鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法.ppt

教學(xué)目的、要求 掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，理解鋼結(jié)構(gòu)的疲勞和疲勞計(jì)算。 教學(xué)內(nèi)容（包括基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)）： 1、 鋼結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法難點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,2、 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞和疲勞計(jì)算,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,參考文獻(xiàn)： 1、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 jtg d60-2004 2、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 jtg d62-2004 3、李揚(yáng)海 鮑衛(wèi)剛 公路橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 北京 人民交通出版社 1997 4、葉見(jiàn)曙 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第二版）北京 人民交通出版社 2004,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,一、概述 1 設(shè)計(jì)原則與目的： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在滿(mǎn)足功能要求的基礎(chǔ)上安全可 靠的工作。技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、 確保質(zhì)量。 2 設(shè)計(jì)方法的發(fā)展過(guò)程 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)定值設(shè)計(jì)法， 半經(jīng)驗(yàn)半概率設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 三個(gè)階段。目前國(guó)際上關(guān)于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普 遍采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,二、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法：以結(jié)構(gòu)概率可靠度為基礎(chǔ)，以確定荷載和確定結(jié)構(gòu)抗力為形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法既方便，又具有明確的概率可靠度意義。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（疲勞計(jì)算除外）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾個(gè)重要概念 1結(jié)構(gòu)的功能要求 1）能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用 （安全性） 2）在偶然事件（地震、溫度變化等）發(fā)生時(shí)或發(fā)生后， 仍能保持必要的整體穩(wěn)定性（安全性）。 3）在正常使用時(shí)，具有良好的工作性能（適用性要求） 4）在正常維護(hù)下，具有足夠的耐久性（耐久性要求） 結(jié)構(gòu)的可靠性是結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性的統(tǒng)稱(chēng)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,2結(jié)構(gòu)的可靠性、可靠度、可靠指標(biāo)和失效概率 a 可靠性（reliability）：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條 件下完成預(yù)定功能的能力。 規(guī)定時(shí)間：一般指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 50年，橋梁工程的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（design reference period）：為了確定可變作 用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。 設(shè)計(jì)使用期與設(shè)計(jì)使用壽命的關(guān)系：當(dāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時(shí)，表明它的失效概率可能會(huì)增大，但并不等 于結(jié)構(gòu)喪失所要求的功能甚至報(bào)廢。 規(guī)定條件：指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用條件，不考慮人 為或過(guò)失因素。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,3 結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力 作用（action）：施加在結(jié)構(gòu)上的一種分布力或集中力， 或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前者亦稱(chēng)為直 接作用，俗稱(chēng)荷載（自重，車(chē)輛荷載、人群荷載等）； 后者亦稱(chēng)為間接作用（溫度變化、基礎(chǔ)沉降焊接、地震等）。 永久作用（permanent action）：在結(jié)構(gòu)使用期間，其 量值不隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值相比可以忽略 不計(jì)的作用。（自重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力等）亦稱(chēng)靜載。 可變作用（variable action）：在結(jié)構(gòu)使用期間，其量 值隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值相比不可忽略不 計(jì)的作用。（車(chē)輛荷載、人群荷載、風(fēng)荷載和雪荷載等）， 亦稱(chēng)活載。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,偶然作用（accidental action）：在結(jié)構(gòu)使用期出現(xiàn)的概率 很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。（地震、 撞擊力、爆炸力等） 作用的代表值(representative value of an action)：結(jié)構(gòu) 或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)不同設(shè)計(jì)目的所采用的各種作用規(guī)定 值，它包括作用標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值和頻遇值。 作用標(biāo)準(zhǔn)值(characteristic value of an action)：結(jié)構(gòu)或 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，采用的各種作用的基本代表值，其值可根據(jù) 作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,作用頻遇值(frequent value of an action)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用的另一 種可變作用代表值。