三章设计方法讲解.ppt

1 (#)/60 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： 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定限值。 §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: 3.概率极限状态设计方法 3.1、近似概率极限状态设计法 （现行钢结构设计规范(GB50017－2003)） 3.2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。 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的工业房屋楼面结构的活荷载标准值应取1.3。 （三）使用设计表达式的注意事项 B. 对于非焊接结构和轧制钢材 （2）应力循环次数N（疲劳寿命） 由试验结果以及上述分析可知钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、应力循环次数和应力幅有关。 二、疲劳强度计算 （二）变幅疲劳计算 时，构件和连接不会产生疲劳破坏。 为损伤率， 为累积损伤率 1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2 两种应力循环的应力幅都是150N/mm2 ，疲劳强度相同，是否合理？ 2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，规范中有没有相应的规定？ 1．什么叫疲劳强度？应力幅和应力比的含义？请绘图说明各种类型的应力循环。 2.对于焊接构件，影响疲劳强度的因素都有那些？ 3.焊接残余应力对于疲劳强度有无影响？分析对于静力强度有无影响？ 在循环次数N一定的情况下，根据试验资料可以绘出N次循环的疲劳图(σmax和σmin关系曲线)。 当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0 和σ-1，连接BC并延长至A、D。 非焊接结构的疲劳图 D A 由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材，疲劳强度与最大应力、应力比（构造类型的应力集中情况）有关。 AD直线方程为： D A 非焊接结构的疲劳图 应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高； 0 NX105 N1 N2 fy 1 2 3 4 5 6 （3）构件和连接的分类 规范中将构件和连接分为8类，1-轧制型钢，8-角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。p276 对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。 （一）常幅疲劳 根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅Δσ 与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回 归的Δσ-N曲线为平均曲线(图a)，取对数坐标(图b)。 1.容许应力幅[Δσ] 由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。 Δσ-N曲线 (a) 0 N 考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的标准差 s 作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时，保证率为97.7%。 2S 2S (b) 0 N=5×104 N=5X106 . . . . . . . . . . . . b1 则对应疲劳寿命n的容许应力幅可由直线