鋼結(jié)構(gòu)基本原理(2015)

1、美國(guó)世界貿(mào)易大廈美國(guó)世界貿(mào)易大廈兩座塔樓兩座塔樓110110層的塔樓（層的塔樓（ ）組成，采）組成，采用框筒體系。外圈為密柱深梁型用框筒體系。外圈為密柱深梁型框筒，由框筒，由240240根鋼柱組成，柱距根鋼柱組成，柱距為為1.021.02米；內(nèi)中核心區(qū)為米；內(nèi)中核心區(qū)為4747根鋼根鋼柱形成的框架；柱形成的框架；撞機(jī)撞機(jī)1 1（首先撞擊北樓）（首先撞擊北樓）撞機(jī)撞機(jī)2 2（約（約1818分鐘撞擊南樓）分鐘撞擊南樓）倒塌瞬間倒塌瞬間上海金茂大廈上海金茂大廈 建筑高度建筑高度420.5米，鋼筋混凝米，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。鋼柱。東方明珠電視塔東方明珠廣播

2、電視塔座落在上海浦東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高米的高度成為亞洲第一高度成為亞洲第一高 塔。她于塔。她于1991年年3月開始建造，月開始建造，1994年年11 月完月完工，總重量達(dá)工，總重量達(dá)12萬噸，總投資萬噸，總投資8.3億元人民幣。億元人民幣。 東方明珠塔由三根直徑為九米的擎東方明珠塔由三根直徑為九米的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個(gè)小球、塔座和廣場(chǎng)組成。五個(gè)小球、塔座和廣場(chǎng)組成。 鳥巢鳥巢鳥巢鳥巢容納容納8 8萬人，平面萬人，平面為橢圓形為橢圓形, ,長(zhǎng)軸長(zhǎng)軸340m,340m,短軸短軸292m2

3、92m。屋蓋中間有一個(gè)屋蓋中間有一個(gè)146m146m76m76m的開口的開口國(guó)家大劇院國(guó)家大劇院 外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長(zhǎng)軸外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長(zhǎng)軸212.2m，南，南北短軸北短軸143.64m，總高度，總高度46.285m，最低，最低-32.5m。整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人。整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下各種通道及入口均設(shè)在水下 。設(shè)計(jì)為法國(guó)巴黎機(jī)。設(shè)計(jì)為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì)場(chǎng)公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì) ，整體，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，

4、195kg/m。 索穹頂結(jié)構(gòu)索穹頂結(jié)構(gòu)漢城奧運(yùn)會(huì)體操館漢城奧運(yùn)會(huì)體操館 亞特蘭大佐治亞穹頂亞特蘭大佐治亞穹頂 用鋼量不到用鋼量不到30 kg /m230 kg /m2 陜西銅川天然氣公司陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司大連西太平洋石化有限公司1500立方米立方米CF-62鋼球罐鋼球罐輕鋼結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)三、韌性沖擊韌性三、韌性沖擊韌性沖擊韌性測(cè)量實(shí)驗(yàn)四、冷彎性能四、冷彎性能1、定義：在冷加工過程中產(chǎn)生塑性變形（彎曲變形）時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂紋（分層）的抵抗能力。2、兩個(gè)參數(shù)：彎心直徑d和彎曲角度180；3、意義：判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量（顆粒結(jié)晶及非

5、金屬雜質(zhì)分布）的綜合指標(biāo)。4、對(duì)象：對(duì)需進(jìn)行冷加工、尤其是焊接結(jié)構(gòu)焊接變形需要進(jìn)行調(diào)直和調(diào)平的構(gòu)件。一、化學(xué)成份的影響一、化學(xué)成份的影響 基本成份：鐵（基本成份：鐵（Fe)Fe) 有益元素：碳（有益元素：碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、錳（）、錳（MnMn） 有害元素：硫（有害元素：硫（S S）、磷（）、磷（P P）、氮（）、氮（N N）、氧（）、氧（O O）1 1、碳（、碳（C C） 碳是形成鋼材強(qiáng)度的主要成分； C強(qiáng)度塑性、韌性、可焊性、冷彎性能 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.20%。 2 2、錳（、錳（MnMn）：）：提高強(qiáng)度但不過多降低塑性和沖擊韌性； 脫氧作用，但屬于弱脫氧劑； 消除硫?qū)?/p>

6、鋼的熱脆影響； 錳可使鋼材的可焊性降低，故含量有限制。3 3、硅（、硅（SiSi）：）： 有脫氧作用，是強(qiáng)脫氧劑。 使鋼材的粒度變細(xì)，控制適量時(shí)可提高強(qiáng)度而不顯著影響塑性、韌性、冷彎性能及可焊性； 過量時(shí)則會(huì)惡化可焊性及抗銹蝕性。4 4釩釩(V)(V)、鈮、鈮( (NbNb) )、鈦、鈦(Ti)(Ti) 使鋼材晶粒細(xì)化； 低合金鋼的合金元素； 提高鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。5 5、硫、硫(S)(S)生成易于熔化的硫化鐵，當(dāng)熱加工及焊接時(shí)易出現(xiàn)裂紋，稱為熱脆熱脆。降低鋼的沖擊韌性，同時(shí)影響疲勞性能與抗銹蝕性能。6 6磷磷(P)(P)碳素鋼中的雜質(zhì)，在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。在高

7、溫時(shí)使鋼減少塑性。但磷能提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力。7 7氧氧(O)(O)、氮、氮(N)(N)氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈；氮能使鋼冷脆，與磷相似。在澆鑄過程中，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行不同程度的脫氧處理。二、 成材過程的影響成材過程的影響1 1冶煉冶煉n 平爐煉鋼n 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼：投資少、建廠快、生產(chǎn)效率高、原料適應(yīng)性大n 電爐煉鋼2 2澆鑄澆鑄u 特殊鎮(zhèn)靜鋼u 鎮(zhèn)靜鋼：硅強(qiáng)脫氧劑；晶粒較細(xì)，強(qiáng)度高，塑性韌性好，可焊性好u 半鎮(zhèn)靜鋼u 沸騰鋼：錳弱脫氧劑，CO溢出；構(gòu)造和晶粒粗細(xì)不均勻，塑性、韌性和可焊性較差3 3軋制軋制 軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，氣泡、裂紋等焊合，能改善鋼材的力學(xué)性能。 薄板因輥軋

8、次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高； 澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間撕裂。三、鋼材缺陷的影響三、鋼材缺陷的影響1 1、偏析：、偏析：化學(xué)成分不一致和不均勻性，尤其是硫磷偏析；2 2、非金屬夾雜：、非金屬夾雜：硫化物和氧化物等雜質(zhì)；3 3、裂紋：、裂紋：微觀和宏觀的裂紋都將使鋼材的冷彎性能、韌性和疲勞強(qiáng)度降低；4 4、分層：、分層：沿厚度方向形成并不相互脫離的層間。垂直厚度方向強(qiáng)度不影響，冷彎性能降低，分層容易被銹蝕。四、鋼材硬化的影響四、鋼材硬化的影響1 1、冷作、冷作( (應(yīng)變應(yīng)變) )硬化：硬化：冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材

