ASD vs LRFD

Seksjon DC.5

ASD vs LRFD

Sist Revidert: 11/04/2014

ved design i stål og tre er det valg av designfilosofier som må gjøres. I betong er den eneste designfilosofien i utstrakt bruk styrkebasert (lrfd).

Stål

før du går for dypt inn i denne delen, ville det være lurt å lese aisc Steel Construction Manual (SCM) – seksjonene som beskriver Last-Og Motstandsfaktordesign og Tillatte Styrkedesignfilosofier, samt delen Om Designgrunnlag. Disse finnes på sidene 2-6 og 2-7 AV SCM.

INNTIL AISC introduserte Lrfd-spesifikasjonen (Load And Resistance Factor Design) i 1986, var utformingen av stålkonstruksjoner basert utelukkende På Asd-metoder (Atte Stress Design). Skiftet TIL LRFD har ikke blitt lett omfavnet av yrket, selv om nesten alle universiteter skiftet til å undervise LRFD-spesifikasjonen innen ti år etter introduksjonen. Det ser ut til at det ikke var et oppfattet behov for yrket å endre metoder, selv om DET var rikelig bevis på AT LRFD produserte strukturer med en mer konsistent sikkerhetsfaktor.

Tømmer

lrfd er relativt nytt for tømmer. DET ble eksplisitt inkludert MED ASD I Den Nasjonale Designspesifikasjonen med den nyeste utgaven av spesifikasjonen.

Betong

på grunn av kompleksiteten ved å analysere sammensatte seksjoner ved hjelp av arbeidsstressmetode, ble den mye enklere styrketilnærmingen lett vedtatt med den ble først introdusert. Den styrkebaserte metoden (lrfd) har vært i bruk I betongspesifikasjonen ACI 318 siden 1970-tallet.

det var to store forskjeller mellom de to spesifikasjonene:

1. sammenligning av belastninger til enten faktiske eller ultimate styrker og
2. en forskjell i effektive sikkerhetsfaktorer.

Faktisk vs. Ultimate Styrke

den første forskjellen MELLOM ASD og LRFD, historisk, har vært at den gamle Tillatte Stress Design sammenlignet faktiske og tillatte spenninger MENS LRFD sammenligner nødvendig styrke til faktiske styrker. Forskjellen mellom å se på styrker vs. stress presenterer ikke mye av et problem siden forskjellen normalt bare multipliserer eller deler begge sider av grensestatens ulikheter med en seksjonsegenskap, avhengig av hvilken vei du går. FAKTISK har den nye Aisc Tillatte Styrkedesign (ASD), som erstatter den gamle tillatte stressdesignen, nå byttet den gamle stressbaserte terminologien til en styrkebasert terminologi, som nesten eliminerer denne forskjellen mellom filosofiene.

FIGUR DC.5.1 illustrerer medlemstyrkenivåene beregnet av de to metodene på en typisk mild stålbelastning vs. deformasjon diagram. De kombinerte kraftnivåene (Pa, Ma, Va) for ASD holdes vanligvis under avkastningsbelastningen for medlemmet ved å beregne medlemmets lastkapasitet som den nominelle styrken, Rn, delt med en sikkerhetsfaktor, W, som reduserer kapasiteten til et punkt under gir. For LRFD holdes de kombinerte kraftnivåene (Pu, Mu, Vu) under en beregnet belastningskapasitet som er produktet av nominell styrke, Rn,ganger en motstandsfaktor, f.

når vi vurderer medlemsstyrker, ønsker vi alltid å holde vår endelige designs faktiske belastninger under gir for å forhindre permanente deformasjoner i vår struktur. Følgelig, HVIS LRFD-tilnærmingen brukes, må belastningsfaktorer større enn 1,0 påføres de påførte belastningene for å uttrykke dem i termer som er trygt sammenlignbare med de ultimate styrkenivåene. Dette oppnås i lastkombinasjonsligningene som vurderer sannsynlighetene knyttet til samtidig forekomst av forskjellige typer belastninger.

Fast vs. Variable Sikkerhetsfaktorer

den andre store forskjellen mellom de to metodene er måten forholdet mellom påførte laster og medlemskapskapasitet håndteres på. LRFD-spesifikasjonen står separat for forutsigbarheten av påførte belastninger ved bruk av belastningsfaktorer påført den nødvendige styrkesiden av grensetilstandsforskjellene og for material-og konstruksjonsvariasjoner gjennom motstandsfaktorer på den nominelle styrkesiden av grensetilstandsforskjellen. ASD-spesifikasjonen kombinerer de to faktorene i en enkelt sikkerhetsfaktor. Ved å bryte sikkerhetsfaktoren fra hverandre i de uavhengige last – og motstandsfaktorene (som gjort I lrfd-tilnærmingen), oppnås en mer konsistent effektiv sikkerhetsfaktor og kan resultere i sikrere eller lettere strukturer, avhengig av forutsigbarheten til lasttypene som brukes.

