上述许用应力设计方法所用的参量,如载荷、强度(许用应力)、几何尺寸等都看成确定的量,所以又称为定值设计法,这种方法表达式简单明了,使用方便,已沿用很长时间,积累了丰富的经验,至今仍是许多行业采用的设计方法。但这种方法的缺点在于将许多不确定的随机变量当作定值,为保证安全往往选取高的安全系数和低的许用应力,结果造成材料的不经济和不合理的使用,因而近年发展了可靠性一概率论和数理统计为基础的设计方法。
(2)以概率论为基础的极限状态设计法 1974年以来实施的《钢结构设计规范》(GB J17-1974)规定采用许用应力法进行设计,但其许用应力是以结构的极限状态(强度、刚度、稳定性)为根据,对各种影响因素进行数理统计,并结合我国工程实践,进行多系数分析而求出单一安全系数决定的许用应力,是一种半概率、半经验的极限状态计算法。考虑到大多数载荷及由它引起的应力和材料的抗力本质上是随机的,即是随时间和空间而变动的随机变量。因而结构工作的可靠性(安全性、适用性和耐久性的统称)也是随机的。简单地说我们希望设计结构的材料抗力大于应力,即抗力与应力之差应大于或等于零。因抗力与应力是随机的,则此差可大于或等于零,也可能小于零,定义该值大于或等于零的概率为结构可靠度。如果已知了应力和抗力的随机变量分布函数,则利用概率论的数学方法可以计算出结构可靠度。如果选择确定了结构的最优可靠度,达到设计结构在技术上可靠在经济上节省,这就是所谓的概率设计法,2003年4月发布,10月出版,全面修订了的《钢结构设计规范》( GB50017-2003 )继续采用了以概率论为基础的一次二阶矩极限状态法,但由于多种原因,包括缺乏各种形式载荷、材料性能、结构构件抗力的全部统计数据,许多参数的随机分布仅是近似正态分布等,还难于完全用可靠指标进行设计,口前仍是近似的概率设计法,采用分项系数表达式进行结构设计,即: 例如在承载能力极限状态(指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于承载的变形状态)进行强度和稳定性设计时,设计表达式为: 此外,恒载和变载的设计值可表示为: 表5 -3和表5-4为GB 50017-2003标准规定的强度设计值(钢材和焊缝的)。 除承载能力极限状态(即达最大承载能力或不能承载的变形)外,还可按正常使用的极限状态,此时虽可能未到承载能力极限,但已不能正常工作,如达到某项规定(例如变形值)的极限,此时设计表达式可写作: |