《金属结构设计》绪论(用).ppt

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1、金属结构设计,课程名称,0 绪 论,目 录,0.绪 论0.1 金属结构的特点和应用 0.2 金属结构设计的基本要求 0.3 金属结构的设计方法0.4 金属结构的研究进展,0 绪 论,0.1 金属结构的特点和应用 金属结构（钢结构）定义 金属结构的特点 金属结构的应用,0 绪 论,由钢材制成的板和型钢，按一定规则用焊缝、螺栓或铆钉连接起来，能承受荷载并满足一定使用要求的工程结构，称为钢结构。机械工程中，称为金属结构。,金属结构(钢结构)定义,0 绪 论,材质均匀，可靠性高。,强度高，重量轻。,塑性和韧性好。,便于机械化制造。,安装方便，施工期限短。,密封性好。,耐热性较好。,耐火性差。,金属结构

2、的特点,耐锈蚀性差。,0 绪 论,工业与民用建筑：工业厂房结构、大跨度建筑结构、多层建筑结构和高层建筑结构等。,交通运输：车辆、船舶和桥梁等。,石油化工：压力容器、海上石油钻井平台、石油钻 井塔架等。,水利电力：水工钢闸门、栏污栅、压力钢管、大型 施工栈桥、输电杆塔、火电厂锅炉钢排 架等。,大型机械：起重机械、运输机械、石油机械等。,金属结构的应用,0 绪 论,安全可靠、耐用。,0.2 金属结构设计的基本要求,满足工作要求。,结构合理、经济。工作性能好、使用方便。结构自重轻。制造工艺性好。安装、运输和维修方便。,外形美观。,0 绪 论,0.3 金属结构的设计方法,0.3.1 金属结构设计的目的

3、 0.3.2 传统容许应力设计法 0.3.3 新容许应力设计法 0.3.4 极限状态设计法 0.3.5 金属结构设计的基本规定,0 绪 论,0.3.1 金属结构设计的目的,金属结构设计目的：是使金属结构在满足功能要求的基 础上，安全可靠，技术先进和经济 合理。,我国金属结构的设计方法主要经历的三个阶段：传统的容许应力设计法、新的容许应力设计法、以概率为基础的极限状态设计法。,0 绪 论,设计准则：结构构件的计算应力应不超过结构设计规范规定的容许应力，其按承载能力的一般表达式为：,式中：构件由各种标准荷载产生的总内力；构件的几何参数(截面面积或截面抵抗矩等)；容许应力，是将构件材料的极限应力(钢

4、材屈服 点s或用符号fy）除以大于1的安全系数而 得，即：,优点：形式简单，应用方便。缺点：采用凭经验确定的定值的单一安全系数，没有考虑各 种结构具体情况的差异，不能保证所设计结构具有比 较一致的安全水平。,(0-1),0.3.2 传统容许应力设计法,0 绪 论,设计准则：与上同。其按承载能力的一般表达式为：,式中：K1荷载系数；K2材料系数；K3调整系数,特点：保留了传统容许应力设计法简单明了的形式，但赋于 了新内容，概念明确，便于应用。,新内容：安全系数确定方法不同。以结构的极限状态为依 据，结合我国二十多年的工程实际经验，对影响结构 安全度的各种因素以数理统计的方法逐个进行分析，即进行多

5、系数分析，综合成一个单一的安全系数。此 法实质上是半概率半经验的极限状态设计法。,(0-2),0.3.3 新容许应力设计法,0 绪 论,0.3.4 极限状态设计法,结构应满足的功能结构的可靠性极限状态计算方法,安全性 适用性 耐久性,结构的可靠性结构可靠度,几个名词解释承截能力极限状态正常使用极限状态,0 绪 论,安全性,结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形等的作用；在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。,0 绪 论,适用性,结构在正常使用荷载作用下，应具有良好工作性能，满足预定的使用要求，如不发生影响正常使用的过大变形等。,0 绪 论,耐久性,结

6、构在正常维护下，随时间变化仍能满足预定功能要求，如不发生严重锈蚀而影响结构的使用寿命等。,0 绪 论,结构的可靠性,指结构在规定时间内（设计基准期，如50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和正常维护），完成预定功能的能力。用结构可靠度来度量。,0 绪 论,结构可靠度,指结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。,可靠概率：结构或构件能够完成预定功能的概率。,失效概率：结构或构件不能完成预定功能的概率。两者互补，即。,0 绪 论,几个名词解释,作用：指使结构产生内力、变形、应力、应 变的所有原因。,作用效应（）：指结构上的作用引起的结构或其构件的 内力和变形；作用为荷

7、载时，其效应可 称为荷载效应。因作用是不确定的随机 变量，所以作用效应一般也是随机变量。,结构抗力（）：指结构或构件承受作用效应（及内力 和变形）的能力（如构件的承载能力、刚度等）。它取决于构件材料性能、几 何参数等，也是随机变量。,结构的极限状态：指结构能够满足设计规定的某一功能 要求的临界状态。,0 绪 论,承载能力极限状态,这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力（如强度破坏、丧失稳定、疲劳破坏等）或不适于继续承载的变形（如过度的塑性变形等）。,0 绪 论,正常使用极限状态,这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值（如结构或构件出现影响正常使用的变形，出现影响

