Chapter14结构的极限荷载讲述VIP免费

第十四章结构的极限荷载第一页，共三十页。§14-1概述19世纪中叶开始，随材料力学兴起，采用容许应力法计算结构强度－弹性计算方法，属于材料力学方法。max[]uk所有构件的最大工作应力材料极限应力bus脆性材料塑性材料K-安全系数由塑性材料（如结构碳钢）制成的超静定结构，某构件的某个截面的局部应力达到屈服应力ss第二页，共三十页。此时截面还能承受更大荷载，截面的部分材料进入塑性状态，但结构还没有破坏。按照容许应力法，以个别截面的局部应力（危险截面的危险应力）衡量整个结构的承载能力，保守，不合理，不经济安全系数也不能反映整个结构的承载能力。20世纪三、四十年代，建立和发展了极限荷载方法：以结构进入塑性阶段，到最后丧失承载能力的极限状态作为结构破坏的标志。塑性分析方法结构在极限状态承受的荷载－极限荷载uPPKK-安全系数第三页，共三十页。按极限荷载方法设计结构，比容许应力方法更加合理、经济安全系数K，考虑整个结构所能承受的荷载，反映了结构的强度储备。整体考虑，比较合理局限：只是确定结构最后状态为极限状态。在给定安全系数下，结构在实际荷载作用下，处于什么工作状态（弹性、部分弹性和塑性）不清楚。可能大部分杆件仍处于弹性阶段。弹性分析、塑性分析结合。20世纪八十年代，在极限荷载方法基础上，考虑材料特性的概率分布特性，发展了以概率理论为基础的极限状态设计方法。现在的结构设计方法第四页，共三十页。塑性材料-关系的简化oDCAB理想弹性理想塑性建筑所用钢材，低碳钢、中碳钢，屈服阶段比较长，可采用此理想弹塑性材料的应力－应变关系。加载：理想弹塑性卸载：弹性注意：塑性分析时，叠加原理不适用。各种荷载组合单独计算比例荷载：所有荷载一次施加于结构，各荷载按同一比例增加。oDCABE第五页，共三十页。§14-2极限弯距和塑性铰、破坏机构、静定梁的计算设梁的横截面有一对称轴，承受此对称平面内的竖向荷载作用。荷载增加，截面由弹性状态－>塑性状态。无论那种状态，梁的平截面假设成立。第六页，共三十页。b)荷载较小，完全弹性阶段，沿截面高度线性分布;c)，弯距－屈服弯距d)荷载增加，截面更多部分进入塑性流动阶段，中性轴发生偏移e)整个截面应力都达到屈服应力，弯距达到截面所能承受的最大值－极限弯距MusmaxsssMW(-)(+)(-)(+)σs(-)(+)(-)(+)σsσsσsσs形心轴等分截面轴对称轴A1A2a1a2（a）（b）（c）（d）（e）第七页，共三十页。此时截面弯距不能继续增大，弯曲变形可任意增大，相当于该截面出现了一个铰－塑性铰塑性铰和普通铰的区别：1）普通铰不能承受弯距，塑性铰承受极限弯距Mu2）普通铰是双向铰，两个方向都可以转动；塑性铰是单向铰，沿弯距方向转动。3）普通铰与外力无关；而塑性铰与外力有关，弯距减小时，材料恢复弹性，塑性铰消失。第八页，共三十页。受拉和受压部分截面面积分别为A1和A2。梁轴力为零202121AAAAAss截面上受拉和受压部分面积相等，此时中性轴为等分截面轴。两部分的合力组成一力偶，该截面的极限弯矩Mu2/As)(212211SSaAaAMsssuS1和S2为A1和A2对等分截面轴的静矩21SSWs塑性截面系数ssuWM第九页，共三十页。截面形状系数WWWWMMsssssu2.11.17.15.1矩形圆形工字形结构出现若干塑性铰，成为几何可变或瞬变体系－破坏机构。此时结构丧失承载能力，达到极限状态。对于静定梁，出现一个塑性铰，即成为破坏机构。等截面梁，塑性铰首先出现在处maxM第十页，共三十页。l/2l/2Pu4lpu等截面简支梁，跨中弯矩最大，此处出现塑性铰，形成破坏机构。4uuplM4uuMpl或者变截面梁，塑性铰出现在处。maxuMM第十一页，共三十页。§14-3单跨超静定梁的极限荷载与静定梁不同，超静定梁具有多余约束，出现一个塑性铰，仍然几何不变，还可以承受更大荷载。只有出现更多的塑性铰，变成几何可变或瞬变体系－破坏机构时，才丧失承载能力。如一端固定一端铰支的等截面梁：A端先达到极限弯距Mu,出现塑性铰；荷载增加，跨中C也达到极限弯距Mu,出现塑性铰；几何可变的机构l/2l...