ASD vs LRFD

oddíl DC.5

ASD vs LRFD

poslední revize: 11/04/2014

při navrhování v oceli a dřevě je třeba zvolit filozofii designu. V betonu je jedinou filozofií designu v rozsáhlém použití pevnost (LRFD).

Ocel

Než se dostane příliš hluboko do této sekce, bylo by moudré pro vaše číst AISC Steel Construction Manual (SCM) části popisující Zatížení a Odpor Faktor Design a Přípustné Síly Konstrukční filozofie, stejně jako sekce na Základech Designu. Ty se nacházejí na stránkách 2-6 a 2-7 SCM.

dokud AISC zavedla specifikaci Load and Resistance Factor Design (LRFD)v roce 1986, byla konstrukce ocelových konstrukcí založena výhradně na metodikách ASD (ASD). Posun k LRFD nebyla ochotně přijali povolání, i když téměř všechny univerzity přesunula do výuky LRFD specifikace do deseti let od jejího zavedení. Zdá se, že profese nebyla vnímána potřeba měnit metodiky, i když existovaly dostatečné důkazy o tom, že LRFD vyráběla struktury s konzistentnějším faktorem bezpečnosti.

dřevo

LRFD je pro dřevo relativně nové. To bylo výslovně zahrnuto s ASD v Národní specifikaci designu s nejnovějším vydáním SPECIFIKACE.

Konkrétní

Vzhledem ke složitosti analýzy složené řezy pomocí pracovního stresu způsob, mnohem jednodušší, sílu, přístup byl snadno přijat s byl poprvé představen. Síla vychází (LRFD) metoda byla v použití v konkrétní specifikace ACI 318 od roku 1970.

byly Tam dva hlavní rozdíly mezi oběma specifikace:

1. srovnání zatížení buď skutečné nebo konečný silné a
2. rozdíl v efektivní koeficienty bezpečnosti.

aktuální vs. Konečná síla

první rozdíl mezi PAS a LRFD, historicky, byl to starý Přípustné Namáhání Konstrukce ve srovnání skutečné a dovolené namáhání při LRFD porovnává požadované pevnosti skutečné silné stránky. Rozdíl mezi pohledem na silné stránky vs. zdůrazňuje, nepředstavuje velký problém, protože rozdíl je obvykle jen násobení nebo dělení obou stranách hranice státu nerovnosti tím, že část majetku, v závislosti na tom, kudy jedete. Ve skutečnosti, nový AISC Přípustnou Sílu Design (ASD), který nahradí starý povolené napětí design, se nyní vyměnil staré stresu na základě terminologie na sílu, na základě terminologie, prakticky eliminuje tento rozdíl mezi filozofií.

obrázek DC.5.1 znázorňuje úrovně pevnosti členu vypočtené dvěma metodami na typickém zatížení z měkké oceli vs. diagram deformace. Kombinované úrovně síly (Pa, Ma, Va) pro ASD jsou obvykle držena pod výnos zatížení pro členské výpočetní členské nosnost jako nominální sílu, Rn, vydělí bezpečnostním faktorem,W, který snižuje kapacitu k bodu nižší užitkovostí. Pro LRFD, kombinované úrovně síly (Pu, Mu, Vu) jsou vedeny pod vypočítaný člen nosnost, která je produktem nominální sílu, Rn, krát odpor faktor,f.

při zvažování silných stránek členů vždy chceme udržet skutečné zatížení našeho konečného návrhu pod výnosem, abychom zabránili trvalým deformacím v naší struktuře. V důsledku toho, pokud LRFD přístup se používá, pak faktory zatížení větší než 1,0, musí být aplikován na aplikované zatížení je vyjádřit v termínech, které jsou bezpečně srovnatelné konečné úrovně pevnosti. Toho je dosaženo v rovnicích kombinace zatížení, které berou v úvahu pravděpodobnosti spojené se současným výskytem různých typů zatížení.

fixní vs. Variabilní Faktory Bezpečnosti

druhý hlavní rozdíl mezi oběma metodami je, jakým způsobem vztah mezi použitým zatížením a členské kapacity jsou řešeny. Na LRFD specifikace účtech odděleně pro předvídatelnost aplikované zatížení pomocí zátěže faktory aplikuje na požadované pevnosti straně hranice státu, nerovnice a pro materiál a konstrukce variability přes odpor faktorů na nominální sílu straně hranice státu nerovnosti. SPECIFIKACE ASD kombinuje dva faktory do jediného faktoru bezpečnosti. Tím, že rozbije faktor bezpečnosti vedle do nezávislá zatížení a odolnost faktory (jako je tomu v LRFD přístup) více konzistentní efektivní koeficient bezpečnosti je dosaženo, a může mít za následek bezpečnější a lehčí struktury, v závislosti na předvídatelnosti zatížení typy používány.