9、產(chǎn)生很大塑性變形，強(qiáng)度提高，但減小了塑性和韌性。2 2、時(shí)效硬化：、時(shí)效硬化：鋼材中的C、N，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)和溫度的變化，而形成碳化物和氮化物，使鋼材變脆，又稱“老化”3 3、應(yīng)變時(shí)效：、應(yīng)變時(shí)效：冷作硬化加時(shí)效硬化。 不管哪一種硬化都將降低鋼材的塑性和韌性，所以普不管哪一種硬化都將降低鋼材的塑性和韌性，所以普通鋼結(jié)構(gòu)中一般不利用硬化現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度；對(duì)于有些通鋼結(jié)構(gòu)中一般不利用硬化現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度；對(duì)于有些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行特殊處理，以消除或減輕硬化的重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行特殊處理，以消除或減輕硬化的不利影響。不利影響。鋼材硬化示意圖鋼材硬化示意圖五、溫度影響五、溫度影響u 隨著溫度的升

10、高，鋼材強(qiáng)度降低，變形增大；隨著溫度降隨著溫度的升高，鋼材強(qiáng)度降低，變形增大；隨著溫度降低，低，強(qiáng)度增高但塑性和韌性降低，材料轉(zhuǎn)脆強(qiáng)度增高但塑性和韌性降低，材料轉(zhuǎn)脆，對(duì)沖擊韌性的對(duì)沖擊韌性的影響十分突出。影響十分突出。u 當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時(shí)，鋼材的韌性突然降低，稱為低溫當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時(shí)，鋼材的韌性突然降低，稱為低溫冷脆現(xiàn)象。冷脆現(xiàn)象。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求避免在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求避免完全脆性破壞，所以結(jié)構(gòu)完全脆性破壞，所以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)大于脆性轉(zhuǎn)變所處溫度應(yīng)大于脆性轉(zhuǎn)變溫度溫度T1T1。六、應(yīng)力集中六、應(yīng)力集中 u 概念：概念：當(dāng)截面完整性遭到破壞，如有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時(shí)

11、以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。u 力學(xué)特點(diǎn)：力學(xué)特點(diǎn)：構(gòu)件變化愈急劇，高峰應(yīng)力愈大，塑性下降愈嚴(yán)重，脆性破壞危險(xiǎn)愈大。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下單位體積的單元體發(fā)生畸變時(shí)的變形能與單向拉伸時(shí)單位體積的單元體屈服時(shí)的畸變應(yīng)變能量相等，則該復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的單元體達(dá)到屈服；22222211332xyyzzxxyyzzxUE2113xUE2113yUfE1UU2222222132xyyzzxxyyzzxyf2222220132xyyzzxxyyzzx222012233112 進(jìn)一步進(jìn)一步（1）三向同號(hào)應(yīng)力作用

12、下，折算應(yīng)力很小，不易屈服，沒有明顯的塑性變形，屬于脆性破壞；反之，當(dāng)存在異號(hào)應(yīng)力時(shí)，鋼材易屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)，呈塑性破壞。（2）平面應(yīng)力：今后判斷復(fù)雜平面應(yīng)力是否屈服的公式；（3）平面純剪時(shí)，fvy，剪切屈服點(diǎn)。0yf 0yf22201223311222203xyxyxy 203yf3yf1 1、概念：、概念：在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度甚至低于屈服強(qiáng)度，鋼材發(fā)生疲勞破壞；屬于脆性破壞2 2、實(shí)質(zhì)：、實(shí)質(zhì)：微觀裂縫在多次重復(fù)荷載作用下，微細(xì)裂縫緩慢發(fā)展到削弱原有截面，使構(gòu)件或連接件因凈截面強(qiáng)度不足而突然破壞。3 3、疲勞強(qiáng)度：、疲勞強(qiáng)度：取決于應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。4

13、 4、驗(yàn)算對(duì)象、驗(yàn)算對(duì)象：（1）出現(xiàn)拉應(yīng)力；（2）循環(huán)次數(shù)大于5萬。完全對(duì)稱循環(huán)完全對(duì)稱循環(huán)( ( -1) -1) 靜荷載作用靜荷載作用( ( +1) +1) 脈沖循環(huán)脈沖循環(huán)( ( 0) 0) 一般應(yīng)力循環(huán)一般應(yīng)力循環(huán)(-1(-1 6mm6mm時(shí)時(shí)，h hf f t t (1(12)mm2)mm。2 2、焊縫長(zhǎng)度、焊縫長(zhǎng)度 l lw wu 太短：太短：使焊縫起弧點(diǎn)和落弧點(diǎn)太近，使焊縫起弧點(diǎn)和落弧點(diǎn)太近，焊縫端部易坍塌；焊縫端部易坍塌； 不宜小于不宜小于8 8h hf f或或40 mm40 mm u 太長(zhǎng)：太長(zhǎng)：側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向應(yīng)力分布不均，兩端大中側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向應(yīng)力分布不均，兩端大

14、中 間小，過長(zhǎng)則可能使兩端先破壞；間小，過長(zhǎng)則可能使兩端先破壞； 不宜大于60hf3 3、其他構(gòu)造要求：、其他構(gòu)造要求：P42-43P42-43wff3)( 32/22fxfxefyfyefzfze, , NAVAVAfxfy/2/2fyfx/fz/2/2, fyfx/fz/2/2, 22w2ffxfyfzfyfx33/2/2/2/2f可得角焊縫計(jì)算的基本公式為可得角焊縫計(jì)算的基本公式為222wfxfyfxfyfzf2()3f僅有平行于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)僅有平行于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)wfewf/()Nhlf僅有一垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)僅有一垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)wfewff/

15、()Nhlf同時(shí)有平行和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)同時(shí)有平行和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力時(shí)22wffff/fwfewff/()Nhlfwfewf/()Nhlfwfewff/()Nhlf（二）受軸心力作用的拼接板連接（二）受軸心力作用的拼接板連接1 1、僅側(cè)面角焊縫、僅側(cè)面角焊縫wffewNfhl wfewNfhl 強(qiáng)度驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算：承載力驗(yàn)算：承載力驗(yàn)算：算例算例1 1 如圖所示兩塊板厚如圖所示兩塊板厚t t14mm14mm的板采用上下兩塊蓋板（板的板采用上下兩塊蓋板（板厚厚t t8mm8mm）連接，鋼材采用）連接，鋼材采用Q235Q235，手工焊，焊條，手工焊，焊條E43E43，承，承受

