容许应力法和概率(极限状态)设计法

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容许应力法和极限状态法

容许应力法和极限状态法

、极限状态设计法limit state design method当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,则此特定状态称为该功能的极限状态,按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。

它是针对破坏强度设计法的缺点而改进的工程结构设计法。

分为半概率极限状态设计法和概率极限状态设计法。

半概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态、变形极限状态和裂缝极限状态三类(也可将后两者归并为一类),并以荷载系数、材料强度系数和工作条件系数代替单一的安全系数。

对荷载或荷载效应和材料强度的标准值分别以数理统计方法取值,但不考虑荷载效应和材料抗力的联合概率分布和结构的失效概率。

概率极限状态设计法将工程结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两大类。

按照各种结构的特点和使用要求,给出极限状态方程和具体的限值,作为结构设计的依据。

用结构的失效概率或可靠指标度量结构可靠度,在结构极限状态方程和结构可靠度之间以概率理论建立关系。

这种设计方法即为基于概率的极限状态设计法,简称为概率极限状态设计法。

其设计式是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数,再加上结构重要性系数来表达。

对承载能力极限状态采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计,对正常使用极限状态按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。

2、许应力设计法allowable stress design method以结构构件的计算应力σ不大于有关规范所给定的材料容许应力[σ]的原则来进行设计的方法。

一般的设计表达式为σ≤[σ]结构构件的计算应力σ按荷载标准值以线性弹性理论计算;容许应力[σ]由规定的材料弹性极限(或极限强度、流限)除以大于1的单一安全系数而得。

容许应力设计法以线性弹性理论为基础,以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。

在应力分布不均匀的情况下,如受弯构件、受扭构件或静不定结构,用这种设计方法比较保守。

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

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

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。

容许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限状态设计法和概率极限状态设计法四个阶段

容许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限状态设计法和概率极限状态设计法四个阶段

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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的区别

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。

容许应力法与极限状态法铁路桥墩设计对比分析

容许应力法与极限状态法铁路桥墩设计对比分析

容许应力法与极限状态法铁路桥墩设计对比分析周津斌【摘要】校验《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》( Q/CR 9300—2014)的适用性,以现行的铁路工程建设通用参考图《时速350 km客运专线铁路圆端形实体桥墩》(通桥(2009)4301—Ⅰ)为例,对墩身截面偏心、强度及稳定性等控制因素进行容许应力法与极限状态法对比分析。

对比结果表明两种检算方法的安全储备是一致的,极限状态法规范所拟订的荷载分项系数也是合理、适用的。

%This allowable stress method and limit state method are employed to compare and analyze the eccentricity, strength and stability of pier cross-section based on Provisional Specification for Railway Bridge and Culvert Design with Limit State Method ( Q/CR 9300—2014 ) , and the current railway engineering construction common reference drawing Round-end Solid Pier for 350 km/h Passenger Dedicated Railway ( 2009 4301—Ⅰ) . The results show that the safety margin of the two methods is consistent and the loading partial factor estimated by limit state method is reasonable and applicable.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2016(060)009【总页数】5页(P74-78)【关键词】铁路桥墩;容许应力法;极限状态法;桥墩设计;对比分析【作者】周津斌【作者单位】中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308【正文语种】中文【中图分类】U443.22随着中国高速铁路的快速发展,中国铁路建设技术也已跨入世界先进行列。

