施工方案结构简算中的常见问题释疑课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,施工方案结构简算中的常见问题释疑,中铁七局武汉公司工程管理部,二一四年五月二十三日,目录,一、极限状态概率设计法及允许应力设计法,二、荷载计算,三、合载组合,四、结构内力及变形计算,五、受弯构件的剪应力的计算,六、压杆稳定性,一、极限状态概率设计法及允许应力设计法,我们在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，供技术人员参考、交流，以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。,1.1,允许应力法设计理论,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：,A,、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；,B,、,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；,C,、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）。,1.2,极限状态概率设计法,极限状态概率设计法的设计准则是：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,。,极限状态概率设计法的特点是：,、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。,1.3,允许应力法与极限状态概率设计法 的实用表达式,式中：,结构在标准荷载下的应力；,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。,允许应力法,极限状态概率设计法,式中：,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,；,结构荷载效应设计值，恒载乘以,1.2,分项系数，活载乘以,1.4,分项系数；（具体见：,建筑结构荷载规范,）,结构构件抗力的设计值；,1.4,允许应力法与极限状态概率设计法的比较,示例：,？,问题在哪儿,荷载效应计算采用极限状状态设计法，而材料应力却选用了允许应力,允许应力法,荷载效应标准值计算的结构应力,材料的允许应力,荷载效应标准组合计算的结构应力,材料强度设计值,极限状态概率设计法,允许应该小于屈服强度，提供结构设计的安全性。,荷载分项系数增大设计荷载，提供结构设计的安全性。,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；或者是相反情况。,结构计算过程中，荷载与抗力必须是相对应的，不能混用。,二、荷载计算,荷载计算包含：,荷载值的计算、单元荷载划分两部分,荷载值的计算按照要求直接计算，一般不会出问题，下面主要针对荷载的划分讨论一下容易出现的错误,示例：,此处存在的问题：,1,、由计算式可以看出，,2,应该为一个纵向的线性荷载，而在计算模板时，模板下方为纵向方木，则模板应该简化为横向的三跨连续梁，荷载与模型不对应；,、,q,的计算公式可以看出，计算结果应该为一个集中荷载而不是线性荷，,正确的应该怎么计算呢？,示例：,某门洞主横梁验算：,立杆间距,30cm,，主横梁,H,型钢长,4m,，上纵梁采用,400*200,型钢，主横梁按跨度,30cm,的,3,跨连续梁计算。,模板、支架等自重,新浇筑混凝土自重,(,最大值,),：；,施工人员及施工机具运输或堆放的荷载：；,振捣混凝土时产生的竖向荷载：。,新浇筑混凝土对侧面模板的压力,g,=,1.2,（,+,）,+1.4,（,+,）,=1.2,（,2+58.75,）,+1.4,（,2.5+2,）,=79.2K,N/m,2,，,（荷载计算存在问题，门洞处上方的梁体及模板、背楞的荷载应该传递至两侧的墩柱之上，由满堂支架钢管承载，此处只计算了满堂支架上方的荷载）,三、合载组合,建筑结构设计应该根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利组合进行设计。,根据,建筑结构可靠度设计统一标准,GB50068,，,结构或构件的变形属于正常使用极限状态，应采用荷载标准值进行计算,；而,强度、疲劳和稳定属于承载能力极限状态，在设计表达式中均考虑了分项系数，采用荷载设计值（荷载标准值乘以荷载分项系数）进行计算,，但其中疲劳的极限状态设计目前还在研究阶段，所以仍沿用原规范,GBJ17-88,按弹性状态计算的容许应力幅的设计方法，采用荷载标准值进行计算。,示例：,承载力极限状态下，构件的强度计算时的荷载采用乘分项系数进行组合，是正确的，而变形属于正常使用极限状太，应该荷载标准值进行计算。,小结,荷载效应的基本组合计算的结构应力,承载力极限状态,荷载效应标准组合计算的结构应力,正常使用极限状态,强度,疲劳,稳定性,变形,计算承载力极限状态和正常使用极限状态下的结构抵抗能力，应该采用相对应的荷载组合，不允许混用。,四、结构内力及变形计算,对结构或构件的受力情况进行验算时，主要有利用结构力学（或相关,结构计算手册,）、结构力学软件（结构力学求解器、,midas,等）两种方法。,结构力学方法来计算时，首先结构或构件的受力简化模型是否合理相当重要，不同的简化模型所得到的计算结果是完全不一样的，然后是荷载的布置，不同的布置形式也会影响计算的准确性。,结构力学软件来计算时，建立模型的过程中，约束条件、荷载组合及分布、材料特性等是关键。