16、靜態(tài)軸心力受靜態(tài)軸心力N N500KN500KN，已知端縫長(zhǎng)度為，已知端縫長(zhǎng)度為L(zhǎng)w1Lw1400mm400mm，側(cè)縫長(zhǎng)度為側(cè)縫長(zhǎng)度為L(zhǎng)w2Lw2300mm300mm，根據(jù)下列情況設(shè)計(jì)焊縫：，根據(jù)下列情況設(shè)計(jì)焊縫：（1 1）僅有側(cè)面角焊縫；）僅有側(cè)面角焊縫；（2 2）僅有正面角焊縫；）僅有正面角焊縫；解：解：根據(jù)構(gòu)造要求焊角尺寸根據(jù)構(gòu)造要求焊角尺寸 hfhf 1.2x81.2x8 t-(1t-(12)2)所以取所以取hfhf=6mm=6mm1.514（1 1）僅有側(cè)面角焊縫；）僅有側(cè)面角焊縫；few3w2f50010103160 N/mm0.76430026Nhlf （二）受軸心力作用的拼接板

17、連接（二）受軸心力作用的拼接板連接2 2、僅正面角焊縫、僅正面角焊縫wfffewNfhl wfewfNfhl 強(qiáng)度驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算：承載力驗(yàn)算：承載力驗(yàn)算：算例算例1 1 如圖所示兩塊板厚如圖所示兩塊板厚t t14mm14mm的板采用上下兩塊蓋板（板的板采用上下兩塊蓋板（板厚厚t t8mm8mm）連接，鋼材采用）連接，鋼材采用Q235Q235，手工焊，焊條，手工焊，焊條E43E43，承，承受靜態(tài)軸心力受靜態(tài)軸心力N N500KN500KN，已知端縫長(zhǎng)度為，已知端縫長(zhǎng)度為L(zhǎng)w1Lw1400mm400mm，側(cè)縫長(zhǎng)度為側(cè)縫長(zhǎng)度為L(zhǎng)w2Lw2300mm300mm，根據(jù)下列情況設(shè)計(jì)焊縫：，根據(jù)下列情況設(shè)計(jì)

18、焊縫：（1 1）僅有側(cè)面角焊縫；）僅有側(cè)面角焊縫；（2 2）僅有正面角焊縫；）僅有正面角焊縫；解：解：根據(jù)構(gòu)造要求焊角尺寸根據(jù)構(gòu)造要求焊角尺寸 hfhf 1.2x81.2x8 t-(1t-(12)2)所以取所以取hfhf=6mm=6mm1.514（2 2）僅有正面角焊縫；）僅有正面角焊縫；few3w2f500101531.22195 N/mm0.76240026Nhlf 3、三面圍焊時(shí)：三面圍焊時(shí)：先計(jì)算正面角焊縫受力先計(jì)算正面角焊縫受力N N1 1，剩余的，剩余的N N- -N N1 1由側(cè)面角焊縫承擔(dān)由側(cè)面角焊縫承擔(dān)。（一般采用連續(xù)焊接，即。（一般采用連續(xù)焊接，即hfhf相等）相等）1 1

19、）正面角焊縫承擔(dān)內(nèi)力）正面角焊縫承擔(dān)內(nèi)力N1N1 ：w1ffe1wNfhl 2 2）剩余的剩余的N-N1N-N1由側(cè)面角焊縫由側(cè)面角焊縫承擔(dān)承擔(dān)：w1ffew2NNfhl w1few2NNfhl （三）受軸心力作用的角鋼連接（三）受軸心力作用的角鋼連接1 1、當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接時(shí)、當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接時(shí): :兩面?zhèn)群竷擅鎮(zhèn)群钢?N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N 肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算w2f2few2Nfhl w1f1few1Nfhl 2 2、三面圍焊時(shí)：、三面圍焊時(shí)：先計(jì)算正面角焊縫受力先計(jì)算正面角焊縫受力N N

20、3 3，剩余的，剩余的N N- -N N3 3由由側(cè)面角焊縫承擔(dān)。側(cè)面角焊縫承擔(dān)。 1）正面角焊縫承擔(dān)的力正面角焊縫承擔(dān)的力 N3 =0.7hflw3f ffw2）側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）N3 /2=K1 NN3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1+e2）N3 /2=K2NN3 /2 3 3）肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算w2f2few2Nfhl w1f1few1Nfhl 算例算例2 2 如圖所示某桁架腹桿采用角鋼如圖所示某桁架腹桿采用角鋼2L140X102L140X10，用角焊縫三面，用角焊縫三面圍焊與節(jié)點(diǎn)板連接，鋼材采

21、用圍焊與節(jié)點(diǎn)板連接，鋼材采用Q235Q235，手工焊，焊條，手工焊，焊條E43E43，承受靜態(tài)軸心力承受靜態(tài)軸心力N N1170KN1170KN，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸hfhf8mm8mm，肢，肢背焊縫長(zhǎng)度背焊縫長(zhǎng)度Lw1Lw1400mm400mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度，肢尖焊縫長(zhǎng)度Lw2Lw2250mm250mm，驗(yàn)，驗(yàn)算焊縫連接是否安全：算焊縫連接是否安全：1）正面角焊縫承擔(dān)的力）正面角焊縫承擔(dān)的力 N3 = 0.7hflw3f ffw 0.7x8x140 x2x1.22x160306kN2）肢背受力：）肢背受力：3) 肢尖受力：肢尖受力：N1 =K1 NN3 /2 0.7x1170-306/

22、2=666kN0.7x8x2x(400-8)x160=702kNN2 =K2NN3 /20.3x1170-306/2=198kN0.7x8x2x(250-8)x160=434kN（四）彎矩作用下的焊縫強(qiáng)度計(jì)算（四）彎矩作用下的焊縫強(qiáng)度計(jì)算wfffwMfW1 1、確定焊縫有效截面；、確定焊縫有效截面；2 2、計(jì)算焊縫的有效截面模量；、計(jì)算焊縫的有效截面模量；3 3、計(jì)算彎曲正應(yīng)力：、計(jì)算彎曲正應(yīng)力：（五）彎矩、剪力和軸心力共同作用（五）彎矩、剪力和軸心力共同作用MVNAAAwewew; ; MVNWhlhlMN2V2wAAAff()()fMVNAAAwewew; ; MVNWhlhlMVNAAA