其值可根據(jù)在足夠長(zhǎng)期觀測(cè)內(nèi)作用任意 時(shí)點(diǎn)概率分布的0.95分位值確定。 作用準(zhǔn)永久值(quasi-permanent value of an action)： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)長(zhǎng)期效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 采用的一種可變作用代表值。其值可根據(jù)在足夠長(zhǎng)期觀測(cè) 內(nèi)作用任意時(shí)點(diǎn)概率分布的0.5分位值確定。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,作用效應(yīng)基本組合(fundamental combination for action effects)： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作 用設(shè)計(jì)值效應(yīng)的組合。 作用效應(yīng)偶然組合(accidental combination for action effects )： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作 用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合。 作用短期效應(yīng)組合（combination for short-term action effects）： 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作 用頻遇值效應(yīng)的組合。 作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合（combination for long-term action effects）： 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變 作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,作用效應(yīng)s（effect of an action）：結(jié)構(gòu)對(duì)所受作用的反應(yīng)， 如彎矩、扭矩、剪力、應(yīng)力、裂縫、變形、位移等。 結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）抗力r（resistance）：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變 形的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度等。 抗力只和材料的性能（強(qiáng)度、彈性模量等）、幾何參數(shù)和計(jì)算模 式有關(guān)。 4 安全等級(jí) 根據(jù)結(jié)構(gòu)物的重要性和造成的破壞后果，安全等級(jí)分為三級(jí) 一級(jí)：重要性建筑物，造成破壞后果很?chē)?yán)重(r0=1.1) 二級(jí)：一般建筑物，造成破壞后果嚴(yán)重 (r0=1.0) 三級(jí)：次要建筑物，造成破壞后果不嚴(yán)重 (r0=0.9),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,三種設(shè)計(jì)狀況和兩種極限狀態(tài) 1、三種設(shè)計(jì)狀況 公路橋規(guī)根據(jù)橋梁在施工和使用過(guò)程中面臨的不同情況， 規(guī)定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三種狀況：持久狀況、短暫狀況、偶然狀況。 1）持久狀況：橋涵建成后承受自重、車(chē)輛荷載等作用持續(xù)時(shí) 間很長(zhǎng)的狀況。這個(gè)階段指橋的使用階段。這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間 很長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)可能承受的作用在設(shè)計(jì)時(shí)均需考慮，需接受結(jié)構(gòu)是 否能完成其預(yù)定功能的考驗(yàn)，因而必須進(jìn)行承載能力極限狀態(tài) 和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。 2）短暫狀況：指橋涵施工過(guò)程中承受臨時(shí)性作用（或荷載） 的狀況。短暫狀況對(duì)應(yīng)橋梁的施工階段。這個(gè)階段持續(xù)時(shí)間 相對(duì)于使用階段是短暫的。一般只需進(jìn)行承載能力極限狀態(tài) 計(jì)算，必要時(shí)才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,3）偶然狀況：在橋涵使用過(guò)程中偶然出現(xiàn)的狀況。偶然狀 況指橋梁可能遇到的地震等作用的狀況。這種狀況出現(xiàn)的概 率極小，且持續(xù)時(shí)間極短，結(jié)構(gòu)在極短時(shí)間內(nèi)承受作用以及 結(jié)構(gòu)可靠度水平等在設(shè)計(jì)中均需考慮。 偶然狀況的設(shè)計(jì)原則是主要承重結(jié)構(gòu)不致因非主要承重結(jié)構(gòu) 發(fā)生破壞而導(dǎo)致喪失承載力；或允許主要承重結(jié)構(gòu)發(fā)生局部 破壞而剩余部分在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒坍。偶然狀況只需 進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,2. 結(jié)構(gòu)的兩種極限狀態(tài),（1）承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形，包括以下幾個(gè)方面：,整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接在循環(huán)荷載作用下發(fā)生的疲勞破壞；,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載；,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,（2）正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定值：,影響正常使用或外觀的變形；,影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；,影響正常使用的振動(dòng)；,影響正常使用的其它特定狀態(tài)。,承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)相比，前者可能導(dǎo)致人身傷亡和大量的財(cái)產(chǎn)損失，而后者對(duì)生命的危害則較小，主要是引起人們的不適，所以也應(yīng)該給予足夠的重視。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理,一次二階矩的近似概率方法,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,失效概率和可靠指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)表達(dá)式,為了便于應(yīng)用并符合人們長(zhǎng)期以來(lái)的習(xí)慣，規(guī)范并不直接使用進(jìn)行設(shè)計(jì)，而利用式: 來(lái)完成。就設(shè)計(jì)而言，問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為計(jì)算效應(yīng)s和抗力r。