8、正常使用的振动，出现影响正常使用或耐久性的局部破坏）。,计算方法,0 绪 论,结构所处的各种状态可概括为：结构处于可靠状态；(0-3)或写成 结构处于极限状态(0-4)结构处于失效状态。,式(0-4)称为极限状态方程。Zg(R，S)是反映结构完成功能状态的函数，称为结构的功能函数或状态函数。,更一般的情况，极限状态方程Zg(R，S)可写成：Zg(X1，X2，.，Xn)(0-5),式中：Xi(i1,2,.,n)基本变量，计算结构各种荷载（作 用）效应时采用的荷载值及影响结 构抗力的各种因素，如材料性能、几何参数、计算模式等。它们都是 独立的随机变量。,0 绪 论,用公式表示：(0-6)(0-7)

9、,按上述原理进行概率运算是一个非常复杂的课题，且目前我们对很多随机变量缺乏足够的统计资料，所以在上述方法的基础上又进行了分析、推导和简化，按照失效概率的要求，校准了各随机变量的分项系数，提供了以概率理论为基础的极限状态设计法（疲劳计算除外），用分项系数的设计表达式进行计算。这种方法实质上是近似概率极限状态设计法。,设计时应使0(RS)的概率不低于某一特定数值。,0 绪 论,0.3.5 金属结构设计的基本规定,对于承载能力极限状态，采用下列设计表达式：,（0-8）,写成应力表达式：,（0-9）,现行钢结构设计规范(GB50017-2003)，采用以概率为基础的极限状态设计方法（疲劳强度除外），用

10、分项系数的表达式进行计算。各种承重结构均应按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。,0.3.5 金属结构设计的基本规定（续）,0 绪 论,对于正常使用的极限状态，其计算公式为：,(0-10),注：计算结构或构件的强度、稳定性以及连接强度时，应采用荷 载设计值；计算变形和疲劳时，应采用荷载标准值。对于直接承受动力荷载的结构，计算强度和稳定时，动力荷 载应乘以动力系数；计算变形和疲劳时，不乘动力系数。我国钢结构设计规范(GB500172003)采用此法。,0 绪 论,宝钢150吨电炉主厂房,0 绪 论,宝钢成品库工程,0 绪 论,济钢炼钢厂厂房,0 绪 论,上海浦东国际金融大厦工程,0 绪 论,

11、广州新白云（网架结构）机场航站楼张拉膜工程,0 绪 论,山东水上训练基地体育场,0 绪 论,三峡莲沱大桥结构,0 绪 论,某公路大桥,0 绪 论,越南铁道桥，桁架结构，2410t,0 绪 论,胜利海洋钻井平台,0 绪 论,自升式海上石油钻井平台（购自俄罗斯的海洋石油931）,0 绪 论,常规与异相型系列抽油机（抚顺）,0 绪 论,SL型港口用装卸臂（抚顺）2-1,0 绪 论,隔河岩大型压力钢管吊装,0 绪 论,安装中的三峡永久船闸人字门,0 绪 论,湖北天堂抽水蓄能机组安装,0 绪 论,葛洲坝水利枢纽一号船闸下游人字门，规格34.519.7m，总重1,240t,0 绪 论,广西京南电站人字门,

12、0 绪 论,葛洲坝二江27孔泄水弧形门（单重235t）,0 绪 论,湖南株树桥弧形闸门,0 绪 论,湖北白水峪发电站21000KN门机,0 绪 论,重庆鱼跳电站5000KN固定式启闭机,0 绪 论,广东白石窑电站耙斗式清污机,0 绪 论,葛洲坝全景,0 绪 论,广西平罗500kV回输电线路,0 绪 论,220KV舟山与大陆联网工程跨越塔高度370米，跨距2756米，为亚洲之最；,0 绪 论,220KV舟山与大陆联网工程(续),0 绪 论,220KV舟山与大陆联网工程(续),0 绪 论,220KV舟山与大陆联网工程(续),0 绪 论,制造安装的三峡工程钢栈桥,0 绪 论,阿塞拜疆发电厂,钢重：2250t,0 绪 论,某火电厂钢排架,0 绪 论,建设中的秦山核电站,0 绪 论,C型龙门式起重机,0 绪 论,A型双主梁吊钩门式起重机,0 绪 论,QTZ100塔式起重机,0 绪 论,浮式起重机,0 绪 论,古洞口电站厂房80t变频调速桥式起重机,0 绪 论,门座式起重机,0 绪 论,汽车式起重机QY125,0 绪 论,施工升降机,0 绪 论,SC200 200施工升降机,0 绪 论,挖掘机,0 绪 论,压桩机,