混凝土结构设计方法近似概率的极限状态设计法

混凝土结构设计方法近似概率的极限状态设计法
设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其目 的使用的时期。
8
设计年限可按《工程结构可靠性设计统一标准》确定, 也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。
类别 设计使用年限(年)
示例
1
5
临时性结构
2
25
易于替换的结构构件
பைடு நூலகம்
3
50
普通房屋和构筑物
4
100
纪念性建筑和特别重要的建筑结构
注意:设计使用年限与使用寿命的区别
10
3.1.3结构功能的极限状态
1.概念:整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就 不能满足设计指定的某一功能要求(安全、适用、耐 久),此特定状态称为该功能的极限状态。
2.极限状态的物理意义:未达到极限状态则处于有效状 态;超过极限状态则处于失效状态。
3.分类:
(1)承载能力极限状态:结构或构件达到最大承载能 力、出现疲劳破坏、发生不适于继续承载的变形或因结 构局部破坏而引发的连续倒塌。
M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
,f sk ks
,As,b,h0,)
3
M (
k qi qik
)
Mu(
fck kc
,f sk ks
,As,b,h0,)
◎ 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取 其下限分位值,反映的材料强度的变异性。
◎ 荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料,按 一定保证率取其上限分位值。
3.1.1结构上的作用
1.概念:使结构或构件产生效应(内力、应力、位移等) 的因素,即施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构 外加变形或约束变形的原因。

第2章 结构按极限状态法设计计算的原则

第2章  结构按极限状态法设计计算的原则

§2-3 材料强度的取值
2. 砼轴心抗压强度取值
抗压强度标准值 抗压强度设计值
fck 0.88c1c 2 fcu,k
fcd f ck
m
3. 砼轴心抗拉强度取值
抗拉强度标准值 抗拉fcu, k )0.55 (1 1.645 f )0.45
二、作用代表值
作用标准值 QK
——
根据设计基准期内概率分布的某一 分位值确定。
第二章
结构按极限状态法设计 计算的原则
结构设计的目的:
设计满足功能要求的结构。也就是把外界作用对结
构的效应与结构本身的抵抗力来加以比较,以达到结构
设计既安全又经济的目的。
结构设计经历了各种演变,可从以下两个方面进 行归纳: 1.从设计理论上
弹性理论 极限状态理论
2.从设计方法上
定值设计法 概率设计法
§2-1
概率极限状态设计法的基本概念
3. 结构抗力 R 指结构或构件承受作用效应的能力。 4. 结构工作状态
(1) 结构功能函数
Z RS
(2) 结构的工作状态
Z RS
0 0
结构处于可靠状态 结构处于极限状态
0
结构处于失效状态
§2-1
概率极限状态设计法的基本概念
四、结构的失效概率与可靠指标
具有不小于95% 保证率的强度值
f k f m 1.645
f k f m (1 1.645 f )
图-材料强度标准值的概率含义
2. 材料强度的设计值
混凝土
—— —— ——
m 1.45 m 1.20 m 1.47
fd
fk
m
热轧钢筋 精轧螺纹钢筋 钢铰线、钢丝

钢结构复习资料

钢结构复习资料
14.钢材有两种性质完全不同的破坏形式,即(塑性破坏)和(脆性破坏)。
15.螺栓连接分(普通螺栓连接)和(高强度螺栓连接)。
16.轴心受力杆件整体失稳的的屈曲形式可分为(弯曲屈曲)(弯扭屈曲)和(扭转屈曲)。
17.框架柱的柱脚根据受力传力的不同,可做成(铰接)或(刚接)。
18.压弯构件的整体失稳分(弯矩作用平面内弯曲失稳)和(弯矩作用平面外弯扭失稳)。
三。普通螺栓受剪连接时的破坏形式有哪些
1当栓杆直径较小时,板件较厚实,杆件可能先被剪断
2.当栓杆直径较大时,板件较薄时,板件可能先被挤坏
3.当板件净截面面积因螺栓孔削弱太多时,板件可能会被拉断
4.端距太小,端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏、
四。影响梁整体稳定性的因素
5.梁的强度计算包括(抗弯强度)(抗剪强度)(局部承压强度)和(在复杂应力作用下的强度)。
6.实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的失稳属于(弯扭)屈曲。
7.钢材的韧性是衡量钢材(塑性)和(强度)的综合指标。
8.影响轴心受压构件整体稳定承载力的初始缺陷有(初偏心)(初弯曲)(残余应力)。
9.在梁的支座处应采取构造措施防止端截面的(扭转)。
弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件,弯矩作用平面内和平面外的整体稳定计算均与实腹式构件相同,在计算弯矩作用平面外的整体稳定时,长细比应取换算长细比,整体稳定系数ρb=1.0
4.高强度螺栓连接摩擦面抗滑移系数和物理学中的摩擦系数是否有区别?
高强度螺栓摩擦面抗滑移系数大小与连接处构件接触面的处理方法以及构件的钢号有关。试验表明,此系数会随被连接构件接触面间的压紧力减小而降低,故与物理学中的摩擦系数有区别。
5.简述各等级焊缝的质量检测要求?

