钢结构计算原理

钢构造的计算原理一、概述钢构造设计过程：依据建筑布局确立构造方案

荷载计算

内力剖析

选定材料及规格构件及连结验算精准计算的要求就是上述每一步都是很正确的，但事实上是很困难的。主要问题在于：计算模型与实质构造有必定的差距计算尺寸与实质尺寸有必定差距计算荷载与实质荷载有必定差距别的，资料性能、施工质量等变化也较大。所以，在设计中怎样适合的考虑这些要素的改动规律，就形成了构造设计方法的几个阶段。1、总安全系数的允许应力计算法2、三个系数的极限状态计算方法3、以构造极限状态为依照,多系数剖析后用单调设计安全系数的允许应力计算方法4、概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法1、总安全系数的允许应力计算法时间：建国初到1957年从前方法：把钢材能够使用的最大强度，除以一个抽象的安全系数作为构造设计计算时构件允许达到的最大应力，即同意应力法。允许应力式中：N——构件的内力；S——截面几何特征；σs——钢材折服强度；K——总安全系数；σ——构件的计算应力。长处：简单、明确。弊端：太抽象。各构件的靠谱程度各不同样，而整个构造取决于靠谱度最小的构件。2、三个系数的极限状态计算方法时间：1957年～1974年方法：依据构造使用上的要求，在构造中规定两种使用极限状态，即承载能力的极限状态和变形极限状态。同时引入三个系数，即以超载系数考虑荷载可能的改动；以资料均质系数考虑资料性质的不一致性；以工作条件系数考虑构造及构件的工作特色以及某些假设的计算图式与实质状况不完整符合等要素。长处：比较仔细，特别是荷载与资料强度取值上分别部分地考虑了概率原则；弊端：某些系数确实定有时缺少客观依照和科学方法。3、以构造极限状态为依照，多系数剖析后用单调设计安全系数的允许应力计算方法时间：1974年～1988年方以构造极限状态（强度、稳固、疲惫、变形等）为依照，对影响构造安全度的诸要素以数理统计，并联合工作实践经验进行剖析。其实质是半概率、半经验的极限状态计算方法。式中：——依据标准荷载求得的内力；——折服强度；——构件几何特征；、、——分别为荷载系数、资料系数和调整系数。构件应力式中：——安全系数；——钢材的同意应力。如[TJ17-74]规范中：A3：2=1.23=1.143=1.0=240N/mm长处：对构造靠谱性的办理有所改良。弊端：对荷载、资料性能等的办理都取一个经验定值，因为这对构造靠谱度的研究仅处于以经验为基础的定性剖析阶段。4、概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法事实上，由荷载惹起的构造内力（称为荷载效应S），构造或构件的承载力或抵挡变形能力（称为构造抗力R）均受各样有时要素的影响，是随时间和空间改动的随机变量，所以钢构造设计规范（GBJ17-88）采纳以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法。固然已经采纳了这样的概率设计法，但因为在剖析中忽视和简化了基本变量随时间变化的关系，所以确立基本变量散布时有相当程度的近似性，且进行了线性化简化计算，所以只好算是一种近似的概率设计法。弊端：对荷载、资料性能等的办理都取一个经验定值，因为这对构造靠谱度的研究仅处于以经验为基础的定性剖析阶段。二、构造概率设计法对构造设计中需要考虑的多种非确立性要素，如荷载、资料性能等，运用概率论和数理统计的方法来找寻它们的规律性，进而进行构造设计，这就是构造概率设计法。荷载效应S：取决于各样荷载（恒载、活载、风、地震作用，温度变化等）。构造或构件的承载力或抗力R：取决于资料、构件的几何特征等。设构造状态方程：当时，构造靠谱；当时，构造无效；当时，构造或构件承载能力处于极限状态。构造靠谱度：构造在规准时间内，在规定的条件下，达成预约功能的概率。若以表示构造的靠谱度，则：无效概率：构造处于无效状态的概率，以构造能否靠谱就看构造靠谱度能否足够大或其无效概率能否小到能够接受的程度。关于一个构造状态方程，其均匀值与其标准差的比值，称为构造或构件的靠谱度指标。与有确立的对应关系，增大，减小，而关于构造来说简单确立得多。（图）三、钢构造设计的规定承重构造设计均按承载能力极限状态和正常使用极限状态来进行的。计算构造或构件的强度或稳固性及连结的强度时应采纳荷载的设计值；计算疲惫和变形时，采纳荷载的标准值。其余规定：直接承受动力荷载的构造尚应试虑动力系数，依照规范进行。