基本介紹
- 中文名：極限承載強度
- 外文名：ultimate bearing strength
- 學科：土木工程
- 定義：結構構件能提供的最大承載強度
- 組成：靜荷載、活荷載、風荷載
- 目的：保證結構構件安全
簡介,有關荷載,地基極限承載強度,極限強度法,
簡介
建築法規允許採用這兩種方法中的任何一種：安全應力法，或者荷載—抵抗係數法 (也叫極限強度法) 來設計結構構件。在兩種方法中，結構構件所必需的結構性能由設計荷載決定。設計荷載是由使用荷載組合值乘以係數算得的。按照不同的荷載出現的可能性，使用不同的係數來乘以不同的荷載組合值。使用安全應力法，要求性能通常是由荷載組合值決定的。這裡的荷載組合值是會導致 結構嚴重開裂或者過度變形的荷載組合值。出於這個目的，恆荷載、活荷載、風荷載、地震荷載、雪荷載和其他可能同時作用的荷載相加的值均乘以一個小於等於1的係數。在做極限強度設計時，極限承載強度一般是指由恆荷載、活荷載、風荷載、地震荷載組合，且各種類型的荷載都應乘上一個相應的係數。在建築工程中，地基極限承載強度是地基設計中一個重要設計因素。
有關荷載
活荷載
又稱可變荷載。在設計基準期內量值隨時間變 化且其變化與平均值相比不可以忽略的荷載。 這類荷載在結構上的作用是暫時的，其作用位置是 可變的。它又可劃分為可動活荷載和移動活荷載兩 類，其中如風荷載、雪荷載、樓面活荷載或臨時設 備的重量等，能在結構上占有任意位置，稱為可動 活荷載，它們由 《荷載規範》 確定; 而車輛荷載、 吊車荷載等，則屬於一系列互相平行、間距不變， 且能在結構上移動的活荷載，稱為移動活荷載，可 根據產品目錄和有關規定確定。
恆荷載
又稱永久荷載。在結構使用期間，其值不隨時 間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計的 荷載。例如，結構的自重，安置在結構上的固定設備的重量，結構所受的土壓力等。這類荷載的大小和作用位置都是固定不變的。
地震荷載
由地震引起而作用於建築物上的動荷載。海洋工程建築物的地震荷載主要包括地震慣性力、地震動水壓力和地震動土壓力。地震慣性力等於質量與振動加速度的乘積，其大小及分布與建築物的質量分布、剛度、施工質量、地基條件等多種因素有關，一般以水平荷載形式表示。計算地震慣性力的理論主要有靜力理論和動力理論。動力理論中包括反應譜理論，它既考慮了結構的動力特性，又考慮了場地土壤的性質，計算簡便，誤差不大，因而得到廣泛套用。地震動水壓力又稱水的激盪力，是地震時水對建築物的一個附加水壓力。地震動土壓力以地震動土壓力係數附加於總土壓力上，該係數與土的內摩擦角、填土坡度等有關。在設計中地震荷載作為一種特殊荷載考慮，一般在地震烈度6度以下不設防。在地震作用下，軟弱地基易產生液化和震陷，地基液化和震陷的危害性分析是土動力學和岩土地震工程研究的前沿課題一。地震荷載下土體殘餘應變及孔壓研究是地基液化和震陷分析的基礎。
地基極限承載強度
地基極限承載強度是指地基抵抗剪下滑動破壞所能承受荷載的極限能力。理論計算公式基本上可分為兩種類型：一種是根據極限平衡理論，假定地基土是剛塑體，計算土中各點達到極限平衡時的應力及滑動面方向，由此解得地基的極限荷載;另一種是先假定土中滑動面的形狀，然後根據滑動土體的靜力平衡條件求解極限荷載。後者比前者簡便，在工程實踐中用得較普遍。此外，它還可以通過載荷試驗結果得到的地基土極限荷載確定。地基承受整個上部建築物的荷重，當上部建築物的荷重超過地基的承載力時，地基將發生破壞。地基發生破壞有兩種形式：1.是建築物產生了過大的沉降或沉降差，致使建築物嚴重下沉、上部結構開裂、傾斜而失去使用價值，即地基的變形問題；2.是建築物的荷重超過了地基持力層所能承受荷載的能力而使地基失穩破壞，即地基的強度和穩定性問題。近些年來，有關地基承載力的研究已從早期的經驗和試驗成果的簡單分析發展到試驗與理論相結合的深入研究，理論和試驗都獲得了較大的發展，推導了各種理論和相應的計算公式，實測數理統計分析法由於採用了改進的試驗方法和試驗儀器並完善了由試驗建立起來的經驗公式，也有了很大的發展。
極限強度法
由塑性材料製成的結構，按彈性分析法設計結構是不夠經濟合理的，按極限荷載的方法設計結構更為經濟合理，且能反映整個結構的強度儲備。在實際套用中，人們往往還要藉助一個安全係數，因為安全係數是從整體結構所能承受的荷載來考慮的，故能較正確的反映結構強度設計時的綜合因素。自世紀中葉開始，人們便在結構設計中採用容許應力法計算結構的強度，這種方法是把結構構件當作理想彈性體來分析，故又稱彈性分析法或容許應力法。這種方法認為，結構的最大應力達到材料的極限應力時結構會破壞。由拉伸實驗可知，低碳鋼金屬材料在達到一定的應力水平後，會產生明顯的塑性變形。其特徵是塑性變形是不可逆的永久變形。產生塑性變形後卸除荷載，往往會導致受力構件內的殘餘應力產生；應力超過彈性範圍後，應力一應變曲線為非線性關係；塑性變形與載入的歷程有關。不同的載入歷程所對應的應變值不同；金屬材料的塑性變形量遠大於彈性變形量。在彈性分析中，完整地求解一個材料力學問題，一般需考慮靜力平衡條件、變形幾何條件和力與變形的物理條件。在考慮材料塑性分析問題中，同樣需考慮靜力、幾何和物理條件三個方面，只是由於塑性變形與載入歷程有關，且應力一應變之間為非線性關係，使求解變得複雜。為了簡化計算，通常做如下假設：荷載為單調增加的靜荷載；構件雖已局部產生塑性變形，其變形的幾何相容關係仍保持為線性；構件在達到極限狀態前，始終保持為幾何不變體系。材料具有屈服階段，在塑性變形較小時，材料為理想塑性模型；在工程結構或構件的強度分析中，認為套用彈性分析法進行計算，不能充分發揮材料的承載能力。如在偏心受剪螺栓群中，構件內的最大應力僅發生在據中心最遠的螺栓上。當最大應力達到屈服極限時，危險螺栓截面內部材料仍繼續處於彈性範圍，構件仍繼續承載或增加荷載，直到螺栓完全塑性化，而不至於發生大的塑性變形。因此，考慮材料的塑性變形特點，對於進一步認識材料，充分發揮材料的作用是必要的。同理，由塑性材料製成的結構，尤其是超靜定結構，當某一局部應力達到屈服極限時，結構並不破壞，還能承受更大的荷載而進入塑性階段繼續工作。可見，按彈性分析法，以個別構件的局部應力來衡量整個結構的承載能力是不夠經濟合理的。
