6容许应力法和承载能力极限状态法在钢结构设计中的区别
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钢桥设计方法和技术规范L/O/G/O钢桥的设计方法➢容许应力设计法➢破损阶段设计法➢自应力设计法➢极限状态设计方法➢LRFD设计方法一、容许应力设计法——摘自《现代钢桥》吴冲主编。
——摘自《结构力学》李廉锟主编。
容许应力法的缺点容许应力法至今在工程中仍广泛应用。
但是容许应力法存在如下的缺点:①由塑性材料制成的结构,尤其是超静定结构,当某一局部应力达到屈服极限时,结构并不破坏,还能承受更大的荷载从而进入塑性阶段继续工作;②按容许应力法以个别截面的局部应力来衡量整个结构的承载能力是不够经济合理的;③以确定容许应力的安全系数k也不能反映整个结构的安全储备。
二、破损阶段设计法基本原理:结构构件达到破损阶段时的计算承载力R 应不低于标准荷载引起的构件内力S 乘于由经验判断的安全系数K 。
即:计算承载力R 是根据结构构件达到破损阶段时的实际工作条件来确定的。
KS R破损阶段设计法的优缺点❖优点:破损阶段设计法考虑了材料的塑性变形性能,可以充分发挥材料的潜力,但要求结构和构件具有足够的延性,因而在塑性设计中截面腹板和翼缘的尺寸比例有严格的限制。
❖缺点:①同容许应力法一样,依然采用单一安全系数,且安全系数主要根据经验取值,显然,单一的安全系数不能确切地度量结构的可靠性;②材料屈服的扩展和结构构件的稳定性在结构设计中仍然没有反映。
三、自应力设计法想请刘老师谈谈破损阶段设计法和自应力设计法!四、极限状态设计方法❖极限状态设计法的基本原理是引入概率论、数理统计及可靠性理论的设计方法,将结构置于各种可能的极限状态下进行分析。
❖极限状态通常分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类。
承载能力极限状态包括所以使结构进入最终破坏的状态,而正使用极限状态只涉及结构在使用荷载下的结构效应所处的状态。
❖极限状态设计法按概率理论应用的程度分为半概率法(水准Ⅰ)、近似概率法(水准Ⅱ)、和全概率法(水准Ⅲ)半概率极限状态设计法——摘自《现代钢桥》吴冲主编。
钢结构(本)章节小练习第一章绪论1.世界第一座铸铁拱桥是()正确答案是:雪纹桥2.在公元前60年前后,我国就修建了()正确答案是:铁链桥1.最早的钢结构由铁结构发展而来。
()正确的答案是“对”。
2.钢结构的广泛应用源自于钢材的优异性能、制作安装的高度工业化、结构形式的丰富多样以及对复杂结构的良好适应等特点。
()正确的答案是“对”。
1.下面关于钢结构特点说法有误的一项是()正确答案是:耐热性差、耐火性好2.相比较来讲,最适合强震区的结构类型是()正确答案是:钢结构3.相比较来讲,钢结构最大的弱点是()正确答案是:易于锈蚀4.相比较来讲,当承受大荷载、动荷载或移动荷载时,宜选用的结构类型是()正确答案是:钢结构5.下列均为大跨度结构体系的一组是()正确答案是:网壳、悬索、索膜6.通常情况下,输电线塔和发射桅杆的结构形式属于()正确答案是:高耸结构1.钢材在冶炼和轧制过程中质量随可得到严格控制,但材质波动范围非常大。
()正确的答案是“错”。
2.钢材质地均匀、各向同性,弹性模量大,具有良好的塑性和韧性,可近似看作理想弹塑性体。
()正确的答案是“对”。
3.结构钢具有良好的冷、热加工性能,不适合在专业化工厂进行生产和机械加工。
()正确的答案是“错”。
4.钢结构在其使用周期内易因温度等作用出现裂缝,耐久性较差。
()正确的答案是“错”。
5.钢材是一种高强度高效能的材料,可以100%回收再利用,而且没有资源损失,具有很高的再循环价值。
正确的答案是“对”。
6.钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
()正确的答案是“对”。
1.结构在规定的时间内,规定的条件下,完成预定功能的能力,称为结构的()正确的答案是:可靠性2.结构可靠性主要包括()正确的答案是:安全性、适用性和耐久性3.下列均为承载能力极限状态范畴的一组是().正确的答案是:构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂1.钢结构设计的目的是保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
