钢结构设计方法

1、钢结构设计方法第1页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四3.1 概述一、钢结构设计方法的演变(一)容许应力方法是一种传统的设计方法,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: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；-钢材的容许应力。此种方法计算简单方便，目前许多国家采用，我国铁路和公路桥梁规范也采用此法，钢结构疲劳验算也用此法）(二)概论极限状态设计方法第2页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四3.2 概率极限状态设计方法一.极限状态概念：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

2、定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。二.极限状态分为两类： 2.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、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。1.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。 第3页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四三. 概论极限状态设计表达式 1. 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； 2. 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； 3.钢结构设计用应力表达。第4页，共24页，2022年，5

3、月20日，13点55分，星期四（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。4.荷载分项系数取值如下：第5页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四对于钢结构这种单一材料，可以将荷载效应表达式用应力形式表示。 1.可变荷载起控制作用时：2.永久荷载起控制作用时：（一）承载能力极限状

4、态设计表达式第6页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四(二) 正常使用极限状态1. 对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值。Gk -永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的 变形值；Q1k-第1个可变荷载的标准值在结构或结构构件中 产生的变形值（该值使计算结果为最大）；第7页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四 Qik-其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产 生的变形值。 -结构或结构构件的容许变形值。 2. 对于受压、受拉构件，规范规定应限制其长细比， 即: 式中：-受压、受拉构件的计算长

5、细比 ； -规范规定的受拉、受压构件容许长 细比，按规范采用。第8页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四一.明确几个基本概念(一)循环(重复)荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A2.3 钢材的疲劳第9页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四(二)应力循环(三)应力循环特征应力比-构件截面应力随时间的变化。(四)应力幅- 在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:为常量1.常幅循环：为变量2.变幅循环：+-t第10页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四(b)脉冲循环(a)完全

6、对称循环(c)不完全对称循环(d)不完全对称循环第11页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四二.钢材的疲劳分类(一)按断裂寿命和应力高低的不同1.高周疲劳:断裂寿命较长,总应力幅小破坏前应力循环次数多, N5104 ,断裂应力水平低,fy,也称低应力疲劳或疲劳，工程上常见;2.低周疲劳:断裂寿命较短,破坏前应力循环次数少, N=1025104断裂应力水平高，fy，伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳。第12页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四三.影响钢材疲劳强度的主要因素(一)应力集中的影响1.以截面几何形状改变;2.钢材的缺陷。 规范将构

7、件和连接的种类分为 8类，详见钢结构教材P25P27表3-2。第13页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四实际应力循环均形成在拉应力范围2.应力幅（）和应力循环特征（应力比）应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与名义最大应力max和应力比无关。完全对称循环，其疲劳强度最低。第14页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四3.应力循环次数N（疲劳寿命）是指在连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数。应力循环次数N5104，不需要进行疲劳计算。 应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高； 应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。0NX105N1N

8、2fy123456第15页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四 结论：1.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。2.焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点fy)基本无关。3.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。第16页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四(六)疲劳强度计算 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。第17页，共24页，202

9、2年，5月20日，13点55分，星期四3.5 钢结构强度设计指标P3134第18页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四第19页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四第20页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四第21页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四第22页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四五.有关钢结构的规范、规程及标准简介第一层次：通用1.建筑结构可靠度设计统一标准GB500682.建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语GBJ83-853.建筑结构制图标准GBJ105-87 第二层次：通用4. 建筑结构荷载规范GB50009第三层次：与设计有关的5. 钢结构设计规范GB500176. 冷弯薄壁型钢结构设计规范GB500187. 网架结构设计与施工规程JGJ7-918. 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-989. 门式刚架轻型永恒钢结构技术规程CECS102:98第23页，共24页，2022年，5月20日，13点55分，星期四第四层次：与施工有关的10. 钢结构工程施工质量验收规范GB5020511. 钢结构工程质量检验评定标准GB50022112. 建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-9113.钢结构高强螺栓连接的