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

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

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。

结构按极限状态法设计计算的原则

结构按极限状态法设计计算的原则
0S dR R fd,a d
R( )——结构构件的承载力函数; fd ——分别为混凝土、钢筋的强度设计值; d ——几何参数标准值,当几何参数的变异性对结构性能有明
显不利的影响时,可另增减一个附加值。
整理ppt
二、持久状况正常使用极限状态设计表达式 按正常使用极限状态设计时,应验算结构构件的应力、变
实际上是考虑可变作用的长期效应而对标准值的折减。
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三、作用效应组合(Combintion for ction Effects) 1、承载能力极限状态计算时作用效应组合 此时结构应按作用效应的基本组合进行计算,必要时还要 考虑到偶然作用。
整理ppt
1、不考虑偶然作用的称为“基本组合”(Fundermentl Combintion for ction EffeZ=R-S>0,结构抗力大于作用效应,即结构可靠; (2)Z=R-S<0,结构抗力小于作用效应,即结构失效; (3)Z=R-S=0,结构抗力等于作用效应,即处于极限状态 。
因此可以看出,结构安全可靠的基本条件是:Z≥0或 R≥S。
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第二节 我国现行公路桥规的计算原则
汽车制动力 风力
流水压力
冰压力
温度作用 (均匀温度和梯度温度)
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支座摩阻力
19
地震作用
20
偶然作用 船舶或漂流物的撞击作用 AL
21
汽车撞击作用
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二、作用的代表值 “作用代表值”是在实用的极限状态设计表达式中所采用
的荷载规定值。 公路桥规中规定设计须考虑的最常见的三种作用代表值:
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2、正常使用极限状态: 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

桥梁临时结构安全检算

桥梁临时结构安全检算

2)支护结构的整体失稳破坏和土的隆起破坏 根据不同的支护型式特点,其整体失稳的破坏形
式为: (1)当桩墙—锚杆结构滑动面向外延伸发展时,使
2.1 土压力计算公式 朗金主动土压力计算公式:
朗金被动土压力计算公式:
此外还有库伦土压力计算公式,在使用中注意各 种土质情况下计算理论及公式的不同。
在计算中,注意基坑顶荷载(静载、活载)、土 体的比重(水土结合、水土分离等)计算。
2.2深基坑工程设计计算 基坑侧壁安全等级及重要性系数如下:
基坑支护结构采用以分项系数表示的极限状态设计法进行 设计。
容许应力设计应用简便,是工程结构中的一种 传统设计方法,目前在公路、铁路工程设计中仍 在应用。它的主要缺点是由于单一安全系数是一 个笼统的经验系数,因之给定的容许应力不能保 证各种结构具有比较一致的安全水平,也未考虑 荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对 结构安全的影响。
1.2荷载取值及荷载组合 1)结构上的荷载分类 (1)永久荷载,例如结构自重、土压力、预应力等。 (2)可变荷载,例如人群荷载、混凝土倾倒荷载、捣固荷载、
吊车荷载、风荷载、雪荷载等。 (3)偶然荷载,例如爆炸力、撞击力等。 2)分项系数 (1)永久荷载 在普通结构检算中,一般取1.2; (2)可变荷载 在普通结构检算中,一般取1.4; (3)偶然荷载 偶然荷载的代表值不乘分项系数。 3)荷载组合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通过不同的分项系数,对所有荷载进行组合,取最不利状态进行
1、临时结构安全检算概述 2、基坑工程 3、支架工程 4、模板工程 5、结束语
作为施工中安全管理者及负责人,我们不需要 对临时结构工程进行详细计算,但需要在方案审 查及施工检查中能指出方案计算及施工中的不足 和不满足规范要求的地方。

