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第第三章三章 钢结构设计方法钢结构设计方法v结构设计目的结构设计目的v结构设计方法发展结构设计方法发展v容许应力法容许应力法v一次二阶矩法（概率设计方法）一次二阶矩法（概率设计方法）v现有规范采用的设计方法现有规范采用的设计方法中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法3.1 3.1 结构设计目的结构设计目的v安全性安全性 （1 1）能承受正常条件下的各种作用）能承受正常条件下的各种作用 （2 2）偶然荷载下，结构保持必要的整体性）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）可可靠靠性性中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系v其他要求其他要求：经济、美观、环保经济、美观、环保v适用性适用性：正常荷载作用下，结构满足正常使用要求正常荷载作用下，结构满足正常使用要求v耐久性耐久性：正常维护下，结构使用寿命有保障正常维护下，结构使用寿命有保障第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法v可靠性与经济性的关系？可靠性与经济性的关系？中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系v如何在两者之间找到平衡点？如何在两者之间找到平衡点？（1）结构设计安全余地留多大？）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？）结构设计时如何把安全余地考虑进去？v解决途径：设计方法与设计规范解决途径：设计方法与设计规范+工程师的创造性工程师的创造性第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法3.2 3.2 结构设计方法发展过程结构设计方法发展过程定定值值法法概概率率法法容许应力法：容许应力法：单一安全系数；弹性设计单一安全系数；弹性设计破坏阶段设计法：破坏阶段设计法：单一安全系数；极限概念单一安全系数；极限概念多系数极限状态法：多系数极限状态法：多系数；部分概率化；极限状态多系数；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）：近似概率极限状态设计法（一次二阶矩法）：联合概率；近似方法联合概率；近似方法全概率极限状态设计法：全概率极限状态设计法：完全概率方法；暂难实现完全概率方法；暂难实现中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法 1 1 容许应力法基本表达式容许应力法基本表达式 3.3 3.3 容许应力法容许应力法荷载效应荷载效应结构抗力结构抗力安全系数安全系数 （强度设计式）（强度设计式）（稳定设计式）（稳定设计式）中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法（1）形式简单，使用方便，已积累丰富经验）形式简单，使用方便，已积累丰富经验（2）安全系数）安全系数K无法反映结构的可靠概率无法反映结构的可靠概率（3）相同安全系数）相同安全系数K反映的安全水平可能不同反映的安全水平可能不同（4）安全系数）安全系数K的取值主要有经验确定的取值主要有经验确定 （美国（美国1.671.80；英国；英国1.68；德国；德国1.50；日本；日本1.50；我国我国1.41.7）2 2 容许应力法特点容许应力法特点 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法 1 1 基本思想基本思想3.4 3.4 一次二阶矩法（近似的概率设计方法）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。方法表述结构的可靠性。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法2 结构功能函数与可靠概率结构功能函数与可靠概率0 可靠状态可靠状态=0 极限状态极限状态0 失效状态失效状态 结构功能函数结构功能函数可靠概率与失效概率可靠概率与失效概率 要分析可靠概率必须知道要分析可靠概率必须知道Z的概率分布，但实际很难，故全的概率分布，但实际很难，故全概率分析暂时不能实现，只能走近似道路。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中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法 3 3 结构可靠度的近似表达式结构可靠度的近似表达式 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法（1 1）功能函数）功能函数Z Z是基本变量是基本变量x x1 1x xn n的一次式。的一次式。（2 2）R R、S S独立，均为正态分布，这样独立，均为正态分布，这样Z Z也为正态分布。也为正态分布。一次二阶矩法的假定一次二阶矩法的假定 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法失效概率的计算式失效概率的计算式可靠指标与失效概率一一对应可靠指标与失效概率一一对应中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系一阶原点矩一阶原点矩二阶中心矩二阶中心矩第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法分项系数设计表达式分项系数设计表达式中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（1）目标可靠指标如何确定？）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）实际结构可靠指标与荷载，抗力等多项因素有关，如何表述？表述？v两个问题：两个问题：第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法目标可靠指标目标可靠指标中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系v校准法校准法：根据新方法，回推以往规范隐含的可靠度，作为：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。确定目标可靠指标的依据。第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法分项系数设计表达式分项系数设计表达式中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法4 4 两种极限状态及其设计表达式两种极限状态及其设计表达式v承载能力极限状态承载能力极限状态结构或构件达到结构或构件达到最大承载能力最大承载能力或达或达到到不适于继续承载的变形不适于继续承载的变形时极限状态。时极限状态。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法（1 1）达到最大承载能力）达到最大承载能力:如失稳，混凝土梁抗弯强度等如失稳，混凝土梁抗弯强度等中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法拉杆塑性变形拉杆塑性变形:6 6米长拉杆，米长拉杆，Q235,Q235,开始屈服时应变为开始屈服时应变为0.15%0.15%，对应的伸长量为对应的伸长量为9mm9mm。屈服结束时应变为。屈服结束时应变为2.5%2.5%，对应的伸长量，对应的伸长量为为150mm150mm。达到破坏时，伸长量更大。使结构几何形状发生显。达到破坏时，伸长量更大。使结构几何形状发生显著改变。著改变。（2）达到了不适于继续承载的变形状态：）达到了不适于继续承载的变形状态：拉杆，钢梁强度拉杆，钢梁强度钢梁塑性变形钢梁塑性变形:v正常使用极限状态正常使用极限状态结构或构件达到正常使用的某项规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。定的限值时的极限状态。举例举例:(1)(1)钢梁的挠度计算。钢梁的挠度计算。(2)(2)混凝土结构裂缝宽度检算。混凝土结构裂缝宽度检算。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法 1 1 现有钢结构设计规范现有钢结构设计规范3.5 我国钢结构设计方法及规范我国钢结构设计方法及规范铁路钢结构铁路钢结构容许应力法容许应力法铁路桥梁钢结构设计铁路桥梁钢结构设计规范规范（2005年）年）建筑钢结构建筑钢结构一次二阶矩法一次二阶矩法钢结构设计规范钢结构设计规范（2003年）年）公路钢结构公路钢结构容许应力法容许应力法公路桥梁设计规范公路桥梁设计规范（JTJ025-86）中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法 2 2 其他规范其他规范中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 冷弯薄壁型钢结构技术规范冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）：）：适用于冷成型的薄壁适用于冷成型的薄壁型钢结构。型钢结构。钢结构工程施工质量验收规范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、高层等规范其他专门规范：抗震、防火、防腐、高层等规范第三章第三章 钢结构设计方法钢结构设计方法3 3、本章总结、本章总结