secção DC.5
ASD vs LRFD
Última Revisão: 11/04/2014
ao projetar em aço e madeira, há uma escolha de filosofias de design que precisa ser feita. Em concreto, a única filosofia de design em uso extensivo é baseada em força (LRFD).
aço
Antes de entrar demasiado fundo nesta secção, seria sensato ler as secções do AISC Steel Construction Manual (SCM) que descrevem o design do Factor de carga e resistência e as filosofias de design de Resistência Permitidas, bem como a secção sobre os fundamentos do projecto. Estas são encontradas nas páginas de 2-6 e 2-7 do SCM.
até que a AISC introduziu a especificação de Load and Resistance Factor Design (LRFD) em 1986, o projeto de estruturas de aço foi baseado apenas em metodologias de projeto de esforço permitido (ASD). A mudança para a LRFD não foi prontamente abraçada pela profissão, apesar de quase todas as universidades terem mudado para o ensino da especificação LRFD dentro de dez anos de sua introdução. Parece que não houve uma necessidade percebida pela profissão de mudar metodologias, embora houvesse ampla evidência de que a LRFD produzia estruturas com um fator de segurança mais consistente.
a Madeira
LRFD é relativamente nova na madeira. Foi explicitamente incluído com ASD na especificação Nacional de Design com a última edição da especificação.
Concreto
devido às complexidades da análise de secções compostas utilizando o método do esforço de trabalho, a abordagem de resistência muito mais simples foi facilmente adoptada com a primeira introdução. A força de base (LRFD) método tem sido utilizado no concreto especificação ACI 318 desde a década de 1970.
houve duas grandes diferenças entre as duas especificações:
- A comparação das cargas reais ou ultimate pontos fortes e
- uma diferença efetiva de fatores de segurança.
Real vs. Força máxima
figura DC.5.1
Comparação de LRFD/ASD Capacidades
Sobre uma Carga vs. Deslocamento do Diagrama de
Rn/ W= ASD Capacidade
fRn = LRFD Capacidade
Rn = Capacidade Nominal
A primeira diferença entre a CIA e LRFD, historicamente, tem sido a de que a idade de tensão Permitida Design em comparação real e tensões admissíveis enquanto LRFD compara a resistência física necessária para a real força. A diferença entre olhar para os pontos fortes vs. salienta não apresenta um grande problema desde que a diferença é, normalmente, basta multiplicar ou dividir ambos os lados do limite de estado das desigualdades através de uma seção de propriedade, dependendo de como você está indo. De fato, o novo design de força permitido AISC (ASD), que substitui o antigo design de estresse permitido, agora mudou a antiga terminologia baseada em estresse para uma terminologia baseada em força, praticamente eliminando esta diferença entre as filosofias.
figura DC.5.1 ilustra os níveis de resistência dos membros calculados pelos dois métodos numa carga média de aço leve vs. Diagrama de deformação. Os níveis de força combinados (Pa, Ma, Va) para ASD são tipicamente mantidos abaixo da carga de rendimento para o membro, computando a capacidade de carga do Membro como a força nominal, Rn,dividida por um fator de segurança, W, que reduz a capacidade para um ponto abaixo do rendimento. Para LRFD, os níveis de força combinados (Pu, Mu, Vu) são mantidos abaixo de uma capacidade de carga de membro calculada que é o produto da resistência nominal, Rn,vezes um fator de resistência, F.
ao considerar as dosagens dos membros, queremos sempre manter as cargas reais do nosso projecto final abaixo do valor de origem, de modo a evitar deformações permanentes na nossa estrutura. Consequentemente, se for utilizada a abordagem LRFD, então os fatores de carga superiores a 1,0 devem ser aplicados às cargas aplicadas para expressá-las em termos de segurança comparáveis aos níveis de resistência final. Isto é realizado nas equações de combinação de carga que consideram as probabilidades associadas com a ocorrência simultânea de diferentes tipos de cargas.
fixo vs. Factores variáveis de segurança
a segunda grande diferença entre os dois métodos é a forma como é tratada a relação entre as cargas aplicadas e as capacidades dos membros. A especificação LRFD explica separadamente a previsibilidade das cargas aplicadas através da utilização de fatores de carga aplicados ao lado de resistência requerido das desigualdades de Estado-Limite e para as variações materiais e de construção através de fatores de resistência no lado de Resistência nominal da desigualdade de Estado-Limite. A especificação ASD combina os dois fatores em um único fator de segurança. Ao dividir o Fator de segurança em fatores independentes de carga e resistência (como feito na abordagem LRFD), obtém-se um fator de segurança mais consistente e eficaz, que pode resultar em estruturas mais seguras ou mais leves, dependendo da previsibilidade dos tipos de carga utilizados.
