钢结构设计方法优秀PPT.ppt

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1、钢结构设计方法第一页，本课件共有24页3.1 3.1 概述概述一、钢结构设计方法的演变一、钢结构设计方法的演变(一一)容许应力方法容许应力方法是是一一种种传传统统的的设设计计方方法法,从从2020世世纪纪初初到到2020世世纪纪5O5O年年代代，钢钢结结构构采采用安全系数法设计，即用安全系数法设计，即:N-构件截面的内力；构件截面的内力；A-构件截面几何特征；构件截面几何特征；F-钢材的最大强度；钢材的最大强度；K-K-大于大于1 1的安全系数；的安全系数；-钢材的容许应力。钢材的容许应力。此此种种方方法法计计算算简简单单方方便便，目目前前许许多多国国家家采采用用，我我国国铁铁路路和和公公路路

2、桥桥梁梁规规范也采用此法，钢结构疲劳验算也用此法）范也采用此法，钢结构疲劳验算也用此法）(二二)概论极限状态设计方法概论极限状态设计方法第二页，本课件共有24页3.2 3.2 概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法一一.极限状态概念极限状态概念：当结构或其组成部分超过某一特当结构或其组成部分超过某一特定状定状 态就不能满足设计规定的某一功能要求时，态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。此特定状态称为结构的极限状态。二二.极限状态分为两类：极限状态分为两类：2.2.正常使用正常使用极限状态极限状态:包包括括：影影响响正正常常使使用用或或外外观观的的变变形形、影影响

3、响正正常常使使用用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。1.1.承载能力承载能力极限状态极限状态:包包括括：强强度度破破坏坏、疲疲劳劳破破坏坏、不不适适于于继继续续承承载载的的变变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。第三页，本课件共有24页三三.概论极限状态设计表达式概论极限状态设计表达式 1.1.采用以概率理论为基础的极限状态设计方采用以概率理论为基础的极限状态设计方法法(疲劳问题除外疲劳问题除外)，用分项系数的表达式进行，用分项系数的表达式进行计算；计算；2.2.结构的可靠度用可靠度指标来度量，并

4、以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；分项系数的形式考虑；3.3.钢结构设计用应力表达。钢结构设计用应力表达。第四页，本课件共有24页（1 1）永久荷载分项系数）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时当其效应对结构不利时 -对可变荷载效应控制的组合，应取对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;1.2;-对永久荷载效应控制的组合，应取对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;1.35;当其效应对结构有利时当其效应对结构有利时 -一般情况下应取一般情况下应取1.01.0；-对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.90.9。（2 2）可变荷载的分项系数

5、）可变荷载的分项系数 -一般情况下应取一般情况下应取1.41.4；-对标准值大于对标准值大于4kN/m4kN/m2 2的工业房屋楼面结构的的工业房屋楼面结构的 活荷载标准值应取活荷载标准值应取1.31.3。4.4.荷载分项系数取值如下：荷载分项系数取值如下：第五页，本课件共有24页对对于于钢钢结结构构这这种种单单一一材材料料，可可以以将将荷荷载载效效应应表表达达式式用用应力形式应力形式表示。表示。1.1.可变荷载起控制作用时：可变荷载起控制作用时：2.2.永久荷载永久荷载起控制作用时：起控制作用时：（一）承载能力极限状态设计表达式（一）承载能力极限状态设计表达式第六页，本课件共有24页(二二)

6、正常使用极限状态正常使用极限状态1.1.对于正常使用极限状态，要求分别采用对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标准荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应，并使变形等不超过相应的规定限值。的规定限值。Gk Gk-永久荷载标准值永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的在结构或结构构件中产生的 变形值；变形值；Q1kQ1k-第第1个个可变荷载的标准值可变荷载的标准值在结构或结构构件中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）；产生的变形值（该值使计算结果为最大）；第七页，本课件共有24页 QikQik-其他第其他第i i个可变荷载标准值在

7、结构或构件中产个可变荷载标准值在结构或构件中产 生的变形值。生的变形值。-结构或结构构件的容许变形值。结构或结构构件的容许变形值。2.2.对于对于受压受压、受拉构件受拉构件，规范规定应限制其长细比，规范规定应限制其长细比，即即:式中：式中：-受压、受拉构件的计算长细比受压、受拉构件的计算长细比 ；-规范规定的受拉、受压构件容许长规范规定的受拉、受压构件容许长 细比，按规范采用。细比，按规范采用。第八页，本课件共有24页一一.明确几个基本概念明确几个基本概念(一一)循环循环(重复重复)荷载荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载。结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A2.3 钢材的疲劳