容许应力法和概率(极限状态)设计法在钢结构设计中的应用内容提要本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法四个结构设计理论,并且列出了我们经常用的容许应力法和概率(极限状态)设计法的实用表达式和参数选用,通过对上述两种方法参数的比较,总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项,以期望达到提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。
1、前言我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率(极限状态)设计法,有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆,因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较,供广大技术人员参考。
2、四种结构设计理论简述2.1、容许应力法容许应力法将材料视为理想弹性体,用线弹性理论方法,算出结构在标准荷载下的应力,要求任一点的应力,不超过材料的容许应力。
材料的容许应力,是由材料的屈服强度,或极限强度除以安全系数而得。
容许应力法的特点是:简洁实用,K值逐步减小;对具有塑性性质的材料,无法考虑其塑性阶段继续承载的能力,设计偏于保守;用K使构件强度有一定的安全储备,但K的取值是经验性的,且对不同材料,K值大并不一定说明安全度就高;单一K可能还包含了对其它因素(如荷载)的考虑,但其形式不便于对不同的情况分别处理(如恒载、活载)。
2.2、破坏阶段法设计原则是:结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是:以截面内力(而不是应力)为考察对象,考虑了材料的塑性性质及其极限强度;内力计算多数仍采用线弹性方法,少数采用弹性方法;仍采用单一的、经验的安全系数。
2.3、极限状态法极限状态法中将单一的安全系数转化成多个(一般为3个)系数,分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响,还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法(半概率方法)。
极限状态法的特点是:在可靠度问题的处理上有质的变化。
这表现在用多系数取代单一系数,从而避免了单一系数笼统含混的缺点。
容许应力法和极限状态法的区别
容许应力法和极限状态法是结构设计中常用的两种设计方法。
它们之间的主要区别如下:
1. 定义不同:
容许应力法是一种基于材料强度、应力、机械性能等参数的设计方法,设计时依据工作状态下的允许应力,通过应力分析来确定结构的合理尺寸和截面形状,以保证结构在使用过程中不超过允许应力,从而达到安全可靠的设计目的。
极限状态法是一种基于设计的极限状态进行分析、评估和控制的设计方法,结构的极限状态可以分为破坏状态和使用状态两种,破坏状态是指结构不具备承受荷载的能力,使用状态是指结构仍然能够承受荷载,但其性能和可靠性不足以满足使用要求。
极限状态法设计的目的是使结构在预定工作状态下,能够满足设计要求,并保证在极限状态下不出现破坏状态或使用状态无法满足使用要求的情况。
2. 适用范围不同:
容许应力法适用于受力状态相对简单的结构,如梁、板、扁铁、圆杆等,容许应力法主要考虑结构的静态强度和稳定性。
极限状态法适用于复杂结构、变形状态复杂、受力条件复杂的结构,如桥梁、钢
结构等,极限状态法主要考虑结构的承载能力和使用安全性。
3. 设计原则不同:
容许应力法设计的原则是在受力状态下不超过允许应力,从而保证结构的安全性。
极限状态法设计的原则是使结构在预定工作状态下能够满足设计要求,并保证在极限状态下不出现破坏状态或使用状态无法满足使用要求的情况,从而保证结构的可靠性。
1、建筑三要素:强度、适用和美观2.混凝土强度等级的表示方法为,符号C代表(混凝土),C后面的数字表示以()为单位的立方体抗压强度标准值。