,4.1,结构力学的方法,示例：,根据,建筑施工计算手册,，三跨等跨连续梁，在均布荷载作用下，最大弯矩支座、处，且为负。弯矩计算系数为,0.1,以下列出几种常见模型的连续梁内力及变形计算公式：,简支梁,悬臂梁,简支梁及悬臂梁均为静定结构，计算相对比较容易,两跨等跨连续梁,两跨连续梁为超静定结构，,建筑施工计算手册,、,结构力学,等结构计算书籍有列出两跨等跨连续梁的一些计算公式，如下：,在均布荷载作用下：,在集中荷载作用下：,三跨等跨连续梁,注意：很多计算人员在计算二、三跨等跨连续梁的最大矩弯和挠度时，荷载计算按恒载与活载均为满布，却直接引用表格系数的最大值，实际上是不正确的。各系数的选用是与活荷载的布置相关的，当活荷载满布时，按满布静载考虑；,相对比较规则的超静定次数较少的结构或静定结构计算，我们可以采用查表的方法得到最大内力和变形值，最不利内力及变形系数的选择合理性，直接影响到计算结果。,不规则且超静定次数较少的结构计算时，我们可以采用力法或位移法，直接计算出内力及变形结果。,超静定次数较多或者复杂结构整体进行计算时，可以采用相应的力学软件进行计算,4.2,结构力学软件计算,示例：,某连续梁支架门洞纵梁受力计算,此处存在两个问题,：,1,、模型问题，在利用结构力学软件计算时，建立的模型首先应该是一个不可变体系,2,、计算结构选用存在问题，右边的计算结果可以看出，表中只有各单元的杆端位移，因此只显示了悬挑端的位移，而实际的变形应该如下图所示；,结构变形,示例：,某钢板桩围堰，利用,midas,-civil,建立的围囹结构模型,此处存在两个问题,：,1,、围囹及内支撑杆件在模型中的内置方式不正确，工字型截面在和轴方向上的截面特性是不一样的；,2,、荷载布置不正确；,在利用结构力学软件来计算结构或者构件的内力时，模型的简化、约束条件（杆件连接方式、支座等的设定等）、荷载的布置方式（荷载组合及分布）、材料特性的确定、单元划分及结果的选用都是很重要的，所以在利用软件来计算时，应该对软件有较多的理解。,五、受弯构件的剪应力的计算,5.2,剪应力计算,横力弯曲时，横截面上既有剪力、又有弯矩。因此横截面上必然既有正应力、又有剪应力。,例题：,剪应力计算公式是否正确？,在计算构什受弯时剪应力时，由（受拉、压构件的正应力计算），而认为剪应力的计算公式是,5.1,是不正确的。根据,材料力学,受弯构件的剪应力计算公式应该为,5.2,。,公式,5.1,公式,5.2,矩形截面梁,工字型截面梁,圆形截面梁,薄壁圆环截面梁,剪应力的分布,截面形状不同，剪应力的分布有很大的差别。下面针对不同截面形状分别讨论。,矩形截面梁,x,q(x),dx,y,b,z,y,h,剪力分布,由于载荷作用于纵向对称面内，所以横截面上的剪力分布和对称轴,y,轴重合。,剪应力分布假设,根据精确分析结果和实验资料。,各点的剪应力平行于,Q,。,剪应力沿宽度方向均匀分布（当,hb,时，这个假设是符合实际的）。,Q,剪应力公式推导：,在梁中取隔离体,x,dx,q(x),x,1,M,M+dM,1,拀,x,y,设,根据剪应力互等定理,对于矩形截面：,x,dx,q(x),x,1,M,M+dM,1,拀,x,y,y,Q,z,y,max,按抛物线规律分布。,横截面上、下边沿处的剪应力,0,。,中性轴上剪应力最大（,y=0,）,y,b,z,y,h,dA,工字型截面梁,翼缘：,剪应力分布很复杂、数值又很小在材料力学中不作研究,腹板：,剪应力数值很大、其分布符合矩形截面梁的假设、直接使用矩形截面梁的剪应力公式计算,b,y,B,z,y,h,H,剪应力,可以证明：,腹板上的剪应力可以近似用下式计算：,圆形截面梁,最大剪应力在中性轴上,y,z,Q,max,薄壁圆环截面梁,y,z,Q,R,0,t,max,小结,b,y,B,z,y,h,H,max,y,z,Q,max,y,z,Q,R,0,t,max,y,Q,z,y,max,六、压杆稳定性,稳定性是钢结构、满堂支架结构在安全上的一个突出问题，也是结构验算过程中不可缺少的一个步骤。,式中：受压构件的正应力；,压杆稳定性系数；,受压构件的截面积,公式,6.1,6.1,构件长细比计算,),双轴对称截面,2),单轴对称截面,式中：为构件的计算长度，与构件的实际跨度、实际的自由长度等是有区别的。,按照,建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规程,和,钢结构计算手册,中对构件长细比的计算要求，主要对满堂支架施工立杆构件及大临钢结构受压构件的长细比计算进行说明。,公式,6.2,公式,6.3,以上示例中，计算长细比时用步距,1.2,代替计算长度是不正确的，且长细比为,76,时所查得的稳定系数值应该为,0.744,。,示例：,压杆的计算长度,公式,6.4,式中：计算长度附架系数，取值,1.155,；,考虑脚手架整体稳定性因素的单杆计算长度系数；,为立杆步距；,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范,：,单杆计算长度系数,建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范,：,模板支架的立杆计算长度应该按下列要求确定：,1,、在每行每列有斜杆的网格结构中按步距,h,计算；,2,、当外侧四周及中间设置了纵、横向剪刀撑并满足规范第,6.22,条第,2,款构造要求时，应按,l,0,+2a,计算，,a,为立杆伸出顶层水平杆长度,重点,钢结构设计手册,：,等截面压杆和单层或多层框架等截面柱在框架平面内的计算长度按下式计算：,式中：计算长度系数，按下表,3-24,采用；,为压杆或柱的长度或高度；,