高等鋼結(jié)構(gòu)理論-第二講

1、高等鋼結(jié)構(gòu)理論1. 鋼結(jié)構(gòu)基本性能及特點(diǎn)1.1 鋼材生產(chǎn)對(duì)材性的影響1.2 鋼材加工(施工) 對(duì)構(gòu)件性能的影響1.3 外界作用對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能的影響2. 鋼結(jié)構(gòu)的幾個(gè)特殊問(wèn)題2.1 殘余應(yīng)力及其影響2.2 鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題2.3 鋼結(jié)構(gòu)的斷裂問(wèn)題2.4 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞問(wèn)題3. 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件3.1 拉桿3.2 軸心壓桿3.3 受彎構(gòu)件3.4 壓彎構(gòu)件4. 鋼框架理論4.1 失穩(wěn)形式4.2 分析方法4.3 實(shí)際應(yīng)用第一講第二講第三講目錄5. 鋼結(jié)構(gòu)的連接5.1 焊接5.2 螺栓連接5.3 混合連接6. 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)7. 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)8. 其他一些關(guān)心的問(wèn)題8.1 塑性設(shè)計(jì)8.2 抗震鋼結(jié)構(gòu)

2、8.3 箱形梁8.4 受扭構(gòu)件8.5 設(shè)計(jì)中的試驗(yàn)工作8.6 鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)第四講目錄（續(xù)）第五講第六講第七講3. 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件：拉桿3.1 拉桿拉桿的極限狀態(tài):無(wú)孔拉桿有孔拉桿凈截面的效率 : 桿件截面能否發(fā)揮作用?角鋼拉桿:單角鋼拉桿雙角鋼拉桿桁架中單角鋼腹桿的布置螺紋拉桿：因自重的下垂（預(yù)應(yīng)力）:桿端螺紋、花籃螺絲等調(diào)整凈截面（規(guī)范）與有效截面:p 2)D4A e =D 2 (1 k3. 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件：壓桿3.2 壓桿軸心壓桿的極限狀態(tài)：失穩(wěn)失穩(wěn)形式：彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)（單軸彎曲、雙軸彎曲）缺陷的影響：幾何缺陷：初始彎曲、初始扭曲、初始偏心等力學(xué)缺陷：截面屈服點(diǎn)的非均勻性、

3、殘余應(yīng)力等N? A r扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲的計(jì)算壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度桿端約束桁架和塔架桿件計(jì)算長(zhǎng)度3. 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件：壓桿（續(xù)）3.2 壓桿（續(xù)）格構(gòu)式壓桿剪力對(duì)格構(gòu)柱穩(wěn)定的影響：換算長(zhǎng)細(xì)比法幾何及力學(xué)缺陷對(duì)單肢的影響（實(shí)際上與一般實(shí)腹式不同）單肢驗(yàn)算：綴材計(jì)算墊板式組合壓桿壓桿的截面尺寸板件寬厚比限值截面尺寸的確定：A = N / ( ? f )3. 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件：壓桿（續(xù)）3.2 壓桿（續(xù)）壓桿的支撐：減小計(jì)算長(zhǎng)度，提高承載力單個(gè)柱的支撐柱列的支撐支撐設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題總結(jié)： 穩(wěn)定理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用軸心受壓構(gòu)件的荷載撓度曲線考慮穩(wěn)定系數(shù)的準(zhǔn)則：岔屈曲荷載為準(zhǔn)則:截面邊緣纖維屈服:構(gòu)件的極限荷

4、載:無(wú)孔拉桿極限狀態(tài): 全截面屈服結(jié)果與拉伸試驗(yàn)的性能十分接近實(shí)際工程構(gòu)件的區(qū)別:初始彎曲影響;力作用點(diǎn)的偏差影響;殘余應(yīng)力影響.結(jié)構(gòu)達(dá)到因過(guò)度塑性變形而不適于繼續(xù)承載的極限狀態(tài)。n 1 N有孔拉桿3.1 拉桿1、鉚接組合構(gòu)件極限狀態(tài): 凈截面屈服。每一排柳釘孔處屈服，伸長(zhǎng)較大。每一排柳釘孔處屈服，伸長(zhǎng)較大。2、焊接或型鋼構(gòu)件極限狀態(tài):凈截面拉斷后果嚴(yán)重:毛截面屈服:規(guī)范規(guī)定:Af y rruA nf u r )n A n = (1 0 .5 fNA = f初始彎曲和殘余應(yīng)力對(duì)有孔、無(wú)孔拉桿影響沒(méi)有區(qū)別；孔旁應(yīng)力集中不影響桿的強(qiáng)度。凈截面的效率影響凈截面的效率的因素: = A e / A n連