,公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 gb/t50283-999公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值以及各種分項(xiàng)系數(shù)等表達(dá)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,chapter 3 design methed of steel structure,gb/t50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：,可變荷載起控制作用時(shí)：,永久荷載起控制作用時(shí)：,對(duì)于一般排架和框架結(jié)構(gòu)：,1）承載能力極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,（1）永久荷載分項(xiàng)系數(shù) （gg）,當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí) -對(duì)可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2; -對(duì)永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35;,當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí) -一般情況下應(yīng)取1.0； -對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。,（2）可變荷載的分項(xiàng)系數(shù) （gq） -一般情況下應(yīng)取1.4； -對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kn/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取1.3。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,2）正常使用極限狀態(tài),對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等設(shè)計(jì)值不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限值。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合。,gk -永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值； q1k起控制作用的第1個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；,qik-其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值。 -結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,fd 或f鋼材或連接材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,fk鋼材或連接材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。,r鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于q235 鋼r =1.087;q345、q390、q420鋼r=1.111 。,鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類(lèi)鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 (p45頁(yè)表3.5劉聲揚(yáng))（p286頁(yè)附表a3陳志華）,計(jì)算端部承壓時(shí)的r，對(duì)于q235 鋼r =1.15;q345、q390、q420鋼 r=1.1.175 。,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼材的疲勞和疲勞計(jì)算,疲勞破壞的特征,定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，但仍然會(huì)發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱(chēng)為疲勞破壞。,破壞過(guò)程：裂紋的形成-裂紋的擴(kuò)展-最后的迅速斷裂而破壞,破壞特點(diǎn)： （1）疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力小于鋼材的屈服強(qiáng)度，鋼材的塑性還沒(méi)有展開(kāi)，屬于脆性破壞。,（3）疲勞對(duì)缺陷十分敏感。,（2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,引起疲勞破壞交變荷載的兩種類(lèi)型,常幅交變荷載-常幅應(yīng)力-常幅疲勞,變幅交變荷載-變幅應(yīng)力-變幅疲勞,應(yīng)力比（） 循環(huán)應(yīng)力中絕對(duì)值最小的峰值應(yīng)力smin與絕對(duì)值最大的峰值應(yīng)力smax之比。r= smin /smax(拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)),應(yīng)力幅（ds） ds=smax-smin，此處smax為最大拉應(yīng)力，取正值，smin為最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。（拉應(yīng)力取正號(hào)而壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)）,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲勞壽命） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,常幅疲勞 當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量時(shí)，稱(chēng)為常幅疲勞。,1.非焊接結(jié)構(gòu)的疲勞,大量試驗(yàn)研究表明，疲勞強(qiáng)度除與主體金屬和連接類(lèi)型有關(guān)外，還與循環(huán)應(yīng)力比r和循環(huán)次數(shù)n有關(guān)。 當(dāng)以n=2106為疲勞壽命時(shí)，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出了驗(yàn)算以拉應(yīng)力為主的疲勞計(jì)算公式,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,2. 焊接結(jié)構(gòu)的疲勞,通過(guò)大量試驗(yàn)研究表明，控制焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命最主要的因素是構(gòu)件和連接的類(lèi)型、應(yīng)力幅ds以及循環(huán)次數(shù)n，而與應(yīng)力比無(wú)關(guān)。,焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)fy ，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域。,最大：,最?。?真實(shí)應(yīng)力比：,焊縫附近真實(shí)應(yīng)力比的大小取決于應(yīng)力幅ds的大小,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,應(yīng)力幅與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n（疲勞壽命）的關(guān)系,(1)應(yīng)力幅值越低，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越多，疲勞壽命也越高。,(2)當(dāng)應(yīng)力幅值減小到一定程度時(shí)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)趨向無(wú)窮大。,容許應(yīng)力幅的定義 （1）應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)（紅色實(shí)線所示）關(guān)系曲線為試驗(yàn)回歸曲線，反應(yīng)了平均值之間的關(guān)系。