钢结构设计方法.ppt

教学目的、要求教学目的、要求掌握钢结构设计方法，理解钢结构的疲劳和疲掌握钢结构设计方法，理解钢结构的疲劳和疲劳计算。劳计算。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1 1、钢结构概率极限状态设计法钢结构概率极限状态设计法难点难点钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure2 2、钢结构的疲劳和疲劳计算钢结构的疲劳和疲劳计算 钢结构的设计方法钢结构的设计方法参考文献：参考文献：1 1、中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用、中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范规范JTG D60-2004JTG D60-20042、中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及、中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-20043 3、李扬海鲍卫刚公路桥梁结构可靠度与概率、李扬海鲍卫刚公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计北京人民交通出版社极限状态设计北京人民交通出版社199719974 4、叶见曙结构设计原理（第二版）北京人民、叶见曙结构设计原理（第二版）北京人民交通出版社交通出版社20042004钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure一、概述一、概述1 设计原则与目的：结构或构件在满足功能要求的基础上安全可靠的工作。技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。2 设计方法的发展过程工程结构的设计方法经历了经验定值设计法，半经验半概率设计法和概率极限状态设计法三个阶段。目前国际上关于工程结构设计普遍采用概率极限状态设计法。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure二、概率极限状态设计法二、概率极限状态设计法概率极限状态设计法：以结构概率可靠度为基础，以确定荷载和确定结构抗力为形式的结构设计方法。这种设计方法既方便，又具有明确的概率可靠度意义。钢结构设计方法采用以概率理论为基础的极限状态设计法（疲劳计算除外）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure结构设计几个重要概念结构设计几个重要概念1 1结构的功能要求结构的功能要求1）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用（安全性）2）在偶然事件（地震、温度变化等）发生时或发生后，仍能保持必要的整体稳定性（安全性）。3）在正常使用时，具有良好的工作性能（适用性要求）4）在正常维护下，具有足够的耐久性（耐久性要求）结构的可靠性是结构的安全性、适用性、耐久性的统称。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure2 2结构的可靠性、可靠度、可靠指标和失效概率结构的可靠性、可靠度、可靠指标和失效概率a 可靠性（reliability）：结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的能力。规定时间：一般指结构设计基准期，一般结构的设计基准期为50年，桥梁工程的设计基准期为100年。设计基准期（design reference period）：为了确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。设计使用期与设计使用寿命的关系：当结构的设计使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，但并不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。规定条件：指正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为或过失因素。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structureb b 可靠度可靠度（degree of reliabilitydegree of reliability）：用来衡量可靠性的指标。是可靠性的定量描述。：用来衡量可靠性的指标。是可靠性的定量描述。c c 可靠概率（可靠概率（sp ）：结构能够完成预定功能的概率。）：结构能够完成预定功能的概率。失效概率（失效概率（fp）：结构不能完成预定功能的概率。）：结构不能完成预定功能的概率。关系：互补关系：互补 sp =fp1 1 d d 可靠指标可靠指标：为了计算失效概率：为了计算失效概率（一次二阶矩法）（一次二阶矩法）而引入的数值。而引入的数值。的大小表示可靠度的大小，的大小表示可靠度的大小，越大结构越可靠。越大结构越可靠。失效概率与可靠指标间的关系：失效概率与可靠指标间的关系：越大，越大，fp越小；越小；越小，越小，fp越大。越大。结构设计的目的，结构设计的目的，就是在可靠与经济之间寻求一种平衡。就是在可靠与经济之间寻求一种平衡。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure3 3结构上的作用、作用效应和结构构件抗力结构上的作用、作用效应和结构构件抗力作用（作用（actionaction）：施加在结构上的一种分布力或集中力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者亦称为直接作用，俗称荷载（自重，车辆荷载、人群荷载等）；后者亦称为间接作用（温度变化、基础沉降焊接、地震等）。永久作用（永久作用（permanent actionpermanent action）：在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。（自重、土压力、预加应力等）亦称静载。可变作用（可变作用（variable actionvariable action）：在结构使用期间，其量值随时间而变化，或其变化值与平均值相比不可忽略不计的作用。（车辆荷载、人群荷载、风荷载和雪荷载等），亦称活载。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure偶然作用（偶然作用（accidental actionaccidental action）：在结构使用期出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。（地震、撞击力、爆炸力等）作用的代表值作用的代表值(representative value of an action)(representative value of an action)：结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，它包括作用标准值、准永久值和频遇值。作用标准值作用标准值(characteristic value of an action)(characteristic value of an action)：结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure作用频遇值作用频遇值(frequent value of an action)(frequent value of an action)：结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合进行设计时，采用的另一种可变作用代表值。其值可根据在足够长期观测内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。作用准永久值作用准永久值(quasi-permanent value of an action)(quasi-permanent value of an action)：结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合进行设计时，采用的一种可变作用代表值。其值可根据在足够长期观测内作用任意时点概率分布的0.5分位值确定。作用效应组合系数作用效应组合系数(coefficient of combination for action effects)(coefficient of combination for action effects)：在作用效应组合中，由于几个独立可变作用效应最不利值同时出在作用效应组合中，由于几个独立可变作用效应最不利值同时出 现的概率较小而对作用采用的折减系数。现的概率较小而对作用采用的折减系数。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure作用效应基本组合作用效应基本组合(fundamental combination for action effects)：承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合。用设计值效应的组合。作用效应偶然组合作用效应偶然组合(accidental combination for action effects)：承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应的组合。作用短期效应组合作用短期效应组合（combination for short-term action effects）：正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合。作用长期效应组合作用长期效应组合（combination for long-term action effects）：）：正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应的组合。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构的设计方法钢结构的设计方法Design methed of Steel Structure作用效应作用效应S S（effect of an actioneffect of an action）：）：结构对所受作用的反应，结构对所受作用的反应，如弯矩、扭矩、剪力、应力、裂缝、变形、位移等。如弯矩、扭矩、剪力、应力、裂缝、变形、位移等。结构（构件）抗力结构（构件）抗力R R（resistanceresistance）：）：结构或构件承受内力和变结构或构件承受内力和变形的能力，如构件的承载能力、刚度等。形的能力，如构件的承载能力、刚度等。抗力只和材料的性能（强度、弹性模量等）、几何参数和计算模抗力只和材料的性能（强度、弹性模量等）、几何参数和计算模式有关。式有关。4 4 安全等级安全等级根据结构物的重要性和造成的破坏后果，安全等级分为三级根据结构物的重要性和造成的破坏后果，安全等级分为三级一级：重要性建筑物，造成破坏后果很严重一级：重要性建筑物，造成破坏后果很严重(r(r0 0=1.1)=1.1)二级：一般建筑物，造成破坏后果严重二级：一般建筑物，造成破坏后果严重 (r0=1.0)三级：次要建筑物，造成破坏后果不严重三级：次要建筑物，造成破坏后果不严重 (r0=0.9)钢结构设计原理钢结构设计原理 De