淺談鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)
2020-05-07 09:07 西安鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)公司
我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是要做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的根本問題是在結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇一種最佳的平衡,使由最經(jīng)濟(jì)的途徑建成的結(jié)構(gòu)能在規(guī)定的使用年限內(nèi),以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M足各種預(yù)定的功能要求。
我國《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)定的功能要求有：
1、在正常施工和使用時(shí),能承受可能出現(xiàn)的各種作用。
2、在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。
3、在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性。
4、在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后,還能夠保持必要的整體穩(wěn)定性。
當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí),此特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。和其他建筑結(jié)構(gòu)一樣,鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)兩大類。
承載能力極限狀態(tài)是指結(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。比如強(qiáng)度破壞、結(jié)構(gòu)傾覆、疲勞破壞、喪失穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)體系或構(gòu)件出現(xiàn)過度的塑性變形等。
正常使用極限狀態(tài)是指結(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)定限值,比如,出現(xiàn)影響正常使用或外觀的變形、振動(dòng),影響正常使用或耐久性的局部破壞(包括裂縫)等。
強(qiáng)度破壞是指構(gòu)件的某一截面或連接件因應(yīng)力超過材料強(qiáng)度而導(dǎo)致的破壞。例如,有孔洞的鋼構(gòu)件在消弱截面處被拉斷,就是一般的強(qiáng)度破壞。鋼結(jié)構(gòu)還有一種特殊情況的強(qiáng)度破壞,就是在特定李件下可能出現(xiàn)低應(yīng)力狀態(tài)的脆性斷裂,例如，材質(zhì)低劣、構(gòu)造不合理或者低溫等因素,都會(huì)促成這種斷裂。
鋼構(gòu)件因截面小且組成構(gòu)件的板件較薄,使得失穩(wěn)成為承載能力極限狀態(tài)的一個(gè)非常重要的方面。壓應(yīng)力是使構(gòu)件失穩(wěn)的原因,除軸心受拉構(gòu)件外,軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件都不同程度上存在壓應(yīng)力,都有可能喪失穩(wěn)定性,因此,失穩(wěn)在鋼結(jié)構(gòu)中具有普逼性。不過,有些局部失穩(wěn)現(xiàn)象并不構(gòu)成承載能力的極限。
疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。許多鋼結(jié)構(gòu)工程中鋼構(gòu)件承受循環(huán)重復(fù)荷載作用,如橋梁、吊車梁等。出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí),截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度,甚至低于屈服強(qiáng)度,端口可能貫穿于母材,還可能貫穿于連接焊縫,或者貫穿于母材及焊縫。疲勞斷裂的危險(xiǎn)性較大。
由于鋼材具有良好的塑性變形能力,并在屈服后還會(huì)強(qiáng)化,設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)可以者虐適當(dāng)利用材料的塑性,但是利用鋼材的塑性工作階段不應(yīng)導(dǎo)致過大的變形,否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不適于繼續(xù)承載。
承載能力極限狀態(tài)一般是不可逆的,一旦發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效,因此必須慎重對(duì)待。正常使用極限狀態(tài)中的變形和振動(dòng),通常都在彈性范圍內(nèi),并且是可逆的。對(duì)于可逆的極限,可靠度方面的要求可以適當(dāng)放寬一些。
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