23、wewew; ; MVNWhlhl算例算例3 3驗(yàn)算如圖所示牛腿與鋼柱連接角焊縫強(qiáng)度。鋼材采用驗(yàn)算如圖所示牛腿與鋼柱連接角焊縫強(qiáng)度。鋼材采用Q235Q235，手工焊，焊條，手工焊，焊條E43E43，N300KN，V200KN，e e100mm100mm，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸hfhf8mm8mm，焊縫長(zhǎng)度，焊縫長(zhǎng)度LwLw400mm400mm。3V2Aew200 1046.5N/mm0.78240028Vhl 剪力剪力V V產(chǎn)生產(chǎn)生彎矩彎矩M MVeVe產(chǎn)生產(chǎn)生3M2A2w200 1010076.6N/mm20.78400286VeW 軸力軸力N N產(chǎn)生產(chǎn)生3N2Aew300 1069.8

24、N/mm0.78240028Nhl 2MN2V222wAAAff76.669.8()()46.5128.7 N/mm1.22f焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：（六）扭矩作用下的焊縫（六）扭矩作用下的焊縫 基本假定基本假定 （1 1）被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛）被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性的，而焊縫則是彈性的；性的，而焊縫則是彈性的；（2 2）被連接板件繞角焊縫）被連接板件繞角焊縫有效截面形心有效截面形心o o旋轉(zhuǎn)，角焊旋轉(zhuǎn)，角焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心于該點(diǎn)與形心o o的連線，應(yīng)的連線，應(yīng)力的大小與其距離力的大小與其距離r r的大小的大小成正比。成正比。 AAxy; T rJI

25、IJAyTAxTrJTAxAyTrJu 基本步驟：基本步驟：（1 1）求解）求解J JIxIxIyIy； 焊縫形心求解；焊縫形心求解；（2 2）求解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）求解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（3 3）求解垂直于和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力分量：）求解垂直于和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力分量：（4 4）代入角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算公式：）代入角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算公式：AAxy; T rJIIJAyTAxTrJTAxAyTrJ22wff/f （七）扭矩、剪力和軸心力共同作用（七）扭矩、剪力和軸心力共同作用yVNTTxAAAAewew; ; ; T rVNT rhlhlJJTV2TT2wAAAAff()()fu 角焊縫計(jì)算思路：角焊縫計(jì)算思

26、路：1 1、根據(jù)荷載情況明確角焊縫參數(shù)，包括焊角尺寸、根據(jù)荷載情況明確角焊縫參數(shù)，包括焊角尺寸hfhf、焊縫、焊縫長(zhǎng)度長(zhǎng)度lwlw、截面模量、截面模量w w、慣性矩等；、慣性矩等；2 2、分別求解各種荷載工況下的截面應(yīng)力；、分別求解各種荷載工況下的截面應(yīng)力；3 3、求解垂直于截面和平行于截面應(yīng)力，應(yīng)力合成，代入計(jì)、求解垂直于截面和平行于截面應(yīng)力，應(yīng)力合成，代入計(jì)算公式算公式22wffff/f算例算例4 4：p54p54，例，例3 35 5 縱向焊接應(yīng)力縱向焊接應(yīng)力 橫向焊接應(yīng)力橫向焊接應(yīng)力 （1 1）縱向收縮（）縱向收縮（2 2）橫向收縮）橫向收縮 橫向焊接應(yīng)力橫向焊接應(yīng)力 厚度方向的焊接應(yīng)厚

27、度方向的焊接應(yīng) 約束狀態(tài)下施焊時(shí)的殘余應(yīng)力約束狀態(tài)下施焊時(shí)的殘余應(yīng)力 對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響：對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響：承載力沒有影響承載力沒有影響 對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響：對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響：塑性部分沒法提供剛度，剛度降低塑性部分沒法提供剛度，剛度降低 對(duì)對(duì)低溫冷脆低溫冷脆的影響：的影響：兩向或者三向應(yīng)力，變脆兩向或者三向應(yīng)力，變脆 殘余變形形式殘余變形形式焊縫尺寸（焊腳和焊縫長(zhǎng)度）要適當(dāng)，采用細(xì)長(zhǎng)焊縫焊縫尺寸（焊腳和焊縫長(zhǎng)度）要適當(dāng)，采用細(xì)長(zhǎng)焊縫合理選擇焊縫形式：如合理選擇焊縫形式：如T形和十字形接頭選用對(duì)接與角接形和十字形接頭選用對(duì)接與角接組合焊縫組合焊縫焊縫不宜過分集中（圖焊縫不宜過分集中（圖a）、

28、）、應(yīng)盡量避免三向焊縫交叉應(yīng)盡量避免三向焊縫交叉（圖（圖b b） 焊條易達(dá)到（圖焊條易達(dá)到（圖d d），避免仰焊），避免仰焊抗剪連接：抗拉連接：同時(shí)抗剪抗拉連接： 排列方式：排列方式： 并列：簡(jiǎn)單整齊并列：簡(jiǎn)單整齊 錯(cuò)列：緊湊錯(cuò)列：緊湊 排列要求排列要求u 受力要求：鋼板端部剪斷，端距不應(yīng)小于受力要求：鋼板端部剪斷，端距不應(yīng)小于2 2d d0 0； 受拉時(shí)，栓距和線距不應(yīng)過?。皇芾瓡r(shí)，栓距和線距不應(yīng)過小； 受壓時(shí)，沿作用力方向的栓距不宜過大；受壓時(shí)，沿作用力方向的栓距不宜過大；u 構(gòu)造要求：邊距和中距不宜過大，否則接觸面不緊密，構(gòu)造要求：邊距和中距不宜過大，否則接觸面不緊密，潮氣入侵造成銹蝕；

29、潮氣入侵造成銹蝕；u 施工要求：有一定的施工空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)扳手?jǐn)Q緊螺帽。施工要求：有一定的施工空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)扳手?jǐn)Q緊螺帽。 角鋼上排列螺栓要求角鋼上排列螺栓要求 熱軋工字鋼和熱軋槽鋼上的要求熱軋工字鋼和熱軋槽鋼上的要求 孔、螺栓圖例孔、螺栓圖例 傳力方式：傳力方式：抗剪螺栓：抗剪螺栓：螺栓桿抗剪和螺螺栓桿抗剪和螺栓桿對(duì)孔壁承壓傳遞剪力；栓桿對(duì)孔壁承壓傳遞剪力；抗拉螺栓：抗拉螺栓：螺栓桿承受沿桿螺栓桿承受沿桿長(zhǎng)方向的拉力；長(zhǎng)方向的拉力；同時(shí)同時(shí)抗剪、抗拉螺栓抗剪、抗拉螺栓:一、抗剪螺栓一、抗剪螺栓1 1、破壞形式：、破壞形式：螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；

