工學(xué)]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》蘇州科技學(xué)院教材配套第7章拉彎和壓彎構(gòu).ppt

第7章 拉彎和壓彎構(gòu)件,同時(shí)承受軸力與彎矩共同作用的構(gòu)件，稱為拉彎或壓彎構(gòu)件。,拉、壓彎構(gòu)件定義：,例如工業(yè)廠房的變截面柱為壓彎構(gòu)件。,截面形式,拉、壓彎構(gòu)件的計(jì)算內(nèi)容,7.1 拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度,一、拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算,彈性工作階段,最大受壓一側(cè)截面屈服,出現(xiàn)塑性較,單向受彎：,雙向受彎：,考慮截面部分塑性發(fā)展，按彈塑性設(shè)計(jì)方法計(jì)算。,關(guān)于公式中“”號(hào)： 所示對(duì)于單對(duì)稱截面，彎距繞非對(duì)稱軸作用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種控制應(yīng)力狀況。,x = y =1.0： 直接承受動(dòng)力荷載時(shí)， 格構(gòu)式構(gòu)件，彎距繞虛軸作用時(shí)， 當(dāng) 時(shí)。,二、拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度驗(yàn)算,剛度由構(gòu)件的長細(xì)比控制：,7.2 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定,一、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定,1.彎矩放大系數(shù)AM,均勻受彎壓彎構(gòu)件,建立力矩平衡方程:,跨中最大彎矩為:,AM 彎矩放大系數(shù)， 近似取,2.等效彎矩系數(shù)mx,其它荷載作用情況下的彎矩放大系數(shù)與均勻受彎壓彎構(gòu)件的彎矩放大系數(shù)的比值稱為壓彎構(gòu)件的面內(nèi)等效彎矩系數(shù)mx 。,3.彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定設(shè)計(jì),不考慮塑性發(fā)展的彈性設(shè)計(jì)方法：,此式為壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的彈性設(shè)計(jì)公式，可用于冷彎薄壁型鋼壓彎構(gòu)件、彎矩繞弱軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件和需要驗(yàn)算疲勞的壓彎構(gòu)件。,部分考慮塑性發(fā)展的彈塑性設(shè)計(jì)方法 ：,現(xiàn)行規(guī)范對(duì)公式進(jìn)行修正，得到了實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的實(shí)用設(shè)計(jì)公式。 將公式第二項(xiàng)分母中的 取為0.8； 在第二項(xiàng)分母中引進(jìn)塑性發(fā)展系數(shù) 。,規(guī)范mx的取值規(guī)定：,（3）僅有橫向荷載時(shí)：mx =1.0,2. 懸臂構(gòu)件: mx =1.0,1. 框架柱和兩端支承構(gòu)件 （1）沒有橫向荷載作用時(shí)： M1、M2 為端彎矩，無反彎點(diǎn)時(shí)取同號(hào)，否則取異號(hào)。,對(duì)于單軸對(duì)稱截面，當(dāng)彎矩使較大翼緣受壓時(shí)，受拉區(qū)可能先屈服，進(jìn)入塑性，為此應(yīng)補(bǔ)充驗(yàn)算：,二、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的穩(wěn)定,1. 翼緣的穩(wěn)定,根據(jù)受壓最大的翼緣和構(gòu)件等穩(wěn)定的原則，確定翼緣的寬厚比限值。,箱形截面,7.3 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,2. 腹板的穩(wěn)定,工字形和H型鋼的腹板穩(wěn)定,箱形截面的腹板穩(wěn)定,箱形截面壓彎構(gòu)件的腹板寬厚比限值不應(yīng)超過式(7-40)或式(7-41)的0.8倍,小于 時(shí),取 。,T形截面的腹板穩(wěn)定,7.4 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定,格構(gòu)式壓彎構(gòu)件廣泛應(yīng)用于廠房框架柱和最大的獨(dú)立支柱，通常采用綴條柱,1. 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,（1）彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定,因截面中空，不考慮塑性性發(fā)展系數(shù)，故其穩(wěn)定計(jì)算公式為：,（2）分肢的穩(wěn)定,當(dāng)彎矩繞虛軸作用時(shí)，單肢在壓力作用下有可能失穩(wěn)，需計(jì)算單肢的穩(wěn)定性。,單肢1,單肢2,單肢按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，其計(jì)算長度在綴材平面內(nèi)取綴條體系的節(jié)間長度，平面外取側(cè)向支承點(diǎn)的距離。