1.建筑结构按材料分类:混凝土结构、砌体结构、钢结构、组合结构、2.按结构体系分类:混合结构、排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、简体结构3.按建筑物层数分为:高层建筑、多层建筑、低层建筑十层及其以上或高度超过28m的混凝土结构定义为高层建筑,十层及以上的居住建筑或24以上的其他民用建筑称为高层建筑,40层及以上或超过100米的建筑为超高层建筑4.由砖砌体、石砌体或砌块砌体用砂浆砌筑而建造的结构,称为砌体结构。
砌体结构的保温、隔热性能好、节能效果明显。
缺点是自重大、强度较低,抗震性能差5.以钢材为主要承重骨架而制作的结构称为钢结构。
钢材的抗拉及抗压、抗剪强度想对来说比较高,构件截面小,具有良好的延性,抗震性能好。
缺点是易生锈、耐火较差、且价格昂贵6.组合结构是指钢与混凝土共同承受荷载的结构按其组成方式可分为钢骨混凝土结构和混合结构7.在框架结构中,适当布置一定数量的剪力墙构成以框架和剪力墙共同承受水平和竖向荷载作用的结构称为框架剪力墙结构8.简体结构又可分为框筒结构、筒中筒结构、和束筒结构9.作用:施加在结构上的集中或分布荷载以及因其结构外加变形或约束变性因素的总称10.由作用引起的结构或构件的反应称为作用效应11.结构或结构构件承受作用效应的能力称为结构抗力影响主要因素:材料性能和结构的几何尺寸及计算的精确性12.荷载的分类:按时间的变异分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载;按空间位置的变异分为固定荷载、可动荷载13.按结构的反应分为静态荷载、动态荷载14.承载能力极限状态:结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态,成为该结构或结构构件达到了承载能力极限状态15.正常使用极限状态:结构或结构构件达到正常使用或永久性能的某项规定限制的状态称为正常使用极限状态16.对正常使用极限状态的设计包括两方面:裂缝控制验算和受弯构件的挠度验算17.结构主要力学性能指标:强度、弹性、塑性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛18.强度是材料抵抗破坏能力的指标。
国家开放大学电大本科《钢结构》2025-2026期末试题及答案(试卷号:1108)
一、单项选择题(将每题正确答案的序号填入括号内,每小题2分,共计36分)
1.塔架和桅杆的结构形式属于( )
A.高耸钢结构 B.板壳结构
C.轻型钢结构 D.大跨结构
2.结构可靠性主要包括( )
A.安全性、适用性和耐久性
B.耐水性、耐燃性和耐火性
C.抗渗性、抗震性和抗高温性
D.稳定性、可焊性和可塑性
3.钢的主要成份为( )
A.铁和锰 B.铁和氧
C.硫和氧 D.铁和碳
4.下列关于碳元素对钢材性质的影响说法有误的一项是( )
A.碳含量增加,抗腐蚀能力降低
B.碳含量增加,钢的强度提高
C.碳含量增加,塑性、韧性和疲劳强度下降
D.碳含量增加,可焊性增强
5.当温度在260℃—320℃时,在应力持续不变的情况下,钢材以很缓慢的速度继续变形,此种现象称为( )
A.偏析 B.蓝脆
C.时效 D.徐变
6.钢材在连续反复荷载作用下,应力还低于极限抗拉强度,甚至低于屈服强度,发生的突然的脆性断裂称为( )
A.疲劳破坏 B.脆性破坏
C.塑性破坏 D.冲击破坏
7.在钢的冶炼过程中,加入少量特定的合金元素,一般指铜(Cu)、磷(P)、铬(Cr)、镍(Ni)等,使之在金属基体表面上形成保护层,以提高钢材耐大气腐蚀性能,这类钢称为( )
A.镇静钢 B.耐候钢
C.优质碳素结构钢 D.高建钢
8.钢结构的连接方法一般可分为( )。
《水工钢结构》平时作业要求平时作业(一)注:本次作业对应于文字教材1至2章,应按相应教学进度完成。
问答题:1.试述钢结构工程的特点。
2.结合所在地区使用钢结构的情况,你认为应该怎样合理选择钢结构?3.试述钢结构在水工结构中的合理应用范围。
4.水工钢结构的发展主要有哪些方面?5.钢材的塑性破坏和脆性破坏各有何特点?如何防止脆性破坏?6.简述建筑钢材单项拉伸应力——应变曲线各阶段的特征。