极限状态方程的三种表达式

极限状态方程的三种表达式

极限状态方程的三种表达式极限状态法是基于近似概率的极限状态法。

容许应力法是用安全系数来做设计,一般会用K来表示这个安全系数,我们称之为大佬K。

也就是说将材料强度打折,得到一个容许应力,结构的应力不能超过这个容许应力。

极限状态法从做法上来看,我国规范是材料强度标准值除以材料分项系数得到设计强度,荷载标准值乘以荷载分项系数得到设计荷载,用设计强度计算的抗力要大于用设计荷载计算的荷载。

从表面上看,容许应力法与极限状态法的区别在于,用了若干个分项系数代替了一个大佬K的安全系数,好像区别不大。

如果从美国规范(LRFD,荷载抗力系数设计)上看,区别更小,美国规范材料强度和荷载都取标准值,最后乘以小于1的系数。

但本质就在于,容许应力法的K的取值与极限状态法的分项系数的取值依据不一样。

而极限状态法的优越性在于分项系数的取值更有依据了,或者说更数学了。

举一个形象的例子,你和你的小伙伴们每个月的生活费大概是1000元,有的月多有的月少。

为了防止当月光族,每个月初就预留一笔钱做生活费。

一种方法是,每个人根据自己的经验,有的人留1200,有的人留1100,有的人留1500,这样来保证月底不会月光,这个就叫做容许应力法。

另一种方法,请个精算师来分析,考虑各种因素之后,告诉你,每个月留下1200,月光的概率是十万分之一,这个就叫做极限状态法。

大佬K的取值,是根据设计经验来的,没有太多的理论做支撑,这是苏联学派的做法。

通常来说K有取得偏大的趋势,当然也有K 取得偏小的时候。

而分项系数的取值依据是基于可靠度的近似概率设计理论。

这也就牵扯到了你的第二个问题。

我们根据结构的使用情况,定义各种极限状态与极限状态方程:Z=R-SR为抗力,S为荷载。

当Z>0时,结构是安全的,当Z<0时,结构是危险的,当Z=0,即处于极限状态的临界中。

hBn">同时认为构成R与S的各个参数都是随机变量,包括你所涉及到的材料不均匀性。

容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法

容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法

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)。

容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法

容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率(极限状态)设计法

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、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)。

容许应力法破坏阶段法极限状态法概率设计法

容许应力法破坏阶段法极限状态法概率设计法

容许应力法破坏阶段法极限状态法概率设计法容许应力法是一种常用的结构设计方法,其基本原理是在结构所受到的外部荷载和自重荷载的作用下,结构内部各个截面的应力应当控制在允许应力范围之内。