30、板端被剪斷；螺栓桿彎曲；剪斷；螺栓桿彎曲；塊狀拉剪破壞：塊狀拉剪破壞：二、抗拉螺栓連接二、抗拉螺栓連接1 1、受力性能：、受力性能：撬力現(xiàn)象：撬力現(xiàn)象：有效面積：有效面積：eA0.8btff一、單個(gè)承載力設(shè)計(jì)值一、單個(gè)承載力設(shè)計(jì)值u 抗剪承載力設(shè)計(jì)值抗剪承載力設(shè)計(jì)值： bvvbvfdnN42u 承壓承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值： bcbcftdN(a) 單剪單剪 (b) 雙剪雙剪 (c) 四剪面四剪面bmin/nNN5.45.4說明：1、d：普通螺栓取螺桿直徑（試驗(yàn)方法原因）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接時(shí)，如在螺紋處按有效面積進(jìn)行2、受壓面積取值：實(shí)驗(yàn)時(shí)的假定3、注意每個(gè)剪切面受力大小一、單個(gè)承載力

31、設(shè)計(jì)值一、單個(gè)承載力設(shè)計(jì)值u 抗拉承載力設(shè)計(jì)值抗拉承載力設(shè)計(jì)值： btebtebtfAfdN421 1）軸心力作用下的抗剪計(jì)算）軸心力作用下的抗剪計(jì)算 螺栓強(qiáng)度螺栓強(qiáng)度bmin/NnN 板件凈截面強(qiáng)度板件凈截面強(qiáng)度 n/NAf 凈截面面積凈截面面積A An n（1 1）并列）并列N1=N； N2 =N(n1/n) N ；N3 = N (n1+n2)/n N 對(duì)被連接板：對(duì)被連接板：An=t (bn1d0)對(duì)拼接板：對(duì)拼接板： An =2t1 (bn3d0)（2 2）錯(cuò)列）錯(cuò)列: :22n4212202(1)Ateneen d算例算例6 6如圖所示某鋼板的搭接連接，板件厚如圖所示某鋼板的搭接連接

32、，板件厚t t16mm16mm，寬，寬b b240mm240mm，拼接板，拼接板t1t17mm7mm，采用，采用C C級(jí)螺栓級(jí)螺栓M22M22，孔徑，孔徑d0d023.5mm23.5mm，承受軸心力，承受軸心力N N500kN500kN，鋼材采用，鋼材采用Q235Q235，試設(shè)計(jì)，試設(shè)計(jì)該連接。該連接。抗剪承載力設(shè)計(jì)值：抗剪承載力設(shè)計(jì)值：224222140106.44bbvvvdNnfkN承壓承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：22 1430593.9bbccNdtfkN bminmin(,)93.9bbvcNNNkN板件凈截面強(qiáng)度板件凈截面強(qiáng)度: 32n250010/210/14240323.5

33、215/NANmmfNmmbmin/500 /93.95.3nNN2 2）扭矩作用下的抗剪計(jì)算）扭矩作用下的抗剪計(jì)算 基本假定基本假定 被連接構(gòu)件是絕被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性的，而螺栓則對(duì)剛性的，而螺栓則是彈性的；是彈性的； 各螺栓繞螺栓群形心各螺栓繞螺栓群形心o旋轉(zhuǎn)，其受力大小與其至螺旋轉(zhuǎn)，其受力大小與其至螺栓群形心栓群形心o的距離的距離r成正比，力的方向與其至螺栓群形成正比，力的方向與其至螺栓群形心的連線相垂直。心的連線相垂直。TTT1122nnTN rN rN r 平衡條件：平衡條件： 根據(jù)螺栓受力大小與其至形心根據(jù)螺栓受力大小與其至形心o的距離的距離r成正比條件成正比條件 TTT12n12

34、nNNNrrr 則則 TTn22221112n111()iiNNTrrrrrr 或或 T111222iiiTrTrNrxyT11x22iiTyNxyT11y22iiTxNxybvTNN1驗(yàn)算驗(yàn)算 3 3）螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計(jì)算）螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計(jì)算在扭矩在扭矩T作用下，作用下，螺栓螺栓1 受力為受力為 在剪力在剪力V和軸力和軸力N作用下，作用下，螺栓均勻受力：螺栓均勻受力： V1y/NVnN1x/NNn則螺栓則螺栓1受的最大剪力受的最大剪力N1應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： NT2VT2b11x1x1y1ymin()()NNNNNN例題例題7 p74 7 p74 例

35、題例題3 39 9二、抗拉螺栓連接二、抗拉螺栓連接1 1、受力性能：、受力性能：btebtebtfAfdN42撬力現(xiàn)象：撬力現(xiàn)象：有效面積：有效面積：eA0.8btff2、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計(jì)算、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計(jì)算bt/nNN/NbttNNnN或者或者3、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計(jì)算、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計(jì)算 假定：假定：中和軸在最下排螺栓處中和軸在最下排螺栓處 Mb11t2iMyNNmyMMM1122/nnNyNyNy則則 MMM1122()nnMm NyNyNyb1maxt2iNMyNNnmy4min20iNMyNnmy4422iiNMyNeynmymy24/imy

36、nye112btiNeyNNmy24/imynyeb1maxt2iNMyNNnmy112btiNeyNNNmynbtebtebtfAfdN42例題例題8 8：如圖所示某一屋架節(jié)點(diǎn)，如圖所示某一屋架節(jié)點(diǎn)，C C級(jí)螺栓，級(jí)螺栓，M20M20，5 5排螺栓，排螺栓，間距為間距為100mm100mm，Q235BFQ235BF鋼，偏心力鋼，偏心力P P200kN200kN，偏心距，偏心距e e80mm80mm，驗(yàn)算連接；，驗(yàn)算連接；2422/2(10022002)1008010200imynymmemm331max252001020010802003641.610210iNMyNkNnmy41.6bbt

37、etNA fkN三、螺栓群同時(shí)受剪力和拉力的計(jì)算三、螺栓群同時(shí)受剪力和拉力的計(jì)算v/NVn螺栓不發(fā)生拉剪破壞：螺栓不發(fā)生拉剪破壞： 22vtbbvt()()1NNNN板不發(fā)生承壓破壞：板不發(fā)生承壓破壞： bvcNN（1 1）支托僅起安裝作用：）支托僅起安裝作用： 螺栓群受力為螺栓群受力為M M= =VeVe和剪力和剪力V V，則，則M2t11/()iNNMymy例題例題9 9：P80P80，例題，例題3-123-12（2 2）支托承受剪力：）支托承受剪力： 螺栓群只承受彎矩螺栓群只承受彎矩M M= =VeVe作用，則作用，則M2bt11t/()iNNMymyN支托與柱翼緣的角焊縫驗(yàn)算：支托與柱