7.建筑钢材的主要机械性能指标有哪些?各反映材料的什么性质?8.应力场对钢材的破坏形式有何影响?为什么?9.什么叫钢材的疲劳?它属于什么性质的破坏?其主要影响因素和防止措施有哪些?10.影响钢材性能的因素有哪些?各有何影响?11.简述钢材的牌号表示方法。
12.选择建筑钢材时主要考虑哪些因素的影响?13.钢结构按概率极限状态设计法与容许应力设计法有何不同?14.分项系数R Q G γγγ,,分别代表什么?应如何取值?15.什么是极限状态?承载能力极限状态和正常使用极限状态有什么区别?16.说明常幅和变幅疲劳验算公式的意义。
平时作业(二)注:本次作业对应于文字教材3至4章,应按相应教学进度完成。
一、问答题1.常用的连接有哪几类?各类的特点是什么?2.角焊缝的尺寸在构造上有哪些要求?为什么?3.扭矩作用下焊缝强度计算的基本假定是什么?如何求得焊缝最大应力?4.焊接残余应力与残余变形的成因是什么?焊接残余应力对构件的影响是什么?如何减少焊接残余应力和焊接残余变形?5.普通螺栓与高强度螺栓在受力特性方面有什么区别?单个螺栓的抗剪承载力设计值是如何确定的?6.螺栓群在扭矩作用下,在弹性受力阶段受力最大的螺栓其内力值是在什么假定下求得的?7.为什么要控制高强度螺栓的预拉力?8.常用的钢梁形式有哪几种?工字梁和槽钢梁的受力性能有什么特点?9.梁的强度计算包括哪几项内容?画出弹性阶段以及截面部分发展塑性时,截面弯曲正应力的分布。
10.什么条件下简支钢梁可按部分截面发展塑性计算抗弯强度?11.写出弯曲正应力、剪应力以及折算应力的计算公式。
容许应力法和概率(极限状态)设计法应用类2010-05-24 17:59:07 阅读91 评论0 字号:大中小订阅在钢结构设计中的应用中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠内容提要本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法四个结构设计理论,并且列出了我们经常用的容许应力法和概率(极限状态)设计法的实用表达式和参数选用,通过对上述两种方法参数的比较,总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项,以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。
1、前言我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率(极限状态)设计法,有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆,因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较,供广大技术人员参考。
2、四种结构设计理论简述2.1、容许应力法容许应力法将材料视为理想弹性体,用线弹性理论方法,算出结构在标准荷载下的应力,要求任一点的应力,不超过材料的容许应力。
材料的容许应力,是由材料的屈服强度,或极限强度除以安全系数而得。
容许应力法的特点是:简洁实用,K值逐步减小;对具有塑性性质的材料,无法考虑其塑性阶段继续承载的能力,设计偏于保守;用K使构件强度有一定的安全储备,但K的取值是经验性的,且对不同材料,K值大并不一定说明安全度就高;单一K可能还包含了对其它因素(如荷载)的考虑,但其形式不便于对不同的情况分别处理(如恒载、活载)。
2.2、破坏阶段法设计原则是:结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是:以截面内力(而不是应力)为考察对象,考虑了材料的塑性性质及其极限强度;内力计算多数仍采用线弹性方法,少数采用弹性方法;仍采用单一的、经验的安全系数。
2.3、极限状态法极限状态法中将单一的安全系数转化成多个(一般为3个)系数,分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响,还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法(半概率方法)。