výpočty kombinací zatížení

základem pro výpočty strukturálního zatížení ve Spojených státech je dokument známý jako ASCE 7: minimální konstrukční zatížení budov & jiné struktury. (Podrobnou diskusi o tomto dokumentu naleznete v Příručce pro začátečníky k ASCE 7-05. Mrtvý, živý, sníh, vítr atd.) jsou obvykle vyjádřeny z hlediska úrovně jejich provozního zatížení. Jedinou výjimkou je zatížení zemětřesením, které jsou vyjádřeny na úrovních pevnosti. Jednotlivá zatížení se pak kombinují pomocí kombinačních rovnic zatížení, které berou v úvahu pravděpodobnost současně se vyskytujících zatížení. Výsledná kombinovaná zatížení a efekty zatížení z LRFD kombinačních rovnic jsou uvedeny dolní index „u“. Dolní index „a“ se používá k označení výsledku zatížení z kombinace zatížení ASD. Zejména pro tento text, dolní index „S, equiv“ se používá k reprezentaci výsledku kombinace zatížení, která je jednoduchým algebraickým součtem všech jednotlivých složek zatížení.

Zatěžovací faktory se používají jako koeficienty v kombinačních rovnicích zatížení pro ASD i LRFD. Faktor odporu je označen symbolemf a faktory bezpečnosti se symbolemw. Uvidíme, jak jsou aplikovány níže.

dalším problémem, který se zdá být koncepčně náročný pro mnoho inženýrů, je to, že LRFD se dívá na sílu členů (tj. zatížení, které způsobí selhání) „aplikovaná“ zatížení „fiktivně“, se zvýšil o zatížení faktory, tak, že mohou být bezpečně v porovnání s konečným silné stránky členů. V těchto poznámkách a specifikacích se zatížení, která měla použité faktory zatížení LRFD (a jsou vyšší, než ve skutečnosti budou), nazývají konečné nebo FAKTOROVANÉ zatížení. Zatížení ASD, které jsou výsledkem rovnic kombinace zatížení ASD, jsou také zohledněna zatížení. Zatížení na jejich skutečné úrovni se označuje jako servisní zatížení.

porovnání zatížení LRFD a ASD

konečné nebo faktorované zatížení nelze přímo porovnávat se zatížením služby. Musí být zohledněna buď provozní zatížení, nebo musí být konečná zatížení nefaktorována, pokud mají být porovnána. To se ještě komplikuje, když vezmete v úvahu vliv na rovnice kombinace zatížení. Jedna metoda pro porovnání zatížení je pro výpočet kompozitních load factor (CLF), že je poměr zatížení kombinace výsledku (Pu nebo Pa) algebraický součet jednotlivých složek zatížení (Ps,equiv nebo Ps,eq). Kombinace zatížení s nejnižším CLF je kombinace kritického zatížení. Výpočet CLF je uveden v tabulce DC.5.1.

Příklady jsou uvedeny v další části na kombinace zatížení, protože to je v kombinaci zatížení rovnice, kde zatížení faktory jsou aplikovány.

Celkově lze obecnou formu nerovností mezních stavů vyjádřit třemi způsoby. Tabulka DC.5.2 ukazuje, jak se to dělá pro LRFD a ASD pro čtyři společné mezní stavy síly. Všimněte si, že každá rovnice je ekvivalentní.

LRFD efektivní faktor bezpečnosti

dalším přístupem ke srovnání těchto dvou metod je výpočet účinného faktoru bezpečnosti pro metodu LRFD, který lze porovnat s faktory bezpečnosti ASD. To zahrnuje kombinaci faktorů zatížení a odporu.

Vezměme si mezní stav axiální síly, abychom provedli srovnávací příklad mezi ASD a LRFD. Můžete rozdělit přes zatížení faktory, aby se ekvivalentní součinitele bezpečnosti:

LRFD : Ps,equiv < Pn (f / CLFLRFD) = Pn/ Weff

Kde LRFD ekvivalentní faktor bezpečnosti je termín Weff = (f / CLFLRFD). f je konstanta. Faktor složeného zatížení, CLF = Pu / (Ps, equiv), se mění s relativní velikostí různých typů zatížení. Výsledkem je variabilní faktor bezpečnosti pro LRFD. V ASD je tento faktor bezpečnosti považován za konstantní.

lze tvrdit, že proměnná LRFD Weff je více konzistentní s pravděpodobnostmi spojenými s návrhem. Výsledkem je, že konstrukce s vysoce předvídatelné zatížení (tj. převážně mrtvé zatížení) LRFD Weff je nižší než ASD W což má za následek potenciálně lehčí strukturu. Pro konstrukce vystaveny vysoce nepředvídatelné zatížení (live, větru a seismického zatížení, například) LRFD Weff je vyšší než ASD W, která má za následek silnější strukturu. Argument LRFD je, že ASD je příliš konzervativní pro struktury s předvídatelným zatížením a nekonzervativní pro ty, kteří podléhají méně předvídatelným zatížením.

použití ASD a LRFD

nakonec byste si měli být vědomi toho, že při navrhování struktury musíte vybrat jednu nebo druhou filozofii designu. Nemůžete přepínat mezi dvěma filozofiemi v daném projektu! V tomto textu používáme jak ASD, tak LRFD, takže můžete být obeznámeni s oběma, ale v praxi to není standard.