第三章设计方法ppt课件.ppt

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1、第三章钢结构的设计方法本讲主要内容：概述设计方法的发展与演变现行规范的基本计算方法疲劳计算1结构设计的目的是要使设计的结构能满足各种预定功能的要求。建筑结构功能包括：概述§3.1（1）安全性：能承受施工、使用荷载及引起变位或约束变形的其它作用（如支座沉陷、温度变化）；偶然荷载（如地震、火灾、洪水等）（2）适用性：在正常使用荷载作用下，结构应具有良好的工作性能，满足预定的使用要求。（3）耐久性：在正常维护下，随时间变化结构仍能满足预定的功能要求。2结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结构(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或规

2、定限值。设计准则：3§3.2钢结构设计方法的发展演变1.容许应力方法这种方法，是把材料可以使用的最大强度，除以一个笼统的安全系数作为其允许达到的最大应力，令所有截面的应力不超过该值.从20世纪初到20世纪5O年代(57年以前)，钢结构采用安全系数法设计，即:N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征；f--钢材的最大强度；K--大于1的安全系数；[σ]--钢材的容许应力。4这种设计方法突出优点是计算简单，我国钢结构设计从建国初到1957年以前一直采用该方法。缺点是容易使人误以为采用了安全系数，结构就100％安全。另外，结构中各构件采用的安全系

3、数相同，由于荷载性质、截面构造等因素，各构件的可靠度并不相同，整个结构取决于可靠度最小的构件。一般受压结构中，钢结取1.41，混凝土取1.65，砖石结构取2.3。52.半概率半极限状态设计法该方法根据结构使用上的要求，规定了两种极限状态，即承载能力的极限状态和变形极限状态。公式表达为：6式中：Ni——根据标准荷载求得的内力；fy——屈服强度；S——构件几何特性；K1、k2、k3——分别为荷载系数、材料系数和调整系数;K——安全系数；[σ]——钢材的允许应力。我国在1974年～1988年使用的是这种设计方法优点：比较细致，特别是荷载与材料强度取值

4、上分别部分地考虑了概率原则；缺点：某些系数的确定有时缺乏客观依据和科学方法。73.概率极限状态设计方法(1)极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。(2)极限状态分为两类：b.正常使用极限状态:包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的耐久性的局部破坏等状态。a.承载能力极限状态:包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。83.1、近似概率极限状态设计法（现行钢结构设计规范(GB50017－2003)）结构的工作性

5、能可用结构的“功能函数Z”来描述：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（3－3）式中：g（·）--结构的功能函数；Xi(i＝1，2,…,n)--影响结构可靠性的各物理量。9一般结构将各因素概括为两个综合随机变量--结构的抗力R、作用效应S，则公式（3-3）可以写成：Z＝g（R，S）＝R－S（3-4）在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：Z＞0表示结构处于可靠状态；Z＝0表示结构处于极限状态Z＜0表示结构处于失效状态；判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态，为此，通常将下式：Z＝g(R，S)＝R－S＝0(3-5)称为极限状态方程。10因为R和S都

6、是随机变量，且假定都服从正态分布，由概率论原理知功能函数Z=R-S也服从正态分布,则:f(z)PfμzZ的概率密度曲线Z=R-S令：Z、R、S的平均值分别为μz、μR、μs，标准差分别为σz、σR、σs，则:11从图中可以看出β与失效概率Pf间存在着一一对应关系,即:1).β减小时，阴影部分的面积增大，即失效概率Pf增大；2).β增大时，阴影部分的面积减少，亦即失效概率Pf减小。说明β可以作为衡量结构可靠度的一个数量指标。β—可靠度指标f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S12标准正态分布时与的对应值4.03.17X10-53.71.08X

7、10-43.26.87X10-41.35X10-33.0结构可靠度的定量尺度问题既已解决，则应该使所设计结构的可靠指标不低于“目标可靠指标”。目标可靠指标的选择涉及因素很多，目前大多采用“校准法”来确定，即，以长期的工程实践为基础，通过对原有规范的反演分析，找出校准点，在经过综合分析确定设计采用的目标可靠指标。133.2全概率设计法对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行精确的概率分析，求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。§3.3现行规范的基本计算方法采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(疲劳问题除外)，用分项

8、系数的表达式进行计算；结构的可靠度用可靠度指标来度量，并以分项系数的形式考虑。14一、按承载能力极限状态设计应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载