国家开放大学电大本科《钢结构》2025-2026期末试题及答案(试卷号:1108)一、单项选择题(将每题正确答案的序号填入括号内,每小题2分,共计36分)1.塔架和桅杆的结构形式属于( )A.高耸钢结构 B.板壳结构C.轻型钢结构 D.大跨结构2.结构可靠性主要包括( )A.安全性、适用性和耐久性B.耐水性、耐燃性和耐火性C.抗渗性、抗震性和抗高温性D.稳定性、可焊性和可塑性3.钢的主要成份为( )A.铁和锰 B.铁和氧C.硫和氧 D.铁和碳4.下列关于碳元素对钢材性质的影响说法有误的一项是( )A.碳含量增加,抗腐蚀能力降低B.碳含量增加,钢的强度提高C.碳含量增加,塑性、韧性和疲劳强度下降D.碳含量增加,可焊性增强5.当温度在260℃—320℃时,在应力持续不变的情况下,钢材以很缓慢的速度继续变形,此种现象称为( )A.偏析 B.蓝脆C.时效 D.徐变6.钢材在连续反复荷载作用下,应力还低于极限抗拉强度,甚至低于屈服强度,发生的突然的脆性断裂称为( )A.疲劳破坏 B.脆性破坏C.塑性破坏 D.冲击破坏7.在钢的冶炼过程中,加入少量特定的合金元素,一般指铜(Cu)、磷(P)、铬(Cr)、镍(Ni)等,使之在金属基体表面上形成保护层,以提高钢材耐大气腐蚀性能,这类钢称为( )A.镇静钢 B.耐候钢C.优质碳素结构钢 D.高建钢8.钢结构的连接方法一般可分为( )A.焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和销轴连接B.焊接连接、粘结连接、螺栓连接和销轴连接C.焊接连接、粘结连接、铆钉连接和销轴连接D.粘结连接、铆钉连接、螺栓连接和销轴连接9.焊缝的表示方法中,符号“V”表示的是( )A.V形角焊缝B.V形破口的对接焊缝C.V形搭接焊缝D.V形角部连接10.螺栓的排列方式说法有误的一项是( )A.螺栓的排列方式分并列和错列两种B.并列连接排列紧凑,布孔简单,传力大.C.错列排列的截面削弱小,连接不紧凑,传力小D.相比并列排列,错列排列截面削弱较大,是目前常用的排列形式11.螺栓群在轴力作用下的受剪连接,各个螺栓的内力沿螺栓群长度方向不均匀,分布特点为( ) A.均匀分布 B.-端大、一端小C.两端大、中间小 D.两端小、中间大12.一般情况下,轴心受力构件满足刚度要求采取的措施是限制构件的( )A.截面形状 B.截面大小C.长细比 D.长度13.格构式柱穿过分肢的轴称为实轴,一般记作( )A.x轴 B.y轴C.z轴 D.o轴14.刚接柱脚与饺接柱脚的区别在于( )A.是否需将柱身的底端放大B.能否传递弯矩C.能否将柱身所受的内力传给基础D.是否与基础相连15.如梁或杆件两端承受大小相等而方向相反的一对扭矩;而且两端的支承条件又不限制端部截面的自由翘曲,则杆件产生均匀的扭转,称为( )A.自由扭转 B.约束扭转C.拉屈扭转 D.剪切扭转16.工字形截面梁受压翼缘宽厚比限值为}≤15√雩芋,式中6为( )A.翼缘板外伸宽度 B.翼缘板全部宽度C.翼缘板全部宽度的1/3 D.翼缘板的有效宽17.偏心受力构件如果截面沿两个主轴方向作用弯矩较接近,宜选用( )A.开口截面 B.实腹式截面C.单轴对称截面 D.双轴对称截面18.单轴对称截面的压弯构件,当弯矩作用在对称轴平面内,且使较大翼缘受压时,构件达到临界状态的应力分布( )A.可能在拉、压侧都出现塑性 B.只在受压侧出现塑性C.只在受拉侧出现塑性 D.拉、压侧都不会出现塑性二、判断题(正确的划“√”,错误的划“×”每小题2分.共计24分)19.钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
容许应力法和概率(极限状态)设计法
在钢结构设计中的应用
中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠
内容提要
本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法四个结构设计理论,并且列出了我们经常用的容许应力法和概率(极限状态)设计法的实用表达式和参数选用,通过对上述两种方法参数的比较,总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项,以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。