5、接方式: 全部直接連接與部分直接連接構(gòu)件截面上材料相對(duì)于節(jié)點(diǎn)板的分布(偏心距)1、構(gòu)件截面上材料相對(duì)于節(jié)點(diǎn)板的分布情況；材料貼于節(jié)點(diǎn)板并和節(jié)點(diǎn)板相連的部分占的比重越大越接近1.凈截面的效率影響凈截面的效率的因素: = A e / A n2、連接長(zhǎng)度: （剪切滯后）材料塑性材料塑性：塑性越高，凈截面效率越高制孔方式：制孔方式：沖成的栓孔，凈截面效率需再乘0.85緊固件排列：緊固件排列：孔的行距與孔徑的比值（應(yīng)變的不均勻性）,行距大效率低行距較大時(shí)，有效凈截面一般不超過(guò)0.85 0.9的毛截面對(duì)無(wú)孔拉桿（如焊接時(shí)）存在同樣問(wèn)題。剪切滯后 = 1 a / l單角鋼拉桿構(gòu)造簡(jiǎn)單受力復(fù)雜：?jiǎn)蜗蚧螂p向偏心

6、考慮到桿件受力后的變形，試驗(yàn)表明可達(dá)到軸心拉桿的80%以上規(guī)范：0.85雙角鋼拉桿構(gòu)造：受力：力偶使得整體接近軸心受力單肢存在剪切滯后綴板的穩(wěn)定(厚度)桁架中單角鋼腹桿的布置構(gòu)造：（1）彎曲失穩(wěn)構(gòu)件整體失穩(wěn)時(shí)只發(fā)生彎曲變形，雙軸對(duì)稱截面軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)屬于這種情況。（2）扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)構(gòu)件整體失穩(wěn)時(shí)只發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，十字形截面軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)屬于這種情況。（3）彎扭失穩(wěn)構(gòu)件整體失穩(wěn)時(shí)既發(fā)生彎曲變形又發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，單軸對(duì)稱截面軸心受壓構(gòu)件繞對(duì)稱軸失穩(wěn)以及無(wú)對(duì)稱軸截面軸心受壓構(gòu)件的失穩(wěn)屬于這種情況。彎曲失穩(wěn)彎扭失穩(wěn)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)截面位移投影圖r0失穩(wěn)形式（整體失穩(wěn)）彎曲失穩(wěn)（直變彎）:扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)（直

7、變扭）:彎扭失穩(wěn)（兩端鉸支無(wú)翹曲約束）:EN= 2 EI / l 2 N 12EN =( G J + 2 E I / l 2 ) Nyr02 ( Ny y 2y N)( N N) 40mm)a0曲線： = 0 .1 2 5 (fy430)歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的?曲線背景：殘余應(yīng)力、試驗(yàn)比較等統(tǒng)計(jì)屈服點(diǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)屈服點(diǎn)歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（ECCS）的?曲線背景a曲線b曲線c曲線試驗(yàn)比較：軋制工字鋼IPE160弱軸屈曲試驗(yàn)與b曲線的比較y殘余應(yīng)力分布： r = 0 .5 f中國(guó)規(guī)范的?曲線結(jié)合國(guó)情，重點(diǎn)放在H型鋼和雙角鋼組合截面上。其他截面如工字型和鋼管也做了分析。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程中的d曲線： t 4

8、0mm的H型或箱型鋼特點(diǎn)：三條曲線，無(wú) 從00.2的水平段。常用的雙角鋼T形截面、焰割邊焊接工字形截面以及格構(gòu)式截面都?xì)w入b曲線。b曲線是曲線是設(shè)計(jì)中用得最多的曲線。設(shè)計(jì)中用得最多的曲線。= 1= EI / l( G J + 2 E I / l2) N扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲的計(jì)算彎扭失穩(wěn)（剪心與形心不重合）: 轉(zhuǎn)化彎曲失穩(wěn)將彎扭失穩(wěn)按彈性條件轉(zhuǎn)化彎曲失穩(wěn)，再按彎曲失穩(wěn)考慮非彈性及22EN N E扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)（直變扭）:1N 2r0yr02 ( Ny y 2y N)( N N) Ny s2 = 0基本策略:彎曲失穩(wěn)（直變彎）:N? Af y r= f幾何缺陷及力學(xué)缺陷不可忽略非彈性f yy 缺陷的影響。

9、換算長(zhǎng)細(xì)比 Ef yf yy E y 0.5，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)具體考慮偏心的不利影響軸心受壓構(gòu)件的荷載撓度曲線a: 理想直桿，彈性b: 幾何缺陷直桿，彈性c: 幾何缺陷直桿，彈塑性d: 殘余應(yīng)力直桿，彈塑性e: 實(shí)際幾何缺陷+殘余應(yīng)力，彈塑性1 + (1 + 0 ) / / 4 1 / 1 + ( 0 .2 ) + 2 4 2 考慮穩(wěn)定系數(shù)的準(zhǔn)則岔屈曲荷載為準(zhǔn)則:彈性階段采用歐拉荷載PE，彈塑性階段采用切線模量屈曲荷載Pt對(duì)殘余應(yīng)力：以典型截面的殘余應(yīng)力分布為理論分析依據(jù)對(duì)幾何缺陷，應(yīng)用隨構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比變化而將屈曲應(yīng)力折減截面邊緣纖維屈服:不考慮殘余應(yīng)力影響用適當(dāng)?shù)膸缀稳毕莅磸椥岳碚撚?jì)算，即根據(jù)軸壓力P和初彎曲產(chǎn)生的附加彎矩得