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,（2）考慮到試驗(yàn)的離散性，取平均值減去兩倍lgn的標(biāo)準(zhǔn)差（2s）作為疲勞強(qiáng)度的下限值，圖中藍(lán)色虛線所示。該虛線上的應(yīng)力幅定義為對(duì)應(yīng)于某疲勞壽命的容許應(yīng)力幅。,（3）如果lgn符合正態(tài)分布，則構(gòu)件或連接的疲勞強(qiáng)度的保證率為97.7。,(4）容許應(yīng)力幅的表達(dá)式ds可通過(guò)兩個(gè)相似三角形求出：,(5)式中：系數(shù)、c根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范-疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類(lèi) 查表得到。,(6)容許應(yīng)力幅與鋼材的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這表明不同種類(lèi)的鋼材具有相同的抗疲勞性能。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,chapter 3 design methed of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,常幅疲勞驗(yàn)算,規(guī)范將不同構(gòu)造和受力特點(diǎn)的鋼構(gòu)件和連接，按其疲勞性能的高低歸并劃分為8個(gè)疲勞計(jì)算類(lèi)別，并對(duì)每個(gè)類(lèi)別規(guī)定了相應(yīng)的參數(shù)取值。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,參數(shù)和b的取值,國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)證明，除了個(gè)別在疲勞計(jì)算中不起控制作用類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度有隨鋼材的強(qiáng)度提高而稍有增加外，大多數(shù)焊接連接類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度不受鋼材強(qiáng)度的影響。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力幅法，按彈性狀態(tài)計(jì)算應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算只適用于無(wú)高溫（t150）、無(wú)嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的高周低應(yīng)變的疲勞計(jì)算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n5104)。,常幅疲勞的計(jì)算公式, 標(biāo)準(zhǔn)荷載下的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅； 對(duì)于焊接部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅: = max- min ； 對(duì)于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：= max- 0.7min max 每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最大拉應(yīng)力（取正值） min 每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力 （拉應(yīng) 力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）； 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,變幅疲勞,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時(shí)為變幅疲勞。,可將變幅疲勞折算為等效的常幅疲勞，然后按常幅疲勞檢算式檢算。,（a）檢算公式 e等效常幅疲勞應(yīng)力幅。 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。,情形一 能夠測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,（b) 計(jì)算,若能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅e按下式進(jìn)行疲勞計(jì)算：,ni 以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命； ni 預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù),鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,情形二不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律,設(shè)計(jì)重級(jí)工作制吊車(chē)的吊車(chē)梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車(chē)桁架時(shí)，應(yīng)力幅是按滿(mǎn)載得出的，實(shí)際上常常發(fā)生不同程度欠載情況。如果沒(méi)有對(duì)實(shí)際應(yīng)力幅的統(tǒng)計(jì)資料，即屬本情形。使用欠載效應(yīng)系數(shù)，按常幅疲勞進(jìn)行計(jì)算。,計(jì)算公式,欠載效應(yīng)的等效系數(shù),循環(huán)次數(shù)為n=2106次的容許應(yīng)力幅。,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,design methed of steel structure,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 design principles of steel structure,疲勞破壞中一些值得注意的問(wèn)題,（1）疲勞驗(yàn)算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，而不是以概率論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。這主要是因?yàn)楹附訕?gòu)件焊縫周?chē)牧W(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有較好試驗(yàn)或數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行以概率論為基礎(chǔ)的研究。,（2）對(duì)于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開(kāi)展，則不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不必進(jìn)行疲勞計(jì)算。,（3）國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)證明，大多數(shù)焊接連接類(lèi)別的疲勞強(qiáng)度不受鋼材強(qiáng)度的影響，故可認(rèn)為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無(wú)關(guān)。,（4）提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的措施 （）采取合理構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，盡可能減少應(yīng)力集中； （）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，減小初始裂