38、翼緣的角焊縫驗(yàn)算： wfewf/()Vhlf 為考慮剪力為考慮剪力V偏心對(duì)角焊縫的影響，取偏心對(duì)角焊縫的影響，取1.251.351、高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力、高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力 施加方法：施加方法：扭矩法（大六角頭型）、扭剪法（扭矩法（大六角頭型）、扭剪法（扭剪型扭剪型） 預(yù)拉力設(shè)計(jì)值：預(yù)拉力設(shè)計(jì)值：高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值按材料抗拉強(qiáng)度和螺高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值按材料抗拉強(qiáng)度和螺栓有效截面積確定，取值時(shí)考慮：栓有效截面積確定，取值時(shí)考慮：螺栓材質(zhì)的不均勻性，引入折減系數(shù)0.9；施加預(yù)應(yīng)力時(shí)為補(bǔ)償預(yù)拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數(shù)0.9；在扭緊螺栓時(shí)，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載

39、力，引入折減系數(shù)1/1.2；鋼材由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，引入附加安全系數(shù)0.9。ueue0.90.90.9/1.20.608PfAf A2、高強(qiáng)螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)、高強(qiáng)螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù) 滑移系數(shù)與處理方法和構(gòu)件的鋼號(hào)有關(guān)滑移系數(shù)與處理方法和構(gòu)件的鋼號(hào)有關(guān)，P83表3-10：1 1、受剪計(jì)算、受剪計(jì)算 bvf0.9NnP 抗剪承載力抗剪承載力bVNNn 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度構(gòu)件凈截面強(qiáng)度：需考慮孔前傳力的影響（占螺栓傳力的50%）fANnnANn1n,5 .01）（2 2、受拉計(jì)算、受拉計(jì)算 抗拉承載力：抗拉承載力： 軸心受拉：軸心受拉：bt/ 0.8nNNNPbt0.8NPM211/()0

40、.8iNMymyP 彎矩作用時(shí)：彎矩作用時(shí)：板不被拉開，板面始終受壓，中和板不被拉開，板面始終受壓，中和軸在螺栓群形心處（小偏心）；軸在螺栓群形心處（小偏心）；u 由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低；由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低；u 抗滑移系數(shù)隨板件間的擠壓力的減小而降低，抗剪抗滑移系數(shù)隨板件間的擠壓力的減小而降低，抗剪承載力也隨之減少。承載力也隨之減少。 vtbbvt1NNNNvt0.91.25bvfNNnPN 破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)作用，計(jì)算方法和普通承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)作用

41、，計(jì)算方法和普通螺栓相同；螺栓相同；(1) (1) 采用承壓型高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)值采用承壓型高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)值(2) (2) 當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，公式中當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，公式中d d 改用有效直徑改用有效直徑d de e1 1、抗剪計(jì)算、抗剪計(jì)算 bvvbvfdnN42bcbcftdNbvvbvfdnN42bcbcftdN2 2、抗拉計(jì)算：同普通螺栓、抗拉計(jì)算：同普通螺栓 3 3、同時(shí)受剪和受拉計(jì)算：同普通螺栓、同時(shí)受剪和受拉計(jì)算：同普通螺栓 22vtbbvt()()1NNNNbvc/1.2NNbtebtebtfAfdN42算例算例1010 如圖所示某鋼板采用高強(qiáng)度螺栓的搭接連接，板件厚如圖所示某鋼板

42、采用高強(qiáng)度螺栓的搭接連接，板件厚t t16mm16mm，寬，寬b b240mm240mm，拼接板，拼接板t1t18mm8mm，孔徑，孔徑d0d021.5mm21.5mm，承，承受軸心力受軸心力N N600kN600kN，鋼材采用，鋼材采用Q235Q235，8.88.8級(jí)級(jí)M20M20螺栓，摩擦螺栓，摩擦面為噴砂后生赤銹，試分別按摩擦型和承壓型設(shè)計(jì)該連接。面為噴砂后生赤銹，試分別按摩擦型和承壓型設(shè)計(jì)該連接。（1 1）摩擦型）摩擦型查表查表bvf0.90.920.45125101.3NnPkN125,0.45P螺栓數(shù)螺栓數(shù) 取取n n6 6600 /101.35.92n ,31nn36001010

43、.510.51606(240321.5)16nNNfAnA（）（）凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：（2 2）承壓型）承壓型螺栓數(shù)螺栓數(shù) 取取n4600 /150.43.99n 3n60010213.7(240321.5)16NfA2220225015744bbvvvdNnfkNmin2016470150.4bbbccNdtfkNN 凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：算例算例11 P87 11 P87 例題例題3-143-1422wffff/fminmin,bbbvcNNNbbtetNA f22vtbbvt()()1NNNN軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度強(qiáng)度 （承載能力極限狀

44、態(tài)）（承載能力極限狀態(tài)）剛度剛度 （正常使用極限狀態(tài)）（正常使用極限狀態(tài)） 強(qiáng)度強(qiáng)度 剛度剛度 （正常使用極限狀態(tài)）（正常使用極限狀態(tài)） 穩(wěn)定穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)）（承載能力極限狀態(tài)）3.3.塔架塔架1.1.桁架桁架2.2.網(wǎng)架網(wǎng)架u 實(shí)腹式截面實(shí)腹式截面熱軋型鋼熱軋型鋼冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼u 格構(gòu)式截面格構(gòu)式截面: :由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過綴材連接而成。由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過綴材連接而成。 N N 軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值； A An n 構(gòu)件的凈截面面積；構(gòu)件的凈截面面積； f f 鋼材的抗拉鋼材的抗拉( (壓壓) )強(qiáng)度設(shè)計(jì)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)14(n fAN 軸心

45、受壓構(gòu)件，當(dāng)截面無削弱時(shí)，強(qiáng)度不必計(jì)算。軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)截面無削弱時(shí)，強(qiáng)度不必計(jì)算。二、剛度計(jì)算：二、剛度計(jì)算： 保證構(gòu)件在運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不產(chǎn)生過大變形保證構(gòu)件在運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不產(chǎn)生過大變形1 1、受拉構(gòu)件。、受拉構(gòu)件。)24(0 il截截面面的的回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半半徑徑； AIi構(gòu)構(gòu)件件的的計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度； 0l取取值值詳詳見見規(guī)規(guī)范范或或教教材材。構(gòu)構(gòu)件件的的容容許許長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)細(xì)比比，其其 0 x xxli0y yylix/xiIA0 xxl 構(gòu)件對(duì) 軸計(jì)算長(zhǎng)度；y/yiIA0yyl 構(gòu)件對(duì) 軸計(jì)算長(zhǎng)度；2 2、受壓構(gòu)件。、受壓構(gòu)件。)24(0 il1 1）雙軸對(duì)稱截面）雙軸對(duì)稱截面2 2）