8、第九页，本课件共有24页(二)应力循环(三)应力循环特征应力比应力比-构件截面应力构件截面应力随时间的变化随时间的变化。(四)应力幅-在在循循环环荷荷载载作作用用下下，应应力力从从最最大大到到最最小小重重复复一一次次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:为常量为常量1.1.常幅循环：常幅循环：为变量为变量2.2.变幅循环：变幅循环：+-t t第十页，本课件共有24页(b)(b)脉冲循环脉冲循环(a)(a)完全对称循环完全对称循环(c)(c)不完全对称循环不完全对称循环(d)(d)不完全对称循环不完全对称循环第十一页，本课件共有24页二二.钢材的疲

9、劳分类钢材的疲劳分类(一一)按断裂寿命和应力高低的不同按断裂寿命和应力高低的不同1.1.高周疲劳高周疲劳:断裂寿命较长断裂寿命较长,总应力幅小破坏前应力循环次数多总应力幅小破坏前应力循环次数多,N5105104 4 ,断裂应力水平低断裂应力水平低,fyfy,也称也称低应力疲劳或疲低应力疲劳或疲劳劳，工程上常见，工程上常见;2.2.低周疲劳低周疲劳:断裂寿命较短断裂寿命较短,破坏前应力循环次数少破坏前应力循环次数少,N=10=102 25105104 4断断裂应力水平高，裂应力水平高，fyfy，伴有塑性应变发生，因此也称为伴有塑性应变发生，因此也称为应变疲劳或高应力疲劳应变疲劳或高应力疲劳。第十

10、二页，本课件共有24页三三.影响钢材疲劳强度的主要因素影响钢材疲劳强度的主要因素(一一)应力集中的影响应力集中的影响1.1.以截面几何形状改变以截面几何形状改变;2.2.钢材的缺陷。钢材的缺陷。规范将构件和连接的种类分为规范将构件和连接的种类分为 8类类，详见钢结构教，详见钢结构教材材P25P27表表3-2。第十三页，本课件共有24页实际应力循环均形成在拉应力范围实际应力循环均形成在拉应力范围2.2.应力幅（应力幅（）和应力循环特征（应力比）和应力循环特征（应力比）应力幅应力幅对焊接结构的疲劳强度有对焊接结构的疲劳强度有很大影响很大影响，而与名，而与名义最大应力义最大应力maxmax和应力比和

11、应力比无关。无关。完全对称循环，其疲劳强度最低。完全对称循环，其疲劳强度最低。第十四页，本课件共有24页3.3.应力循环次数应力循环次数N（疲劳寿命）（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。次数。应力循环次数应力循环次数N5105104 4，不需要进行疲劳计算。，不需要进行疲劳计算。应力幅越低，作用循环次数越多，应力幅越低，作用循环次数越多，疲劳寿命越高；疲劳寿命越高；应力幅相同，作用的循环次数越应力幅相同，作用的循环次数越多，疲劳寿命越高。多，疲劳寿命越高。0NX105N1N2f fy123456第十五页，本课件共有24页

12、 结论结论：1.由试验结果，以及上述分析可知钢材的疲劳强度主由试验结果，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。力）、应力循环次数和应力幅有关。2.2.焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点屈服点fy)基本基本无关。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。不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。第十六页，本课件共有24页(六)

13、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。采用容许应力幅的计算方法。第十七页，本课件共有24页3.5 钢结构强度设计指标P3134第十八页，本课件共有24页第十九页，本课件共有24页第二十页，本课件共有24页第二十一页，本课件共有24页第二十二页，本课件共有24页五.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

14、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第二十三页，本课件共有24页第四层次：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设计施工及验收规程 JGJ82-9114.网架结构工程质量检验评定标准 JGJ78-9115.螺栓球节点网架 JGJ75.1-9116.焊接球节点网架 JGJ75.2-91 分为:国家标准、行业标准、地方标准、企业标准；有强制性和推荐性标准。第二十四页，本课件共有24页