容许应力法是通过对结构的应力状态进行分析和计算,确定结构中各个截面的容许应力,并与实际应力进行比较,从而判断结构的安全性能。

破坏阶段法是指在结构设计过程中,将结构的全生命周期分为不同的破坏阶段进行分析和计算,以确定结构承载力和稳定性。

破坏阶段法的核心是将结构的荷载、变形和破坏过程进行系统化的分析,对不同的荷载情况和变形方式进行考虑。

极限状态法是一种基于结构极限承载力进行设计的方法。

其基本思想是在结构的使用寿命内,结构不会发生超过其极限承载力的破坏。

在设计过程中,根据结构的使用要求和安全要求,确定结构的极限状态,并进行相应的设计和验算。

概率(极限状态)设计法是一种综合考虑结构荷载和材料性能的设计方法。

其基本原理是通过对荷载和材料参数的统计分析,确定结构的概率等级,并将结构的设计转化为满足一定概率要求的极限状态。

相比于容许应力法和破坏阶段法,极限状态法和概率(极限状态)设计法考虑了更多的不确定性因素,更能够满足结构的安全性要求。

在这两种方法中,通过对结构的概率分析和风险评估,可以为结构的设计提供更多的信息和保障。

在实际应用中,不同的设计方法有各自的优缺点。

容许应力法简单明了,计算量小,适用于设计相对简单的结构;破坏阶段法考虑了结构破坏过程的特点,适用于复杂结构的设计;极限状态法和概率(极限状态)设计法可以更全面地考虑结构的安全性和可靠性,适用于对结构性能有严格要求的工程。

综上所述,不同的设计方法在结构设计中各有优劣,需要根据具体情况和设计要求选择合适的方法。

无论采用哪种方法,都应该遵循结构设计的基本原则和规范要求,以确保结构的安全性和可靠性。

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

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

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容许应力法是一种基于应力的设计方法,它通过对结构中各个构件所受内力应力进行计算,然后与材料的允许应力进行比较,以判断结构的安全性。

该方法适用于小型和简单的结构,包括单独构件的设计。

容许应力法的设计理念是保证结构在规定的使用寿命期内不会超过材料的应力极限。

在设计过程中,需要根据结构的几何尺寸、纵横向等各向异性和不均一性的荷载和边界条件,使用经验公式和理论计算方法确定结构的内力和应力。

通过与允许应力进行比较,可以确定结构是否安全。

然而,容许应力法只考虑了结构的强度,没有考虑结构在使用寿命内的可靠性。

因此,为了提高设计质量和结构可靠性,概率极限状态设计法被引入。

概率极限状态设计法是基于概率论和结构可靠性理论的一种设计方法,它能够将结构的强度和使用寿命可靠性相结合。

与容许应力法不同,概率极限状态设计法是通过考虑结构内力和材料强度的随机变化,确定结构在使用寿命期内的失效概率。

它同时考虑了材料和几何尺寸的不确定性以及荷载和边界条件的变异性。

在设计中,通过对材料和结构的随机变量建模,使用概率论和统计方法进行计算和分析,并利用可靠度指标对结构的可靠性进行评估和控制。

概率极限状态设计法的应用范围更广,适用于各种规模和复杂度的结构设计。

它可以确保结构在使用寿命期内的可靠性,并能够包括不同的荷载和边界条件的影响。

与容许应力法相比,概率极限状态设计法更能满足结构设计的要求,提高了结构的安全性和可靠性。

总之,容许应力法和概率极限状态设计法是钢结构设计中常用的两种方法。

它们分别从强度和可靠性的角度考虑结构的设计,在不同情景下都有各自的优势和应用。

在实际设计中,工程师可以根据具体的项目要求和工程特点,选择合适的设计方法,以确保结构的安全和可靠性。

容许应力方法和可靠度设计法区分

容许应力方法和可靠度设计法区分

容许应力方法和可靠度设计法区分容许应力设计法,也称为ASD法,设计准则是:结构构件的计算应力应不超过结构设计规范规定的容许应力。

容许应力设计法形式简单,应用方便。

但这种方法采用凭经验确定的定值的单一安全系数,没有考虑各种结构具体情况的差异,因而不能保证所设计结构具有比较一致的安全水平。

例如不同结构承受各种不同类型荷载的组合,各种荷载超过标准值的概率和幅度各不相同,尤其对某些活荷载有较大的超载可能,有些情况某些荷载小于标准值反而对结构或构件更不利;因而在相同的安全系数下将反映不同的安全度。