46、單軸對(duì)稱截面）單軸對(duì)稱截面u 繞非對(duì)稱軸：繞非對(duì)稱軸：u 繞對(duì)稱軸：采用換算長(zhǎng)細(xì)比，對(duì)于單角鋼和雙角鋼截繞對(duì)稱軸：采用換算長(zhǎng)細(xì)比，對(duì)于單角鋼和雙角鋼截面可采用簡(jiǎn)化公式。面可采用簡(jiǎn)化公式。)24(0 il受拉構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比 表 4-1 承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu) 項(xiàng)次 構(gòu)件名稱 有重級(jí)工作制吊車的廠房 一般結(jié)構(gòu) 直接承受動(dòng)力 荷載的結(jié)構(gòu) 1 桁架的桿件 250 350 250 2 吊車梁或吊車桁架 以下的柱間支撐 200 300 3 其它拉桿、支撐、系桿等 （張緊的圓鋼除外） 350 400 強(qiáng)度破壞：強(qiáng)度破壞：應(yīng)力超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度；應(yīng)力針對(duì)某個(gè)截面應(yīng)力超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度；應(yīng)力針對(duì)某個(gè)截面穩(wěn)定

47、問題：穩(wěn)定問題：達(dá)到某荷載值時(shí)變形將急劇增加，過渡到達(dá)到某荷載值時(shí)變形將急劇增加，過渡到不穩(wěn)定的狀態(tài)。不穩(wěn)定的狀態(tài)。提高穩(wěn)定性措施：提高穩(wěn)定性措施：增大截面慣性距；增強(qiáng)約束，減小增大截面慣性距；增強(qiáng)約束，減小計(jì)算長(zhǎng)度；計(jì)算長(zhǎng)度；回轉(zhuǎn)半徑：回轉(zhuǎn)半徑：計(jì)算長(zhǎng)度：計(jì)算長(zhǎng)度：長(zhǎng)細(xì)比：長(zhǎng)細(xì)比： (,;)xyIi iiiA0l0(,;)xyli 回轉(zhuǎn)半徑：回轉(zhuǎn)半徑：鋼材面積相同，哪個(gè)回轉(zhuǎn)半徑大？哪個(gè)穩(wěn)定性好？鋼材面積相同，哪個(gè)回轉(zhuǎn)半徑大？哪個(gè)穩(wěn)定性好？對(duì)工字型界面，鋼材面積相同，板件變薄，回轉(zhuǎn)半徑對(duì)工字型界面，鋼材面積相同，板件變薄，回轉(zhuǎn)半徑增大，整體穩(wěn)定性增強(qiáng)。增大，整體穩(wěn)定性增強(qiáng)。 (,;)xyIi

48、iiiA計(jì)算長(zhǎng)度：計(jì)算長(zhǎng)度：兩端約束越大，穩(wěn)定性越好。兩端約束越大，穩(wěn)定性越好。長(zhǎng)細(xì)比：長(zhǎng)細(xì)比： 長(zhǎng)細(xì)比越大，穩(wěn)定性越差長(zhǎng)細(xì)比越大，穩(wěn)定性越差0l0(,;)xyli u 軸壓構(gòu)件三種屈曲形態(tài)：軸壓構(gòu)件三種屈曲形態(tài)：主要研究彎曲失穩(wěn)主要研究彎曲失穩(wěn)規(guī)范對(duì)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)規(guī)范對(duì)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)等效成彎曲失穩(wěn)來進(jìn)行計(jì)算等效成彎曲失穩(wěn)來進(jìn)行計(jì)算彎曲屈曲彎曲屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲彎扭屈曲彎扭屈曲一、理想構(gòu)件彈性彎曲失穩(wěn)一、理想構(gòu)件彈性彎曲失穩(wěn)022 NydxydEIAElEINcr2220222/crcrppNEfEfAp 二、考慮剪力影響后構(gòu)件的彈性彎曲失穩(wěn)二、考慮剪力影響后構(gòu)件的彈性彎曲失穩(wěn)Mvy

49、yy總變形總變形總曲率：總曲率：彎距曲率剪力產(chǎn)生的附加曲率彎距曲率剪力產(chǎn)生的附加曲率剪力曲率剪力曲率：總曲率：總曲率：vdydMdyVNdxdxdx2222vd yd yNdxdx式中：式中： 表示單位剪力引起的剪切角：表示單位剪力引起的剪切角：2222d yMd yNdxEIdx 2210d yNNydxEI1EcrENNN繞實(shí)軸：繞實(shí)軸：0crENN繞虛軸：繞虛軸：0)sin(022lxvyNdxydEIcrmNNvvvv/100幾何缺陷幾何缺陷(4.16) 10yEfNNWNvAN(4.17) 110yEfNNAN(4.18) 1110001yEfNNiAN(4.21) 1sinsinc

50、os1cos0kxklklkxey(4.22) 12sec0ENNev4.20 022NeNydxydEIu 殘余應(yīng)力對(duì)壓桿臨界荷載的影響殘余應(yīng)力對(duì)壓桿臨界荷載的影響圖4.7殘余應(yīng)力對(duì)短柱段的影響(4.8) 2222IIlEIlEINeecr(4.9) 22IIEecr22xcrxoxEINkl232ycryoyEINkl殘余應(yīng)力對(duì)弱軸的影響比殘余應(yīng)力對(duì)弱軸的影響比對(duì)強(qiáng)軸嚴(yán)重得多對(duì)強(qiáng)軸嚴(yán)重得多!22crEINl焊接工字形截面軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)焊接工字形截面軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)考慮多種不同截面尺考慮多種不同截面尺寸，不同殘余應(yīng)力分寸，不同殘余應(yīng)力分布，假定布，假定L/1000L/1000的初的初彎

51、曲，不考慮荷載的彎曲，不考慮荷載的初偏心。計(jì)算初偏心。計(jì)算200200多多條柱子曲線，選取其條柱子曲線，選取其中中9696條。最終用四條條。最終用四條代替所有柱子曲線。代替所有柱子曲線。 crycrRyRNfNNfAAAfu a a類：類：軋制圓管和寬高比小于軋制圓管和寬高比小于0.80.8且繞強(qiáng)軸屈曲的軋制工且繞強(qiáng)軸屈曲的軋制工字鋼；字鋼；u c c類：類：翼緣為軋制邊或剪切邊的繞弱軸屈曲的焊接工字翼緣為軋制邊或剪切邊的繞弱軸屈曲的焊接工字形截面和形截面和T T字形截面；字形截面；u b b類：類：大量截面介于大量截面介于a a與與c c兩類之間，屬于兩類之間，屬于b b類，如翼緣為類，如翼

52、緣為火焰切割邊的焊接工字形截面，因?yàn)樵谝砭壍耐鈧?cè)具有較火焰切割邊的焊接工字形截面，因?yàn)樵谝砭壍耐鈧?cè)具有較高的殘余拉應(yīng)力。它對(duì)軸心壓桿承載力的影響較為有利，高的殘余拉應(yīng)力。它對(duì)軸心壓桿承載力的影響較為有利，所以繞強(qiáng)軸和弱軸屈曲都屬于所以繞強(qiáng)軸和弱軸屈曲都屬于b b類；類；軸心受壓構(gòu)件的截面分類軸心受壓構(gòu)件的截面分類( (板厚板厚t t 40mm40mm) )1 1、軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式、軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式1 1）當(dāng)）當(dāng)2 2）當(dāng)）當(dāng)1 1）鋼材品種（即）鋼材品種（即f fy y和和E E）；）；2 2）長(zhǎng)細(xì)比；）長(zhǎng)細(xì)比；3 3）截面分類；）截面分類；u 穩(wěn)定系數(shù)影響因素：穩(wěn)定系數(shù)影

