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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；

??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。

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摘自?/read-htm-tid-4085-f1.html