Lastkombinasjonsberegninger

grunnlaget for strukturelle lastberegninger i Usa er et dokument kjent SOM ASCE 7: Minimum Designbelastninger For Bygninger & Andre Strukturer. (Se En Nybegynners Guide til ASCE 7-05 for detaljert diskusjon om dette dokumentet.) Vanligvis er hver lasttype (dvs. død, levende, snø, vind, etc) uttrykt i form av deres servicebelastningsnivåer. Det eneste unntaket til dette er jordskjelvbelastninger, som uttrykkes ved styrkenivåer. De enkelte belastningene kombineres deretter medlast kombinasjonsligninger som vurderer sannsynligheten for samtidig forekommende belastninger. De resulterende kombinerte belastninger og belastningseffekter FRA lrfd kombinasjoner ligninger er gitt subscript av «u». Et abonnement på » a » brukes til å indikere et lastresultat fra EN ASD-lastkombinasjon. Spesielt for denne teksten brukes et abonnement på «s, equiv» for å representere resultatet av en lastkombinasjon som er den enkle algebraiske summen av alle de enkelte lastkomponentene.

Belastningsfaktorer brukes som koeffisienter i lastkombinasjonsligningene for BÅDE ASD og LRFD. Motstandsfaktoren er betegnet med symboletf, og sikkerhetsfaktorene med symboletw. Vi ser hvordan de brukes nedenfor.

det andre problemet som synes å være konseptuelt utfordrende for mange ingeniører, er at SIDEN LRFD ser på styrken til medlemmene (dvs. feil) de» anvendt «laster er» fictitiously » økt med en last faktorer slik at de kan trygt sammenlignes med den ultimate styrken av medlemmene. Gjennom disse notatene og spesifikasjonen laster som har hatt LRFD belastningsfaktorer anvendt (og er høyere enn de faktisk vil være) kalles ULTIMATE eller PRISET laster. ASD laster som er et resultat AV ASD load kombinasjon ligninger ER OGSÅ PRISET laster. Laster på deres faktiske nivåer refereres TIL SOM SERVICEBELASTNINGER.

Sammenligning AV Lrfd-Og ASD-Belastninger

Ultimate-eller fakturerte belastninger kan ikke sammenlignes direkte med servicebelastninger. Enten må servicelastene faktureres, eller de ultimate belastningene må være ufactored hvis de skal sammenlignes. Dette blir enda mer komplisert når du vurderer effekten på lastkombinasjonsligninger. En metode for å sammenligne belastninger er å beregne en sammensatt belastningsfaktor (CLF) som er forholdet mellom lastkombinasjonsresultatet (Pu eller Pa) og den algebraiske summen av de enkelte lastkomponentene (Ps,equiv eller Ps,eq). Lastkombinasjonen med den laveste CLF er den kritiske lastkombinasjonen. Beregningen AV CLF er vist I TABELL DC.5.1.

Eksempler på dette er gitt i neste avsnitt om lastkombinasjoner siden det er i lastkombinasjonsligningene der lastfaktorene brukes.

Ved Å sette alt sammen, kan den generelle formen for grensestatens ulikheter uttrykkes på tre måter. Tabell DC.5.2 viser hvordan DETTE gjores FOR LRFD og ASD for fire felles styrkegrense stater. Merk at hver ligning er ekvivalent.

Lrfd Effektiv Sikkerhetsfaktor

En annen tilnærming til å sammenligne de to metodene er å beregne en effektiv sikkerhetsfaktor FOR lrfd-metoden som kan sammenlignes med ASD-sikkerhetsfaktorene. Dette innebærer å kombinere belastnings-og motstandsfaktorene.

La oss ta den aksiale kraftgrensen for å gjennomføre et komparativt eksempel MELLOM ASD og LRFD. Du kan dele gjennom belastningsfaktorene for å få en ekvivalent sikkerhetsfaktor:

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

Hvor LRFD-ekvivalent sikkerhetsfaktor er termen Weff = (f / CLFLRFD). f er en konstant. Komposittbelastningsfaktoren, CLF = Pu / (Ps,equiv), varierer med de relative størrelsene til de forskjellige belastningstypene. Resultatet er en variabel sikkerhetsfaktor FOR LRFD. I ASD er denne sikkerhetsfaktoren tatt som en konstant.

det kan hevdes at variabelen lrfd Weff er mer konsistent med sannsynlighetene knyttet til design. Resultatet er at strukturer med svært forutsigbare belastninger (dvs. hovedsakelig dødlast) LRFD Weff er lavere ENN ASD W, noe som resulterer i en potensielt lettere struktur. For konstruksjoner utsatt for svært uforutsigbare belastninger (live, vind og seismiske laster for eksempel) LRFD Weff er høyere ENN ASD W som resulterer i sterkere strukturer. LRFD-argumentet er at ASD er altfor konservativ for strukturer med forutsigbare belastninger og ikke konservativ for de som er utsatt for mindre forutsigbare belastninger.

BRUK AV ASD og LRFD

Til Slutt bør Du være oppmerksom på at du må velge den ene eller den andre av designfilosofiene når du designer en struktur. Du kan ikke bytte mellom de to filosofiene i et gitt prosjekt! I denne teksten bruker vi BÅDE ASD og LRFD slik at du kan være fortrolig i begge, men dette er ikke standard i praksis.