3钢结构的破坏形式及计算方法.ppt

塑性变形后出现内力重分布，使应力趋于均匀，提高了结构的承载能力 建筑钢材的塑性性能一定条件下可以加以利用，如简支钢梁可以容忍塑性在最大弯矩截面上有一定的发展、连续梁及钢框架结构按照塑性方法设计时，允许结构中出现塑性铰及内力重分布。 引起脆性破坏的因素 钢材的质量（如S、P、C等的含量） 时效 应力集中 使用温度 力的作用性质 冶金和机械加工中产生的缺陷（特别是缺口和裂纹） 3.1.2整体失稳破坏 钢材强度较高，相同条件下，钢结构构件的截面较小。所以钢结构构件在受压时稳定性的问题特别突出，一旦结构或者构件局部有受压的可能，设计时就要考虑稳定因素防止发生整体失稳。 3.1.3板件局部失稳破坏 某些情况下，组成构件结构的板件的局部丧失稳定会先于构件整体失稳出现。局部失稳的发生可能最终促成或导致结构或结构构件的整体丧失稳定，造成破坏。 但在某些特定条件下，局部失稳并不是构件承载能力的最终极限，则可以容忍其发生，甚至有目的的对屈曲后强度加以利用。 屈曲后强度的应用与计算。《钢结构设计规范》均给出了有关指导条文。 3.1.4 疲劳破坏及损伤累积 钢结构的疲劳破坏，是指在重复或交变荷载的作用下，裂纹不断发展最终达到其临界状态而产生的脆性断裂。如工业厂房中的吊车梁有可能出现疲劳问题。 裂纹的发展阶段 疲劳破坏是损伤累积的结果，一般经过裂纹形成、裂纹缓慢扩展、最后突然断裂三个阶段。建筑钢结构不可避免的存在微观缺陷，类似于微裂纹，因此建筑钢结构疲劳破坏过程实际只经历后两个阶段。 3.1.6 刚度不足 钢结构由于材料强度高，在跨度比较大、层高比较高的情况下，构件尺寸往往设计的比较细长，因而刚度不足的问题比较突出。 一、钢结构设计方法的演变 1.容许应力方法 从20世纪初到20世纪5O年代，钢结构采用安 全系数法设计，即: 2.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。 (3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。 a. 半概率极限状态设计方法; 1).三系数法（当时称为计算极限状态法） : 1957年至1973年我国钢结构设计采用半概率的分项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即: 荷载分项系数--考虑荷载的不定性; 材料分项系数--考虑材料的不均性; 工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。 2) 半经验半概率极限状态设计法(容许应力法） b、近似概率极限状态设计法 （现行钢结构设计规范(GB50017－2003)）  结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： Z＝g（X1，X2，…，Xn） （1－ 3） 因为R和S都是随机变量，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: 因σz＞0，故： 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 c.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。 三、钢结构设计表达式 a. 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)，用分项系数的表达式进行计算； b. 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。 （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（效应）组合，采用下列表达式设计： 式中：γo--结构重要性系数； S --荷载效应（组合）的设计值； R --钢结构构件或连接材料抗力的设计值。 （1）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 （2）可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结