Load Combination Computations
The basis for structural load computations in the United States is a document known as ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings & Other Structures. (See A Beginner’s Guide to ASCE 7-05 for detailed discussion about this document.) Tipicamente, cada tipo de carga (ou seja, morto, vivo, neve, vento, etc) são expressos em termos de seus níveis de carga de serviço. A única exceção a isso são as cargas de terremotos, que são expressas em níveis de resistência. As cargas individuais são então equações combinadas de combinação de carga que consideram a probabilidade de ocorrência simultânea de cargas. The resulting combined loads and load effects from LRFD combinations equations are given subscript of “u”. Um índice de ” A ” é usado para indicar um resultado de carga de uma combinação de carga ASD. Particular a este texto, um subscrito de “s,equiv” é usado para representar o resultado de uma combinação de carga que é a simples soma algébrica de todos os componentes de carga individuais.
fatores de carga são aplicados como coeficientes nas equações de combinação de carga para ASD e LRFD. O Fator de resistência é denotado com o simbolfo, e os fatores de segurança com o símbolow. Vamos ver como são aplicados lá em baixo.
a outra questão que parece ser conceitualmente desafiadora para muitos engenheiros é que, uma vez que a LRFD olha para a força dos membros (i.e. as cargas que causam falha) as cargas “aplicadas” são “ficticiamente” aumentadas por um fator de carga para que possam ser comparadas com segurança com as forças finais dos membros. Ao longo destas notas e das cargas de especificação que tiveram fatores de carga LRFD aplicados (e são mais elevados do que eles realmente serão) são chamadas cargas finais ou fatoradas. Cargas ASD que são o resultado de equações de combinação de carga ASD também são fatoradas. As cargas ao seu nível real são referidas como cargas de serviço. As cargas LRFD e ASD
não podem ser directamente comparadas com as cargas de serviço . As cargas de serviço devem ser tidas em conta ou as cargas finais não devem ser afectadas para efeitos de comparação. Isto fica ainda mais complicado quando você considera o efeito nas equações de combinação de carga. Um método para comparar cargas é calcular um fator de carga composto (CLF) que é a razão entre o resultado da combinação de carga (Pu ou Pa) e a soma algébrica dos componentes de carga individuais (Ps,equiv ou Ps,eq). A combinação de carga com o CLF mais baixo é a combinação de carga crítica. O cálculo do CLF é mostrado na tabela DC.5.1.
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mesa DC.5.1 |
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Onde:
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exemplos disso são dados na próxima seção sobre combinações de carga, uma vez que é nas equações de combinação de carga onde os fatores de carga são aplicados.No conjunto ,a forma geral das desigualdades do Estado Limite pode ser expressa de três maneiras. Mesa DC.5.2 mostra como isso é feito para a LRFD e ASD para quatro estados limite de força comum. Note que cada equação é equivalente.
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mesa DC.5.2 |
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A escolha da forma depende do que você está tentando fazer. Isto tornar-se-á evidente à medida que os Estados-limite forem explicados e demonstrados ao longo deste texto. Em geral, o segundo formulário (req’D efeito nominal < força nominal real) é útil quando você está selecionando (ou projetando) membro para uma determinada aplicação. As outras duas formas são úteis ao analisar a capacidade de um membro em particular.
LRFD factor efectivo de segurança
outra abordagem para comparar os dois métodos é calcular um factor efectivo de segurança para o método LRFD que pode ser comparado com os factores de segurança ASD. Isto envolve a combinação dos fatores de carga e resistência.
tomemos o Estado Limite de força axial para conduzir um exemplo comparativo entre ASD e LRFD. Você pode dividir-se pelos fatores de carga para obter uma equivalente fator de segurança:
LRFD : Ps,equiv < Pn (f / CLFLRFD) = Pn/ Weff
Onde o LRFD equivalente fator de segurança é o termo Weff = (f / CLFLRFD). f é uma constante. O Fator de carga composto, CLF = Pu/ (Ps,equiv), varia com as magnitudes relativas dos diferentes tipos de cargas. O resultado é um fator variável de segurança para LRFD. Na ASD este fator de segurança é tomado como uma constante.
It can be argued that the variable LRFD Weff is more consistent with the probabilities associated with design. O resultado é que estruturas com cargas altamente previsíveis (isto é, carga predominantemente morta) o Weff LRFD é menor do que o WASD, o que resulta em uma estrutura potencialmente mais leve. Para as estruturas sujeitas a cargas altamente imprevisíveis (cargas vivas, eólica e sísmicas, por exemplo), o LRFD Weff é superior ao ASD W, O que resulta em estruturas mais fortes. O argumento da LRFD é que a DSA é excessivamente conservadora para estruturas com cargas predicáveis e não conservadora para aqueles sujeitos a cargas menos previsíveis.
uso de ASD e LRFD
finalmente, você deve estar ciente de que você deve selecionar uma ou outra das filosofias de design quando você projetar uma estrutura. Você não pode mudar entre as duas filosofias em um determinado projeto! Neste texto usamos ASD e LRFD para que você possa ser familiar em ambos, mas este não é o padrão na prática.