桥梁高等钢结构理论(ch1)PPT课件

如果采用数学表达式描述结构设计准则，为：
S R
（1-1）
如果结构设计准则中的内力和变形以及抗力或限值都是确定性的，则所进行的计算
和验算将是比较简单的。
然而，影响结构功能的因素如结构上的作用、材料性能、构件几何参数、连接（构 造细部）类型、施工质量、计算模型、试验方法及设备等，很多都是具有随机性的 非确定值。因此，在设计中如何合理地考虑S这 些R 因素，使设计方法更接近于实际情 况，是长期以来钢结构设计方法发展演变所要达到的目的。
然而，无论是极限荷载法还是容许应力法，所采用的安全系数实际上是凭借 工程经验笼统地确定一个定值，这样各种构件的可靠度将不能保证具有比较一致 的水平，这是因为，结构的可靠性（安全性、适用性、耐久性）受各种随机因素 的影响，不能事先确定，只能用概率方S法 来R描述。
（2）半概率极限状态法
半概率极限状态法特点是明确了两种极限状态的概念：承载能力极限状态和变形极 限状态。我国的《钢结构设计规范》（TJ17-74）就是采用这样的设计方法编制的。 尽管该设计方法仍采用了容许应力法的表达方式，但其安全系数则分成了荷载系数 K1，材料系数K2和调整系数K3。是按承载力极限状态经多系数分析得到的。
1.1.2 基于强度的钢结构设计方法发展概述
基于强度的钢结构设计方法大致分为： 容许应力法和极限荷载法、半概率极限状态法、概率极限状态法。
（1）容许应力法和极限荷载法（最大荷载法）
容许应力法
S R
设计原则：结构构件的实际应力小于或等于所给定的容许应力，即：
f
[] y
K
（1-2）
优点：简单、明确，有大量工程数据S，R特 别是应力均匀的构件； 缺点：单一安全系数，保守（受弯构件）；
不能合理反映结构设计的目的（经济性+适当的可靠度）。
极限荷载法（最大荷载法）
设计原则：结构的最大荷载效应小于等于其破坏抗力 ，即：
KS R
K
b
（1-3）
式中， RK为结构破坏抗力； Sk为荷载标准值产生的荷载效应。
S R
极限荷载法与容许应力法相比，考虑了材料的塑性性能，这是因为在确定结构 的破坏抗力时，截面应力已超过材料的屈服强度，如果仍考虑低于屈服点，则极 限荷载法和容许应力法无本质区别。由于考虑了塑性性能，使用极限荷载法设计 的某些构件（如受弯构件）要比容许应力法的经济些。
屈服点前的应变很小（ε=0.15%），通常假定S点之前为完全弹性，之后 为完全塑性；（钢材-理想弹塑性体） SC段：屈服台阶，应力不变，变形增加；对于低碳钢（ε=25%）。 CB段：材料应变硬化，直至达到抗拉强度后，出现颈缩现象，到D点断裂。
（2）受弯构件的强度破坏一般过程
截面中的边缘纤维应力达到材 料的屈服点后，截面进入弹塑性受 力阶段，逐步形成塑性铰；之后， 塑性铰发生转动，结构内力重分布， 使其它构件和截面出现塑性铰；最 后当塑性铰使结构成为机构时，结 构失去承载能力而破坏。
1.1 钢结构的强度问题
1.1.1 强度问题破坏形式
概念：钢结构在不发生失稳、疲劳破坏的条件下，当结构 构件截面上的应力或内力达到截面的承载力后发生的破坏 称为结构的强度破坏。在杆系结构中，结构的强度破坏都 由受拉构件或受弯构件的强度破坏所引起。
破坏特征 （1）受拉构件的强度破坏一般过程（见图1-1）
KS KKKSR
K
1 2 3K
K
（1-4）
S R
式中， RK仍为结构破坏抗力； Sk仍为荷载标准值产生的荷载效应。
采用数理统计的方法确定的荷载系数K1=1.145—1.305之间，取其加权平均值。 K1=1.23。 根据全国有代表性的钢厂的钢材强度统计结果，取材料系数K2=1.143（原A3钢， 现Q235），K2=1.175（原16Mn钢，现QS345R） 。调整系数考虑少数情况如荷载特 殊变异以及工作条件等影响，根据经验取值，一般情况下取1.0。
双疲曲劳面破支坏座 重构及优 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ复件疲点点受的劳：：拉累破隔摩价（积坏耐震擦格包损久效系昂括伤性果数贵受较好小压好）
钢结构的研究、设计、施工甚至维护都是围绕上述三个方面的问题展开。 本科阶段：强度问题，部分简单的稳定问题；方法成熟、计算准确。
研究生阶段：稳定和疲劳问题。超百年研究史，稍复杂的问题仍难以从 理论上解决，特别是局部稳定和构造的疲劳问题，主要以 数值模拟和试验研究为主。
截面拉应力达到材料的屈服点，受拉构件进入塑性变形而出现 明显的伸长；材料进入强化阶段，构件上的拉应力继续增加；当拉应 力达到材料的抗拉强度后，受拉构件被拉断。
弹性极限
屈服强度
抗拉强度
σ
B
比例极限
R
ES
P
C 应变硬化段 CB
屈服段 SC
颈缩段 CD D
断裂
ε
图 1-1 碳素结构钢的应力-应变曲线
OP段：线弹性阶段； PE段：非线性弹性阶段，卸载后回原点，P与E很接近，通常只提比例极限； ES段：非弹性，卸载后不回原点，留有残余变形，上限为屈服点；对于低碳钢，
桥梁高等钢结构理论
（研究生课程）
第一章 钢桥及钢结构的强度、稳定和疲劳问题
钢构件可能的破坏形式
铅芯强橡度胶破支坏座
高阻稳尼定橡破胶坏支座
塑性优破点坏：：塑屈性服变破形坏大， 隔拉震、效弯果构好件
脆性缺破点坏：：初低始温刚脆度断小 耐剪久切性较差
优整点体：失塑稳性/变屈形曲大 隔震效果好
缺局点部：失初稳始/刚屈度曲小 耐久性较差
（3）强度破坏（除个别受剪脆断及低温脆断外）大都为塑性破坏，即 破坏之前会出现明显的变形，容易被觉察并采取措施防止破坏。
钢结构设计的目的：
在于使结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最经济 的途径与适当的可靠度满足各种预定的功能（安全性、耐久性）的要求。 就是说，结构设计的准则应为：由各种作用所产生的作用效应（内力和 变形）不大于结构和连接的抗力或限值（由几何参数、材料性能甚至荷 载性质决定）。
如果采用容许应力来描述式（1-4），设
R f
K
y
f 为钢材的屈服强度，a为构件截面几何特征 y
则式（1-4）可写成：
f
S y
fy []
K KKK K
123
（1-5）
对于原A3钢：
K 1 .2 1 3 .1 4 1 .4 31[] 24001700
1.41
对于原16Mn钢： K 1 .2 1 3 .1 7 1 .4 55[]35002400