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  1. 技术说明
  2. 结构3D
  3. LRFD 与 ASD

LRFD 与 ASD

什么是 ASD 和 LRFD?

ASD 和 LRFD 是为结构元素的设计提供一般工作流程的方法或理念. 设计结构元素旨在保障公众健康, 安全, 结构居住者和结构本身的一般福利. 当结构中的元素以这样的方式成比例时,这个目标就实现了, 在一定的负载下, 他们没有达到极限状态.

一方面, LRFD 代表负载和阻力系数设计. 简而言之, 它由按比例分配的结构元素组成,使用一些因素来降低它们的阻力,这样当结构受到一些影响时,就不会达到适用的极限状态。 合适的 LRFD 荷载组合. 这些荷载组合是考虑实际因素的结果 (名义上的) 通过其他因素加载以获得最终状态加载条件. 在钢结构和木结构设计中, 期限 “LRFD” 用来指这种方法, 然而, 对于混凝土和砖石结构的设计,该术语 “强度设计” 参考此方法时首选.

SkyCiv S3D 根据 AISC 显示设计结果 360 16 LRFD

另一方面, 自卫队 代表许用应力设计 (有时也称为许用应力设计). 综上所述, 它由成比例的结构构件组成,使得在标称载荷下分析阶段的弹性计算应力不超过某些指定的许用应力. 这种方法也被称为 “工作压力设​​计”. 标称负载, 在其下计算弹性应力, 来自 ASD 负载组合.

SkyCiv S3D 根据 AISC 显示设计结果 360 16 自卫队

适用性和强度有什么区别?

极限状态有两种; 适用性和强度. 适用性极限状态 当判断结构对其预期功能无用时达到, 这通常与挠度或位移限制有关. AISC 对适用性的定义是 “一个州 其中一个构建的功能ing, 它的外观, 维持能力, 耐用性, 和舒适 它的居住者被保存在也不马尔 用法。” 强度极限状态 当结构变得不安全时到达, 当超过材料强度时,在最终坍塌之前.

一般来说, 适用性 应该满足 然而 强度限制确保 结构的安全性和 必须满足. 一个很好的看待这个问题的方法是超过这些极限状态的结果或影响是什么? 如果达到强度限制, 该结构可能会经历一些严重的后果,例如屈曲, 不稳定, 屈服或完全失败. 如果超出可服务性问题, 这些通常会影响建筑物的人员和使用情况, 例如,居住者可能会感到不舒适如果有过多的变形,则很舒适建筑物中的运动或振动. 这并不是要低估满足可维护性检查的严重性或严重性, 因为这些通常是合同要求的, 影响建筑物的使用,如果发生故障,纠正起来非常昂贵.

ASD 和 LRFD 的主要区别

荷载组合

使用 ASD 时, 负载组合系数不会增加组合服务负载的值,而是代表实际服务负载. ASD 中的大多数组合包括带有单位系数的恒载, 当与风等动态载荷相结合时, 雪, 和地震, 后者乘以一个小于一的数, 占自然概率之间的平衡, 经济学, 和安全. 想要查询更多的信息, 检查 ASD 负载组合文章.

相比之下, LRFD 中的负载组合确实增加了服务负载的值, 在大多数组合中使用大于一的因子. 这些因素解释了动态载荷的不确定性, 以及在结构的生命周期中超过预期静载荷的可能性. 想要查询更多的信息, 检查 LRFD荷载组合文章.

限制国家不平等

对于自闭症, 极限状态不等式表示为:

\(R_a leq frac{R_n}{\欧米茄}\)

在哪里 \(R_a), 是根据施加的载荷所需的强度 ASD 负载组合. \(R_n\) 是被检查成员提供的公称强度, 和 \(\Omega\) 是个 安全系数. 右边的分数对应于 许用强度, 这是理论上对结构材料施加的上限.

对于 LRFD, 极限状态不等式看起来像这样:

\(R_a leq phi cdot R_n)

在哪里 \(R_a), 是根据施加的载荷所需的强度 LRFD荷载组合. \(R_n\) 是被检查成员提供的公称强度, 和 \(\phi\) 是个 阻力系数 这取决于被检查的极限状态. 右边的分数对应于 设计实力, 这是理论上对结构材料施加的上限.

可用强度

自闭症, 可用强度称为允许强度, 而在 LRFD 中,它被称为设计强度. 在极限状态不等式, 它是右侧的术语. 以图形方式, 在通用材料应变-应力曲线中, 可用强度如下图所示, ASD 的可用强度明显低于 LRFD 的可用强度. 然而, 这并不意味着 LRFD 总是不如 ASD 保守,因为所需的强度 (不等式的左边) 也被 LRFD 中的一些因素放大.

ASD 与 LRFD 的可用强度

安全系数

对于 ASD 理念, 安全系数在不同负载组合中被视为常数, 它仅针对不同的极限状态条件而变化: 轴向力, 弯矩, 扭矩, 和剪切力.

对于 LRFD, 安全系数在极限状态不等式中不明确, 但可以推导出一个有效的安全系数如下:

\(R_a = U cdot (R_{服务; 负载}) \leq \phi \cdot R_n\)

\(R_{服务; 负载} \列克压裂{R_n}{U/\phi} = frac{R_n}{\欧米茄_{效果, \; LRFD}}\)

在哪里 \(U\) 是特定于每个负载组合的不同负载系数, 因此,LRFD 中的有效安全系数因负载组合和极限状态条件而异 (弯曲, 剪力, 轴向的, 扭力) 经过考虑的. 那说, LRFD 更好地说明了施加载荷的不确定性和可用强度, 分散不同负载组合和极限状态条件下的因素.

流程图比较

进一步比较Limit State和ASD (或许用应力), 参考下图:

使用 SkyCiv 使用 LRFD 或 ASD 运行设计检查

使用SkyCiv, 可以对结构进行设计检查, 使用 LRFD 和 ASD 方法. 对彼此而言, 我们提供详细的计算报告,让您轻松了解软件在做什么.

SkyCiv S3D 显示 ASD 和 LRFD 的详细设计报告

参考资料

  1. 2015 国际建筑规范. 国际代码委员会, 2015.

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