各种材料的强度性能等的离散情况(标准差)不同,需要采用相应不同的安全系数(钢材强度的标准差较小,故钢结构的安全系数小于钢筋混凝土和砌体等结构),安全系数较大的结构也不反映有更大的安全度;等等。

此外,容许应力设计法按弹性方法计算构件应力;因而对发展塑性变形能继续提高承载力的构件或结构(如受弯构件等)将比发展塑性变形不能或较少提高承载力的构件或结构(如轴心受力构件)具有更大的实际安全储备和安全度。

概率极限状态设计法,也称为LRFD法,这种方法除考虑两类极限状态、采用数理统计方法以一定概率确定荷载和材料强度标准值以外,还给出极限状态方程和功能函数,用结构失效概率或可靠指标度量结构可靠性,对荷载效应S和结构抗力R的联合分布进行考察,在结构极限状态方程和结构可靠度之间以概率建立关系。

这种方法只需考虑随机变量的平均值(又称一阶原点矩)和方差(即标准差的平方,又称二阶中心矩),而且在计算中对非线性的结构功能函数用泰勒级数展开,取一次幂项近似变为线性的。

所以这种方法称为一次二阶矩极限状态设计法,简称一次概率法或二阶矩概率法。

因为用这种方法分析结构可靠度还存在一定的近似性,所以有时也称近似概率法。

钢结构设计规范GB50017-2003中明确指出:除疲劳计算外,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,并用分项系数设计表达式进行计算。

容许应力法和概率(极限状态)设计法

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。

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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
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。

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。

2.4、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
3.1、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1.7,铸钢基本容许应力的安全系数采用1.85,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]=1.05[σ]
剪切容许应力[τ]=0.6[σ]
端部承压容许应力(磨光顶紧)=1.5[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1.1~1.2,活载变动性大,K1大约为1.2~1.3,TJ17-74中取平均值K1=1.23。

材料系数K2考虑钢材强度指标的变动性,A3钢取K2=1.143,16Mn钢取K2=1.176。

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1.23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=1.1左右;情况不特殊时
K3=1.0。

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=1.23×1.143×1.0=1.41
16Mn钢的安全系数K=K1K2K3=1.23×1.176×1.0=1.45
弯曲容许应力[σw]=[σ]
剪切容许应力[τ]=0.6[σ]
端部承压容许应力(磨光顶紧)=1.5[σ]
3.2、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1.1、1.0、0.9;γG——永久荷载分项系数,一般采用1.2,当永久荷载效应对结构构件承载力有利时,宜采用1.0;
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1.4,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1.3;
GK——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;
QiK——其它第i个可变荷载标准值;
CG、CQ1、CQi——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0.6,其它情况采用1.0;
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1.087,得钢材的强度设计值。

fK——材料屈服强度的标准值;
aK——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Gd在结构构件截面或连接中产生的应力,而Gd=γGGK;
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Qid在结构构件截面或连接中产生的应力,而
Qid=γQiQik;
f——结构构件和连接强度的设计值;f=fK/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

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<1.4;右式中f=fK/γR;
上式可变换为
γ0γhσ≤fK/γR
再变换为σ≤fK/(γ0γhγR)
上式与容许应力法的表达式σ≤〔σ〕=σs/k相似
fK、σs均表示钢材的屈服强度,fK=σs
上式中γ0≤1.1,γh<1.4,γR=1.087
则γ0γhγR<1.0×1.4×1.087=1.67,与《桥规》中的K=1.7基本相等,比TJ17-74中A3钢的安全系数K=1.41和16Mn 钢的安全系数K=1.45要大,也就是说,如果在概率(极限状态)设计法中,取γ0=1.1,γh=1.4,γR=1.087,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=1.1,γh=1.4,γR=1.087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1.2,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=1.0、γh=1.3;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=1.1、γh=1.4。

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1.30~1.54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1.56倍,约为TJ17-74中规定的容许应力的1.30倍。

摘自。

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