钢结构设计方法.ppt

第三章 钢结构设计方法,结构设计目的结构设计方法发展容许应力法一次二阶矩法（概率设计方法）现有规范采用的设计方法,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,3.1 结构设计目的,安全性（1）能承受正常条件下的各种作用（2）偶然荷载下，结构保持必要的整体性（小震不坏、中震可修、大震不倒）,可靠性,中南大学桥梁工程系,其他要求：经济、美观、环保,适用性：正常荷载作用下，结构满足正常使用要求,耐久性：正常维护下，结构使用寿命有保障,第三章 钢结构设计方法,可靠性与经济性的关系？,中南大学桥梁工程系,如何在两者之间找到平衡点？,（1）结构设计安全余地留多大？,（2）结构设计时如何把安全余地考虑进去？,解决途径：设计方法与设计规范+工程师的创造性,第三章 钢结构设计方法,3.2 结构设计方法发展过程,定值法,概率法,容许应力法：单一安全系数；弹性设计,破坏阶段设计法：单一安全系数；极限概念,多系数极限状态法：多系数；部分概率化；极限状态,近似概率极限状态设计法（一次二阶矩法）：联合概率；近似方法,全概率极限状态设计法：完全概率方法；暂难实现,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,1 容许应力法基本表达式,3.3 容许应力法,荷载效应结构抗力安全系数,（强度设计式）（稳定设计式）,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,（1）形式简单，使用方便，已积累丰富经验（2）安全系数K无法反映结构的可靠概率（3）相同安全系数K反映的安全水平可能不同（4）安全系数K的取值主要有经验确定（美国1.671.80；英国1.68；德国1.50；日本1.50；我国1.41.7）,2 容许应力法特点,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,1 基本思想,3.4 一次二阶矩法（近似的概率设计方法）,将荷载效应、结构抗力视为随机变量，用概率方法表述结构的可靠性。,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,2 结构功能函数与可靠概率,0 可靠状态=0 极限状态0 失效状态,结构功能函数,可靠概率与失效概率,要分析可靠概率必须知道Z的概率分布，但实际很难，故全概率分析暂时不能实现，只能走近似道路。,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,3 结构可靠度的近似表达式,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,（1）功能函数Z是基本变量x1xn的一次式。（2）R、S独立，均为正态分布，这样Z也为正态分布。,一次二阶矩法的假定,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,失效概率的计算式,可靠指标与失效概率一一对应,中南大学桥梁工程系,一阶原点矩,二阶中心矩,第三章 钢结构设计方法,分项系数设计表达式,中南大学桥梁工程系,（1）目标可靠指标如何确定？,（2）实际结构可靠指标与荷载，抗力等多项因素有关，如何表述？,两个问题：,第三章 钢结构设计方法,目标可靠指标,中南大学桥梁工程系,校准法：根据新方法，回推以往规范隐含的可靠度，作为 确定目标可靠指标的依据。,第三章 钢结构设计方法,分项系数设计表达式,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,4 两种极限状态及其设计表达式,承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时极限状态。,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,（1）达到最大承载能力:如失稳，混凝土梁抗弯强度等,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,拉杆塑性变形:6米长拉杆，Q235,开始屈服时应变为0.15%，对应的伸长量为9mm。屈服结束时应变为2.5%，对应的伸长量为150mm。达到破坏时，伸长量更大。使结构几何形状发生显著改变。,（2）达到了不适于继续承载的变形状态：拉杆，钢梁强度,钢梁塑性变形:,正常使用极限状态结构或构件达到正常使用的某项规定的限值时的极限状态。,举例:(1)钢梁的挠度计算。(2)混凝土结构裂缝宽度检算。,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,1 现有钢结构设计规范,3.5 我国钢结构设计方法及规范,铁路钢结构,容许应力法,铁路桥梁钢结构设计规范（2005年）,建筑钢结构,一次二阶矩法,钢结构设计规范（2003年）,公路钢结构,容许应力法,公路桥梁设计规范（JTJ025-86）,中南大学桥梁工程系,第三章 钢结构设计方法,2 其他规范,中南大学桥梁工程系,冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）：适用于冷成型的薄壁型钢结构。,钢结构工程施工质量验收规范（GB50205）,其他专门规范：抗震、防火、防腐、高层等规范,第三章 钢结构设计方法,3、本章总结,