鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法(第3章).ppt

第3章鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 本章內(nèi)容 1 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 2 鋼材的疲勞計(jì)算重點(diǎn)及難點(diǎn) 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 3 1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 一 結(jié)構(gòu)的功能要求二 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)三 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)四 結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率五 可靠指標(biāo) 六 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式 二 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過某個(gè)特定的狀態(tài) 就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí) 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(jié)構(gòu)的功能要求 安全性 適用性 耐久性 三者概括起來可稱為結(jié)構(gòu)的可靠性 結(jié)構(gòu)的可靠性的度量指標(biāo)為可靠度 a 承載能力極限狀態(tài)包括 強(qiáng)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(jī)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(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來描述 設(shè)x1 x2 xn為n個(gè)隨機(jī)變量 則 式中 Z 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 也可用結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)S和抗力R來表達(dá) 即 式中 R和S為兩個(gè)基本的隨機(jī)變量 Z是R和S的函數(shù) 也是一個(gè)隨機(jī)變量 三 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中 可能出現(xiàn)下列三種情況 當(dāng)Z 0時(shí) 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài) 當(dāng)Z 0時(shí) 結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài) 當(dāng)Z 0時(shí) 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài) 由此可見 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由可靠轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài) 稱為極限狀態(tài)方程 結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量 即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 在規(guī)定的條件下 完成預(yù)定功能的概率 用ps表示結(jié)構(gòu)的可靠度 則有 當(dāng)結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài) Z 0 時(shí)的概率 稱為失效概率 用pf表示 即 四 結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率 設(shè)fR R 和fS S 分別是結(jié)構(gòu)的抗力R和荷載效應(yīng)S的概率密度函數(shù) f R S 為R和S的聯(lián)合概率密度函數(shù) R和S是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量 則有 其失效概率為 由于影響結(jié)構(gòu)可靠度的因素很多 且極為復(fù)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(jié)構(gòu)的失效概率 這就是目前我們還不能采用全概率設(shè)計(jì)法的原因之一 已知功能函數(shù) 在功能函數(shù)中 設(shè)R和S是兩個(gè)服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量 可分別求出它們的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 則功能函數(shù)Z也服從正態(tài)分布 有 它的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為 則 五 可靠指標(biāo) 可靠指標(biāo) 從圖中可以看出 與失效概率pf之間存在著對應(yīng)關(guān)系 當(dāng) 時(shí) pf 當(dāng) 時(shí) pf 因此 可以作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)數(shù)量指標(biāo) 目前 我國與其他很多國家一樣 采用 校準(zhǔn)法 確定 現(xiàn)規(guī)范采用分項(xiàng)系數(shù)來表達(dá)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 1 承載能力極限狀態(tài) 六 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合 必要時(shí)尚應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的偶然組合 基本組合時(shí)按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值計(jì)算 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久荷載效應(yīng)控制的組合 對于一般排架及框架結(jié)構(gòu) 可采用下列簡化的設(shè)計(jì)表達(dá)式 在工程應(yīng)用中 考慮到鋼結(jié)構(gòu)主要為單一材料制成 而且設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于用應(yīng)力形式表達(dá)和計(jì)算 應(yīng)力表達(dá)式為 式中f fy R 稱為鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 式中 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值 如變形 裂縫 振幅等 按相關(guān) 規(guī)范 的規(guī)定采用 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí) 除鋼與混凝土組合梁外 只考慮荷載短期效應(yīng)組合 采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 2 正常使用極限狀態(tài) 3 2鋼材的疲勞計(jì)算 一 一般規(guī)定1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n 5 104次時(shí)才進(jìn)行疲勞計(jì)算 2 采用容許應(yīng)力幅法 按彈性狀態(tài)采用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 3 不計(jì)動力系數(shù) 4 應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位 可不計(jì)算疲勞 5 疲勞破壞與鋼種無關(guān) 二 影響疲勞強(qiáng)度的因素1 應(yīng)力集中程度 將構(gòu)件和連接類別分為八類 2 應(yīng)力幅 max min 3 應(yīng)力比 min max 4 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n 圖3 2應(yīng)力循環(huán)類型 圖3 3疲勞曲線 三 疲勞計(jì)算1 常幅疲勞 為常量 計(jì)算部位的應(yīng)力幅 焊接部位 max min非焊接部位 max 0 7 min n 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n值是根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體條件由設(shè)計(jì)者所確定的整個(gè)使用期間的循環(huán)次數(shù) 也就是預(yù)期的疲勞壽命 c