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文檔簡介
鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有與其它結(jié)構(gòu)類型相同的設(shè)計(jì)法,遵循《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)規(guī)定的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,也有與其它結(jié)構(gòu)不一樣的地方:應(yīng)力表達(dá)設(shè)計(jì)式、疲勞計(jì)算應(yīng)力幅等。
§3-1概述一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的完成預(yù)定功能,做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、保證質(zhì)量。二、結(jié)構(gòu)功能要求●安全性適用性耐久性三、結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度●可靠性:結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間(設(shè)計(jì)使用年限,見教材表3.1)內(nèi),在規(guī)定的條件(正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用)下,完成預(yù)定功能的能力?!裼脕矶攘拷Y(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)成為可靠度?!裼绊懡Y(jié)構(gòu)可靠性的因素:如荷載、材料性能、施工質(zhì)量、計(jì)算方法?!?-2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法
傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法(建國初~1957年)——三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(1957年~1975年)——半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(1975年~1988年)——概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(1988年~發(fā)展中)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展演變一、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)
若整個(gè)結(jié)構(gòu)或幾個(gè)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求,此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。
承載能力極限狀態(tài):結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)的極限狀態(tài)。如傾覆、強(qiáng)度破壞、喪失穩(wěn)定、疲勞破壞、結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系等
正常使用極限狀態(tài):結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限制時(shí)的極限狀態(tài)。也稱變形極限狀態(tài)。如撓度、裂縫、振動(dòng)等?!?-2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003規(guī)定:§3-2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法
可靠概率:完成預(yù)定功能的概率;失效概率:不能完成預(yù)定功能的概率。
二、結(jié)構(gòu)的失效概率和可靠指標(biāo)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要處理兩方面的因素結(jié)構(gòu)抗力R—取決于材料性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征荷載效應(yīng)S—取決于荷載在結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的效應(yīng)(內(nèi)力的總和)
R、S都是隨機(jī)的變量,應(yīng)按它們各自的統(tǒng)計(jì)數(shù)值應(yīng)用概率理論來分析。關(guān)于R和S的概率運(yùn)算用一下功能函數(shù)Z表達(dá):Z=R-S>0,即R>S,結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)Z=R-S=0,即R=S,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)Z=R-S<0,即R<
S,結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)§3-2概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001規(guī)定:一般情況下:當(dāng)永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí):當(dāng)永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)相比很大時(shí):特殊情況下,允許對(duì)做合理調(diào)整,如:對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值大于的工業(yè)建筑樓面活荷載,可取抗力分項(xiàng)系數(shù):對(duì)Q235鋼,取;對(duì)Q345、Q390鋼取
一、分項(xiàng)系數(shù)的取值三、概率極限設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)表達(dá)式二、承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式1、對(duì)荷載效應(yīng)基本組合:①由可變荷載效應(yīng)控制的組合(3—1)§3-3概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式②由永久荷載效應(yīng)控制的組合(3—2)鋼結(jié)構(gòu)習(xí)慣的應(yīng)力表達(dá)式:①由永久荷載效應(yīng)控制的組合(3—3)②由永久荷載效應(yīng)控制的組合(3—4)§3-3概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式③對(duì)于一般的排架、框架結(jié)構(gòu),可采用下列簡化的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式:
(3—5)式中:§3-3概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式2、對(duì)荷載效應(yīng)偶然組合:偶然作用的代表值不乘分項(xiàng)系數(shù);與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載,應(yīng)根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式。具體表達(dá)式及系數(shù)見專門規(guī)范?!?-3概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式三、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式
(3—6)式中:注意理解上述各表達(dá)式中系數(shù)的物理含義(教材P40)§3-3概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式四、鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值疲勞破壞特征突然性,破壞前沒有明顯的宏觀塑性變形,屬于脆性斷裂斷口與一般脆性斷口不同,可分為三個(gè)區(qū)域:裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和斷裂區(qū)對(duì)缺陷(包括缺口、裂紋及組織缺陷等)十分敏感
§3-4鋼材的疲勞和計(jì)算疲勞的兩種類型:常幅疲勞——常幅交變荷載引起——常幅循環(huán)應(yīng)力(簡稱循環(huán)應(yīng)力)變幅疲勞——變幅交變荷載——變幅循環(huán)應(yīng)力(簡稱變幅應(yīng)力)應(yīng)力循環(huán)特征(應(yīng)力比ρ)
按絕對(duì)值計(jì)算的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力之比(拉應(yīng)力取正值,壓應(yīng)力取負(fù)值)ρ=-1完全對(duì)稱循環(huán)ρ=0脈沖循環(huán)ρ=-1~0不完全對(duì)稱循環(huán)(以拉應(yīng)力為主或以壓應(yīng)力為主)影響扎制鋼材與非焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素:
最大應(yīng)力、應(yīng)力比、循環(huán)次數(shù)、缺口效應(yīng)一、常幅疲勞對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度
與非焊接結(jié)構(gòu)存在根本差別的原因:由于焊接加熱及隨后的冷卻,在焊縫及其附近產(chǎn)生殘余應(yīng)力,使該部位形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度與名義應(yīng)力和應(yīng)力比無關(guān)而與應(yīng)力幅Δσ有關(guān)常幅疲勞驗(yàn)算對(duì)焊接結(jié)構(gòu)焊接部位的常幅疲勞驗(yàn)算:(3.7)(3.8)公式3.8中八類構(gòu)件和連接形式的[Δσ]-N曲線參數(shù)β、C的確定對(duì)焊接結(jié)構(gòu)非焊接部位及非焊接結(jié)構(gòu)的常幅疲勞驗(yàn)算:(3.10)[Δσ]取σ0下限值k由試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)取0.7Miner線性累積損傷準(zhǔn)則(linear
cumulative
damage
criteria)
設(shè)某個(gè)構(gòu)件或連接的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜由若干個(gè)不同應(yīng)力幅水平Δσi的常幅循環(huán)應(yīng)力組成,各應(yīng)力幅水平Δσi所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)為ni,相對(duì)的疲勞壽命為Ni,Miner的線性累積損傷準(zhǔn)則為:
二、變幅疲勞(3.11)任一級(jí)應(yīng)力幅水平公式(3.12)設(shè)有等效應(yīng)力幅Δσe循環(huán)Σni次使同一結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞,則有:(3.13)(3.14)吊車梁是鋼結(jié)構(gòu)中變幅疲勞工作的典型構(gòu)件令Δσe=αfΔσmax
(αf
-變幅荷載的欠載效應(yīng)系數(shù))規(guī)范給出了2×106循環(huán)次數(shù)的αf
重級(jí)工作制硬鉤吊車αf
=1.0重級(jí)工作制吊車αf
=0.8中級(jí)工作制吊車αf
=0.5吊車梁疲勞驗(yàn)算以常幅疲勞方式驗(yàn)算:吊車梁變幅疲勞驗(yàn)算(3.15)疲勞驗(yàn)算用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法,疲勞強(qiáng)度按容許應(yīng)力幅計(jì)算,荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值,不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)和動(dòng)力系數(shù),應(yīng)力按彈性工作計(jì)算
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