1、前言
我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率(极限状态)设计法,有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆,因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较,供广大技术人员参考。
2、四种结构设计理论简述
、容许应力法
容许应力法将材料视为理想弹性体,用线弹性理论方法,算出结构在标准荷载下的应力,要求任一点的应力,不超过材料的容许应力。
材料的容许应力,是由材料的屈服强度,或极限强度除以安全系数而得。
容许应力法的特点是:
简洁实用,K值逐步减小;
对具有塑性性质的材料,无法考虑其塑性阶段继续承载的能力,设计偏于保守;
用K使构件强度有一定的安全储备,但K的取值是经验性的,且对不同材料,K值大并不一定说明安全度就高;
单一K可能还包含了对其它因素(如荷载)的考虑,但其形式不便于对不同的情况分别处理(如恒载、活载)。
、破坏阶段法
设计原则是:结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是:
以截面内力(而不是应力)为考察对象,考虑了材料的塑性性质及其极限强度;
内力计算多数仍采用线弹性方法,少数采用弹性方法;
仍采用单一的、经验的安全系数。
、极限状态法
极限状态法中将单一的安全系数转化成多个(一般为3个)系数,分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响,还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法(半概率方法)。
极限状态法的特点是:
在可靠度问题的处理上有质的变化。
这表现在用多系数取代单一系数,从而避免了单一系数笼统含混的缺点。
继承了容许应力法和破坏阶段法的优点;
在结构分析方面,承载能力状态以塑性理论为基础;正常使用状态以弹性理论为基础;
对于结构可靠度的定义和计算方法还没法给予明确回答。
、概率(极限状态)设计法
该方法的设计准则是:对于规定的极限状态,荷载引起的荷载效应(结构内力)大于抗力(结构承载力)的概率(失效概率)不应超过规定的限值。
概率(极限状态)设计法的特点是:
继承了极限状态设计的概念和方法,但进一步明确提出了结构的功能函数和极限状态方程式,及一套计算可靠指标和推导分项系数的理论和方法;
设计表达式仍可继续采用分项安全系数的形式,以便与以往的设计方法衔接,但其中的系数是以一类结构为对象,根据规定的可靠指标,经概率分析和优化确定的。
3、容许应力法和概率(极限状态)设计法的实用表达式
、容许应力法的实用表达式及容许应力计算规定
1)容许应力法的实用表达式为:
σ≤[σ]
式中:
σ——结构在标准荷载下的应力;
〔σ]——材料的容许应力,是由材料的屈服强度,或极限强度除以安全系数而得。
2)《桥规》规定热扎钢材基本容许应力的安全系数采用,铸钢基本容许应力的安全系数采用,这是根据多年经验规定的,没有用概率方法来计算合理的安全系数。
轴向容许应力[σ]=σs/k
弯曲容许应力[σw]=[σ]
剪切容许应力[τ]=[σ]
端部承压容许应力(磨光顶紧)=[σ]
其中:σs为钢材的屈服强度。
3)《工民建钢结构设计规范》TJ17-74从结构极限状态分析计算。
按承载能力极限状态分析计算时,采用荷载系数K1、材料系数K2,和调整系数K3组成的安全系数体系。
轴向容许应力[σ]=σs/(k1K2K3)=σs/k
荷载系数K1考虑荷载的变动性,恒载的变动性小,K1大约为~,活载变动性大,K1大约为~,TJ17-74中取平均值K1=。
材料系数K2考虑钢材强度指标的变动性,A3钢取K2=,16Mn钢取K2=。
调整系数K3考虑荷载的特殊变异及特殊工作条件等因素,如果荷载系数K1的实际平均值超出达5%以上,就取大于1的调整系数K3;对于施工脚手架,根据经验取K3=左右;情况不特殊时K3=。
TJ17-74中安全系数是按半概率法分析的,只在定材料系数K2时进行了统计和概率计算。
A3钢的安全系数K=K1K2K3=××=
