欢迎您来到全国水雨情信息网站! 2021年1月28日 星期五
 
  当前位置: 首页--水利百科--工程力学、岩土力学、工程结构及材料--工程力学

结构的极限荷载

2020-04-09 21:01

结构达到极限状态时相应的荷载。结构的极限状态分为两类:①强度极限状态,亦称承载能力极限状态。结构达到这种状态时,其承载能力已发挥到最大限度,荷载再增大,结构就要破坏。这类极限状态的形式有多种,如关键截面的破坏、构件的极值点失稳以及反复荷载引起的疲劳破坏等。②正常使用极限状态。结构达到这种状态时,其正常使用条件已达到最大限度,荷载再增大,结构就不能满足正常使用的要求。此类极限状态的形式也有多种,如大跨度结构的挠度限制,挡水结构的裂缝限制,以及房屋结构裂缝允许最大宽度等。

结构按强度极限状态设计(参见极限状态设计法)比按容许应力设计能更充分地利用材料的抗力,能更正确地反映实际工作状态,因而更为经济、合理。在按强度极限状态的极限荷载计算中,为了避免复杂的弹塑性分析,通常假设材料为理想刚塑性体。在计算梁和刚架的极限荷载时还引用了塑性铰的概念,即受弯构件某截面弯矩达塑性极限值(Mu)时,该截面将发生塑性相对转动变形,曲率变化率可以任意增大,这时曲率的变化率不连续,好像铰一样,故称塑性铰。塑性铰不同于普通铰,普通铰不能传递弯矩,而塑性铰能传递塑性极限弯矩;普通铰是双向铰,而塑性铰是单向铰,只能发生与极限弯矩方向一致的塑性变形。当结构形成足够数目的塑性铰后,就变为机构。

设作用于结构上的荷载成比例地从小到大逐渐增加,整个荷载可用一个参数P表示,当P增至极限荷载(Pu)时,结构达极限状态,这时结构应满足3个基本条件:①力的平衡条件。结构整体或任何部分上的力系,包括外力和内力要满足平衡条件。②塑性屈服条件。结构所有截面内力的绝对值都不超过该截面的极限内力。③单向机构条件。结构一定数量的内力达到极限值,形成了机构,此机构只容许沿极限内力方向产生位移。对于任一单向内力机构,若把用平衡条件求出的荷载称为破坏荷载(P+),则P+满足平衡和单向机构两个条件。在结构所有截面内力不超过极限值的条件下,若把用平衡条件求出的荷载称为可接受荷载(P-),则P-满足平衡和塑性屈服两个条件。结构的极限荷载应该既是可破坏荷载又是可接受荷载。

结构极限荷载的一般定理:

(1)可破坏荷载是极限荷载的上限,或最小的可破坏荷载才是极限荷载,也称上限定理,或极小定理。

(2)可接受荷载是极限荷载的下限,或最大的可接受荷载才是极限荷载,也称下限定理,或极大定理。

(3)极限荷载是惟一的,也称惟一性定理。

确定极限荷载的方法有静力法、机动法和逐步计算法等。用基于极大定理的静力法计算极限荷载,首先要假设各种不违背塑性屈服条件的内力,然后用平衡条件求出各组内力相应的可接受荷载,在所有的可接受荷载中最大的一个就是极限荷载。用基于极小定理的机动法计算极限荷载,先要选取结构的各种破坏形式,用平衡条件求出每一种破坏形式的可破坏荷载,在所有可破坏荷载中最小的一个就是极限荷载。逐步计算法先对结构进行计算,求出最先屈服的截面,然后解除该约束,代以相应的极限内力。继续计算时,结构的超静定次数降低了1次。进而求出第2个屈服的截面,再解除约束,代以相应的极限内力,则结构的超静定次数又降低了1次。如此逐步计算,直至结构成为机构,从而得到极限荷载。如果已经屈服的截面在下步计算中出现反向内力,该截面将返回弹性阶段工作,结构的超静定次数又重新提高,因此计算中需要逐步进行校核。

责编: system