承载力极限状态承载能力极限状态为构造或构件达到最大承载能力或达到不适于持续承载的变形的极限状态。承载能力极限状态应试虑荷载效应的基本组合，必需时还要考虑荷载效应的有时组合。强度、稳固性设计采纳的极限状态设计表达式：式中：——构造重要性系数，当安全等级为一级时，安全等级为二级时，安全等级为三级时，安全等级依照重要性程度不一样而划分，见有关标准、规范；——永远荷载设计值在构造构件中或连结中产生的应力，，为标准值，为分项系数，一般取1.2，当永远荷载效应付构造有益时取1.0；——第i个可变荷载设计值在构造构件或连结中的应力，，为第i个可变荷载标准值，为分项系数，一般取1.4；——荷载组合系数；——构造构件或连结的强度设计值，，为资料强度标准值，抗力分项系数。正常使用极限状态正常使用极限状态为构造或构件达到正常使用（变形或持久性能）的某项规定限值的极限状态。其表示式为：式中：——永远荷载标准值在构造或构件中产生的变形；——第一个可变荷载标准值在构造或构件中产生的变形；——第i个可变荷载标准值在构造或构件中产生的变形；——构造或构件的允许变形值。梁以允许挠度表示。四、钢构造的疲惫和疲惫强度疲惫：钢材在连续频频荷载作用下，固然应力还低于极限强度，甚至应力还低于折服点，而发生的断裂。（请看动画）钢材在疲惫损坏从前，其实不出现显然的变形和局部缩短，它和脆性损坏同样，是一种忽然发生的断裂。钢材的疲惫过程可分为裂纹的形成，裂纹迟缓扩展和最后快速断裂三个阶段。疲惫强度与频频荷载惹起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和剩余应力等有关。对钢构造进行疲惫计算时有以下规定：1）承受动力荷载重复作用的钢构造构件及其连结，当应力变化循环次数n等于或大于105次时，应进行疲惫计算；）在应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲惫；）计算疲惫时，应采纳荷载的标准值；4）关于直接承受动力荷载的构造，计算疲惫时，动力荷载标准值不该乘以动力系数；5）计算吊车梁或吊车桁架及其制动构造的疲惫时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台吊车确立。五、疲惫计算的方法疲惫计算采纳允许应力幅法，按弹性状态计算应力，分常幅疲惫和变幅疲惫双方面进行计算。左边疲惫计算只合用于常温下、无激烈腐化环境中钢构造的高周疲惫计算（应力循环次数）。计算范围只限于中级承受重复作用动力荷载的钢构造构件及其连结。对构件表面温度大于150℃、海水腐化环境、低周高应力等特别条件下的疲惫，则应参照其余有关规定进行计算。常幅疲惫当应力循环内的应力幅保持常量时，称为常幅疲惫。常幅疲惫的验算公式为：式中：——对焊接部位称为应力幅，其值为，对非焊接部位称为折算应力幅，其值为，——每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正当），——每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力（拉应力取正当，压应力取负值）；——允许应力幅（N/mm2），按构件和连结的类型及应力循环次数n由下式确立：式中参数和依据构件和连结的类型按下表采纳参数、连结23456781类型1940861×3.26×2.18×1.47×0.96×0.65×0.41××1012101210121012101210121012101244333333对我国规范介绍的Q235、Q345、Q390三种钢材，和与钢号没关。疲惫计算的构件和连结分类见有关知识，此中给出了19种不一样状况的构件或连结，分属于1到8的八个类型。类型数字愈大，则其疲惫性能愈差。变幅疲惫当应力循环内的应力幅随机变化时为变幅疲惫。若能展望构造在使用寿命时期各样荷载的应力幅以及次数散布所组成的设计应力谱，则依据积累损害原理可将变幅疲惫折合为等效常幅疲惫，按下式计算：式中:——为变幅疲惫的等效应力幅，按下式计算：——以应力循环次数表示的构造预期使用寿命；——预期寿命内应力幅水平达到的应力循环次数。关于没有设计应力谱的变幅疲惫钢构造可作为常幅疲惫计算，计算时循环次数n应依据构件使用中满负荷的程度予以折减。吊车梁及吊车桁架疲惫计算重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架（桁架式吊车梁）的疲惫可按下