16Mn钢的安全系数K=K1K2K3=××=
弯曲容许应力[σw]=[σ]
剪切容许应力[τ]=[σ]
端部承压容许应力(磨光顶紧)=[σ]
、概率(极限状态)设计法的实用表达式
《建筑结构设计统一标准》规定,对承载能力极限状态,采用荷载效应基本组合进行强度和稳定性设计时,极限状态设计实用表达式为:
式中:
γ0——结构重要性系数,对安全等级为一级、二级、三级的结构物可分别取、、;
γG——永久荷载分项系数,一般采用,当永久荷载效应对结构构件承载力有利时,宜采用;
γQ1,γQi——第一个和其它第i个可变荷载分项系数,一般情况下采用,当楼面均布可变荷载标准值大于或等于4KN/m2时,其分项系数取;
G K——永久荷载的标准值;
Q1k——第一个可变荷载的标准值,该可变荷载标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应;
Q iK——其它第i个可变荷载标准值;
C G、C Q1、C Qi——永久荷载、第一个可变荷载和其它第i个可变荷载的荷载效应系数,
即由相应的单位荷载在结构构件内产生的内力;
ψCi——第i个可变荷载组合系数,当风荷载与其它荷载组合时,采用,其它情况采用;
R(·)——结构构件的抗力函数;
γR——结构构件抗力分项系数,其值应符合各类材料的结构设计规范的规定,《钢结构设计规范》(GBJ17-88)把屈服强度的标准值除以钢材抗力分项系数,得钢
材的强度设计值。
f K——材料强度的标准值;
a K——几何参数的标准值。
上式可改写为容许应力法相似的表达式:
式中:
σGd——永久荷载的设计值G d在结构构件截面或连接中产生的应力,而G d=γG G K;
σQ1d——第一个可变荷载的设计值Q1d在结构构件截面或连接中产生的应力(该应力大于其它任意第i个可变荷载设计值产生的应力),而Q1d=γQ1Q1k;
σQid——其它第i个可变荷载的设计值Q id在结构构件截面或连接中产生的应力,而Q id=γQi Q ik;
f——结构构件和连接强度的设计值;f=f K/γR;
其它符号意义同上。
4、容许应力法和概率(极限状态)设计法实用表达式计算结果比较
在
式中,左端引入了结构重要性系数γ0;永久荷载分项系数γG,第一个和其它第i个可变荷载分项系数γQ1,γQi,第i个可变荷载组合系数ψCi,如果将荷载系数、荷载组合系数统一取一个综合系数γh,则γh<;右式中f=f K/γR;
上式可变换为
γ0γhσ≤f K/γR
再变换为σ≤f K/(γ0γhγR)
上式与容许应力法的表达式σ≤〔σ〕=σs/k相似
f K、σs均表示钢材的屈服强度,f K=σs
上式中γ0≤,γh<,γR=
则γ0γhγR<××=,与《桥规》中的K=基本相等,比TJ17-74中A3钢的安全系数K=和16Mn钢的安全系数K=要大,也就是说,如果在概率(极限状态)设计法中,取γ0=,γh =,γR=,其安全储备和《桥规》中的容许应力法基本相同,而比TJ17-74中的容许应力法要大,因此我们采用概率(极限状态)设计法取γ0=,γh=,γR=进行设计计算是偏于保守的。
5、结论
1)《桥规》考虑活载发展的需要而预留活载发展系数,其值接近,采用《桥规》设计临时结构是偏于保守的。
2)我们在工程施工的临时结构设计中,可采用容许应力法或概率(极限状态)设计法。
对于一般结构可采用容许应力法TJ17-74中规定的容许应力,或概率(极限状态)设计法中取γ0=、γh=;对于重要结构可采用容许应力法《桥规》中规定的容许应力,或概率(极限状态)设计法中取γ0=、γh=。
按上述两种方法设计,效果等同。
3)在基层技术人员设计计算中,有时将容许应力法和概率(极限状态)设计法混淆,在将设计荷载取标准荷载按容许应力法计算时,而错误地把概率(极限状态)设计法中的材料强度设计值认为是容许应力法中的容许应力。
4)在设计中应牢记容许应力法的设计荷载等于荷载标准值组合,而概率(极限状态)设计法的设计荷载是荷载标准值与结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载的组合系数的一个组合值,其值大约介于~倍荷载标准值之间;而材料的强度设计值约为《桥规》中规定的容许应力的倍,约为TJ17-74中规定的容许应力的倍。