,(5)式中：系數(shù)、c根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范-疲勞計算的構(gòu)件和連接分類 查表得到。,(6)容許應(yīng)力幅與鋼材的強度無關(guān)，這表明不同種類的鋼材具有相同的抗疲勞性能。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,chapter 3 design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,常幅疲勞驗算,規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并劃分為8個疲勞計算類別，并對每個類別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,參數(shù)和b的取值,國內(nèi)外試驗證明，除了個別在疲勞計算中不起控制作用類別的疲勞強度有隨鋼材的強度提高而稍有增加外，大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強度不受鋼材強度的影響。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,疲勞計算采用容許應(yīng)力幅法，按彈性狀態(tài)計算應(yīng)力進行計算。計算只適用于無高溫（t150）、無嚴重腐蝕環(huán)境中的高周低應(yīng)變的疲勞計算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5104)。,常幅疲勞的計算公式, 標準荷載下的設(shè)計應(yīng)力幅； 對于焊接部位的設(shè)計應(yīng)力幅: = max- min ； 對于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：= max- 0.7min max 每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最大拉應(yīng)力（取正值） min 每次應(yīng)力循環(huán)中，計算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力 （拉應(yīng) 力取正值，壓應(yīng)力取負值）； 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,變幅疲勞,當應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機變化時為變幅疲勞。,可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算式檢算。,（a）檢算公式 e等效常幅疲勞應(yīng)力幅。 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。,情形一 能夠測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,（b) 計算,若能預(yù)測結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，將隨機變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅e按下式進行疲勞計算：,ni 以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命； ni 預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達到i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù),鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,情形二不能測得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律,設(shè)計重級工作制吊車的吊車梁和重級、中級工作制吊車桁架時，應(yīng)力幅是按滿載得出的，實際上常常發(fā)生不同程度欠載情況。如果沒有對實際應(yīng)力幅的統(tǒng)計資料，即屬本情形。使用欠載效應(yīng)系數(shù)，按常幅疲勞進行計算。,計算公式,欠載效應(yīng)的等效系數(shù),循環(huán)次數(shù)為n=2106次的容許應(yīng)力幅。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 design principles of steel structure,疲勞破壞中一些值得注意的問題,（1）疲勞驗算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計法，而不是以概率論為基礎(chǔ)的設(shè)計方法。這主要是因為焊接構(gòu)件焊縫周圍的力學(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒有較好試驗或數(shù)值方法對其進行以概率論為基礎(chǔ)的研究。,（2）對于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，不必進行疲勞計算。,（3）國內(nèi)外試驗證明，大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強度不受鋼材強度的影響，故可認為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無關(guān)。,（4）提高疲勞強度和疲勞壽命的措施 （）采取合理構(gòu)造細節(jié)設(shè)計，盡可能減少應(yīng)力集中； （）嚴格控制施工質(zhì)量，減小初始裂