53、響因素：4.23 fANcrycrRyRNfNNfAAAf式中式中 N N 軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值；軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值； A A 構(gòu)件的毛截面面積；構(gòu)件的毛截面面積； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，取兩主軸穩(wěn)定系數(shù)較小者；軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，取兩主軸穩(wěn)定系數(shù)較小者； f f 鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。2 2、查表確定軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)：、查表確定軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)：根據(jù)截面分類，根據(jù)截面分類，長(zhǎng)細(xì)比，屈服強(qiáng)度等參數(shù)；長(zhǎng)細(xì)比，屈服強(qiáng)度等參數(shù)；3 3、整體穩(wěn)定計(jì)算公式：、整體穩(wěn)定計(jì)算公式：或者或者NAf某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖。柱的上、下端某焊接工字形截面柱

54、，截面幾何尺寸如圖。柱的上、下端均為鉸接，柱高均為鉸接，柱高4.2m4.2m，承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為，承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為1000kN1000kN，鋼材為鋼材為Q235Q235，翼緣為火焰切割邊，焊條為，翼緣為火焰切割邊，焊條為E43E43系列，手工焊。系列，手工焊。試驗(yàn)算該柱是否安全。試驗(yàn)算該柱是否安全。 解：已知 lx= ly =4.2m，f=215N/mm2。 計(jì)算截面特性： A=2251220.6=63.2cm2， Ix=225111.520.6223/12=7144.9cm4， Iy=21253/12=2604.2cm4， cm63.10/AIixx，cm42. 6/AIiyy。

55、驗(yàn)算整體穩(wěn)定、剛度和局部穩(wěn)定性 x= lx/ix=420/10.63=39.5=150， y= ly/iy=420/6.42=65.4=150， 截面對(duì) x 軸和 y 軸為 b 類， 查穩(wěn)定系數(shù)表可得，x=0.901，y=0.778， 取=y =0.778，則 圖 4-4 例題 4-1 x y N N 4200 250 240 10 10 6 。 驗(yàn)算整體穩(wěn)定、剛度和局部穩(wěn)定性 x= lx/ix=420/10.63=39.5=150， y= ly/iy=420/6.42=65.4=150， 截面對(duì) x 軸和 y 軸為 b 類， 查穩(wěn)定系數(shù)表可得，x=0.901，y=0.778， 取=y =0.

56、778，則 22N/mm215N/mm4 .203102 .63778. 01000fAN 翼緣寬厚比為 b1/t=(12.50.3)/1=12.2100.165.4=16.5 腹板高厚比為 h0/tw=(242)/0.6=36.725+0.565.4=57.7 構(gòu)件的整體穩(wěn)定、剛度和局部穩(wěn)定都滿足要求。 圖 4-4 例題 4-1 x y N N 4200 250 240 10 10 6 443422.54 10 cm ,1.25 10 cm ,8760cm ;5.2mxyIIAl405.2m,2.54 10 87.617cmxxxlliIA 1506 .30175200 xxxil934.

57、0 xkN1759102158760934. 03AfNxx30/22.6m,1.25 10 87.63.78cmyyylliIA1508 .6878. 35200yyyil650. 0ykN122410215876065. 03AfNyykN1224maxyNNu 組合截面板件的局部屈曲現(xiàn)象：寬厚比太大組合截面板件的局部屈曲現(xiàn)象：寬厚比太大一、均勻受壓板件的彈性屈曲應(yīng)力一、均勻受壓板件的彈性屈曲應(yīng)力（x單方向受壓） 在彈性狀態(tài)屈曲時(shí)，單位寬度板的力平衡方程是：在彈性狀態(tài)屈曲時(shí)，單位寬度板的力平衡方程是：式中式中 w w 板件屈曲以后任一點(diǎn)的撓度；板件屈曲以后任一點(diǎn)的撓度； NxNx 單位寬度

58、板所承受的壓力；單位寬度板所承受的壓力； D D 板的抗彎剛度，板的抗彎剛度，D=EtD=Et3 3/12(1/12(12 2) )，其中，其中t t是板是板的厚度，的厚度， 是鋼材的泊松比。是鋼材的泊松比。(4.100) 02224422444xwNywyxwxwDx(4.101) sinsin11bynaxmAwmnmn(4.102) 2222bnmaamDNcrx(4.103) 122222bammaDNcrx(4.104) 22222bDKmbaabmbDNcrx2baKmamb四邊簡(jiǎn)支均勻受壓板的屈曲系數(shù)四邊簡(jiǎn)支均勻受壓板的屈曲系數(shù)min4K224 crxDNb(4.110) )1(

59、12222122E btEK22min210.425 (4.112)12(1)yEtfb(4.113) 2351 . 0101yftb(4.114) )1(1243.1min2022ywfhtE(4.115) 2355 . 0250ywfth 對(duì)于局部屈曲問題，通常有兩種考慮方法：對(duì)于局部屈曲問題，通常有兩種考慮方法：方法方法1 1：不允許板件屈曲先于構(gòu)件整體屈曲，目前一般鋼結(jié)不允許板件屈曲先于構(gòu)件整體屈曲，目前一般鋼結(jié)構(gòu)就是不允許局部屈曲先于整體屈曲來限制板件寬厚比，構(gòu)就是不允許局部屈曲先于整體屈曲來限制板件寬厚比，包括工字形、包括工字形、H H形、形、T T形等截面按此考慮。形等截面按此考

60、慮。方法方法2 2：允許板件先于整體屈曲，采用有效截面的概念來考允許板件先于整體屈曲，采用有效截面的概念來考慮局部屈曲對(duì)構(gòu)件承載力的不利影響，箱形截面按此考慮。慮局部屈曲對(duì)構(gòu)件承載力的不利影響，箱形截面按此考慮。一般鋼結(jié)構(gòu)板件寬厚比的規(guī)定是基于局部屈曲不先于整體屈曲考慮的，根據(jù)板件的臨界應(yīng)力和構(gòu)件的臨界應(yīng)力相等的原則即可確定板件的寬厚比。某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖。柱的上、下端某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖。柱的上、下端均為鉸接，柱高均為鉸接，柱高4.2m4.2m，承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為，承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為1000kN1000kN，鋼材為鋼材為Q235Q235，翼緣為火焰切