,2. 彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,由于其受力性能與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同，故其平面內(nèi)、平面外的整體穩(wěn)定計(jì)算均與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同，但在計(jì)算彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定時(shí)，系數(shù)y應(yīng)按換算長細(xì)比ox確定，而系數(shù)b應(yīng)取1.0 。,7.5 壓彎構(gòu)件的柱腳,整體式剛接柱腳 分離式剛接柱腳,通常 B 根據(jù)構(gòu)造確定： B柱截面高度2靴梁厚度2懸臂寬度（2030mm） 構(gòu)造要求：,整體式剛性柱腳的設(shè)計(jì),1. 底板平面尺寸BL,在最不利受力M、N作用下，底板上的壓應(yīng)力的分布是不均勻的，應(yīng)根據(jù)最大的壓應(yīng)力及基礎(chǔ)砼的抗壓強(qiáng)度來確定底板的平面尺寸。,計(jì)算各區(qū)隔彎矩時(shí)，由于底板壓應(yīng)力分布不均勻，分布?jí)簯?yīng)力可偏于安全的按各底板區(qū)隔的最大壓應(yīng)力取平均壓應(yīng)力，計(jì)算公式和軸心受壓構(gòu)件柱腳對(duì)應(yīng)的公式相同。,2. 底板厚度,底板的厚度的確定和軸心受壓構(gòu)件類似，仍按底板各區(qū)隔由基礎(chǔ)反力產(chǎn)生的最大彎矩計(jì)算：,3. 錨栓的計(jì)算,軸心受壓構(gòu)件柱腳 錨栓不受力，僅起固定作用； 壓彎構(gòu)件柱腳 除起固定作用外，還可能在柱腳處的較大彎矩和較小軸壓力作用下，承受拉力。,小結(jié)及學(xué)習(xí)指導(dǎo),1.在彎矩較小而軸心力較大時(shí)，為了設(shè)計(jì)方便，拉彎、壓彎構(gòu)件常常采用和軸心受力構(gòu)件相同的雙軸對(duì)稱截面。而當(dāng)彎矩較大時(shí)，為了節(jié)省材料，在彎曲受壓側(cè)采用較大的截面，而在彎曲受拉側(cè)，采用較小截面，形成單軸對(duì)稱截面。當(dāng)構(gòu)件長細(xì)比較大而又有彎矩作用時(shí)，需要較大的截面慣性矩，這時(shí)可以采用格構(gòu)式構(gòu)件。 2.拉彎構(gòu)件一般在軸拉力較大而彎矩較小時(shí)使用。在框架結(jié)構(gòu)中，梁通常按照受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，柱通常按照壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。所以拉彎和壓彎構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，一般只進(jìn)行長細(xì)比的校核。如果構(gòu)件的彎矩較大，或者框架梁按照壓彎構(gòu)件計(jì)算時(shí)，拉彎和壓彎構(gòu)件也是需要按照受彎構(gòu)件驗(yàn)算撓度的。 3.冷彎薄壁構(gòu)件和需要驗(yàn)算疲勞的構(gòu)件，以材料強(qiáng)度達(dá)到屈服點(diǎn)作為承載能力極限狀態(tài)，可以采用彈性設(shè)計(jì)方法。而對(duì)于其他構(gòu)件，需要按照材料截面部分塑性發(fā)展進(jìn)行設(shè)計(jì)。本章在分析拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論時(shí)，先分別講述構(gòu)件的彈性設(shè)計(jì)和塑性設(shè)計(jì)，最后講述彈塑性設(shè)計(jì)。理解的難點(diǎn)在于軸力和彎矩的相關(guān)關(guān)系，以及理論公式向設(shè)計(jì)公式的簡化。,4.一個(gè)平面內(nèi)承受彎矩作用的壓彎構(gòu)件，存在著平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn)和平面外的彎扭失穩(wěn)。理想壓彎構(gòu)件的面內(nèi)彈性失穩(wěn)分析，有助于認(rèn)識(shí)壓彎構(gòu)件的失穩(wěn)原因，并可以得到設(shè)計(jì)公式中用到的平面內(nèi)等效彎矩系數(shù)。實(shí)際構(gòu)件由于存在初彎曲和縱向殘余應(yīng)力等缺陷，屬于極值點(diǎn)失穩(wěn)問題，需要用數(shù)值積分方法來求解，這一部分理解難度較大。 5. 壓彎構(gòu)件的腹板穩(wěn)定需要引入應(yīng)力梯度的概念。其高厚比限值與構(gòu)件的長細(xì)比和截面上的應(yīng)力梯度有關(guān)。箱型截面構(gòu)件的面外抗扭和抗彎剛度都很大，適合用于受力較大時(shí)面外無支撐的壓彎構(gòu)件。 6.彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件在重型工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。其穩(wěn)定設(shè)計(jì)包括彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)和分肢穩(wěn)定設(shè)計(jì)兩部分。其彎矩作用平面外的穩(wěn)定設(shè)計(jì)是和分肢設(shè)計(jì)相同的。格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)計(jì)與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的最大區(qū)別，在于格構(gòu)式構(gòu)件的面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)計(jì)不能考慮截面的部分塑性發(fā)展。二者設(shè)計(jì)公式很相似，使用時(shí)應(yīng)注意它