鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第六章 拉彎壓彎構(gòu)件學(xué)習(xí)培訓(xùn)模板課件

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式拉彎、壓彎構(gòu)件的定義構(gòu)件同時(shí)承受軸心壓（或拉）力和繞截面形心主軸的彎矩作用，稱為壓彎（或拉彎）構(gòu)件分為：單向壓彎(或拉彎)構(gòu)件，雙向壓彎(或拉彎)構(gòu)件 壓彎構(gòu)件是受彎構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件的組合，因此也稱為梁柱（beam column）彎矩的產(chǎn)生偏心軸力作用端彎矩作用橫向荷載作用6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式拉彎、壓彎構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用有節(jié)間荷載作用的桁架上下弦桿受風(fēng)荷載作用的墻架柱工作平臺柱、支架柱單層廠房結(jié)構(gòu)及多高層框架結(jié)構(gòu)中的柱拉彎

2、、壓彎構(gòu)件的截面形式熱軋型鋼或冷彎薄壁型鋼受力較小時(shí)使用 6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式鋼板焊接組合截面或型鋼與型鋼、型鋼與鋼板的組合截面受力較大時(shí)選用格構(gòu)式截面構(gòu)件計(jì)算長度較大且受力較大時(shí)，為了提高截面的抗彎剛度時(shí)，常采用此種截面6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式截面選擇的原則 對稱截面用于所受彎矩不大或正負(fù)彎矩相差不大的情況 非對稱截面適用于所受彎矩較大、彎矩不變號或正負(fù)彎矩相差較大的情況，在受力較大的一側(cè)適當(dāng)加大截面在格構(gòu)式構(gòu)件中，應(yīng)使較大彎矩繞虛軸作用，可靈活調(diào)整分肢間距，以便承受之6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式變截面的壓彎構(gòu)件 構(gòu)件截面沿軸線可以變化工業(yè)建筑中的階

3、形柱、門式剛架中的楔形柱等6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式6） 拉彎、壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度 正常使用極限狀態(tài)：剛度強(qiáng)度穩(wěn)定實(shí)腹式 格構(gòu)式 彎矩繞實(shí)軸作用彎矩繞虛軸作用整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定平面內(nèi)穩(wěn)定 平面外穩(wěn)定 承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)剛度壓彎構(gòu)件：6.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式6.2 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 壓彎構(gòu)件截面應(yīng)力的發(fā)展過程 在軸力和彎矩共同作用下，受力最大截面上的應(yīng)力發(fā)展過程圖 壓彎構(gòu)件截面應(yīng)力的發(fā)展過程Aw=hwtwMxhwxxyyhfyfyfyfyHHNhh(1-2)

4、hfyfy(a)(b)(c)(d)Af=bt壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 邊緣屈服準(zhǔn)則：截面邊緣纖維屈服作為承載能力極限狀態(tài)。此時(shí)構(gòu)件處于彈性工作階段 全截面屈服準(zhǔn)則：全截面進(jìn)入塑性作為承載能力極限狀態(tài)，此時(shí)構(gòu)件在軸力和彎矩共同作用下形成塑性鉸 部分發(fā)展塑性準(zhǔn)則：以截面部分發(fā)展塑性作為承載能力極限狀態(tài)。此時(shí)構(gòu)件處于彈塑性工作階段 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中塑性設(shè)計(jì)一章采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、高層民用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中采用6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 邊緣屈服準(zhǔn)則 構(gòu)件處于彈性工作階段，在最危險(xiǎn)截面上，截面邊緣處的最大應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)fy，即： 6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算

5、準(zhǔn)則 全截面屈服準(zhǔn)則 構(gòu)件最危險(xiǎn)截面處于塑性工作階段，且拉壓應(yīng)力均達(dá)到屈服點(diǎn)fy。 6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 部分發(fā)展塑性準(zhǔn)則 為不使構(gòu)件因形成塑性鉸而產(chǎn)生過大的變形，可以考慮截面邊緣進(jìn)入塑性，其它還處于彈性階段： 一般控制塑性發(fā)展深度不超過截面高度的15%，從而確定x 6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 單向拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算：雙向拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算： An凈截面面積；Wnx，Wny凈截面模量；x、y截面塑性發(fā)展系數(shù)，與梁同。 彎曲正應(yīng)力一項(xiàng)帶有正負(fù)號，計(jì)算時(shí)應(yīng)使兩項(xiàng)應(yīng)力的代數(shù)和的絕對值最大6.2.2 拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度與剛度對以下三種情

6、況，應(yīng)采用邊緣屈服準(zhǔn)則：需要計(jì)算疲勞的實(shí)腹式拉彎、壓彎構(gòu)件，目前對其截面塑性性能缺乏研究；對格構(gòu)式拉彎、壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩繞虛軸作用時(shí)，由于截面腹部無實(shí)體部件，塑性開展的潛力不大。當(dāng)工字形截面翼緣寬厚比 時(shí) 13是按彈塑性失穩(wěn)推導(dǎo)出來的，而15是按彈性失穩(wěn)推導(dǎo)的此時(shí)：xy1.0 6.2.2 拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度與剛度剛度驗(yàn)算拉彎和壓彎構(gòu)件的容許長細(xì)比分別與軸心受拉和軸心受壓構(gòu)件的規(guī)定完全相同6.2.2 拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度與剛度 6.3 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件6.3.1 壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式 單向壓彎構(gòu)件 彎矩作用平面內(nèi)的失穩(wěn)彎曲失穩(wěn)彎矩作用平面外的失穩(wěn)彎扭

7、失穩(wěn)雙向壓彎構(gòu)件 失穩(wěn)形式只有一種可能彎扭失穩(wěn)單向壓彎構(gòu)件的彎矩作用平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn) 變形特點(diǎn)：只有平面內(nèi)的彎曲變形發(fā)生條件：有足夠的側(cè)向支承 或平面外抗彎剛度足夠大荷載位移曲線的特點(diǎn)：OA彈性非線性(二階效應(yīng)造成)、AB彈塑性段(截面逐漸發(fā)展塑性)、B點(diǎn)極值點(diǎn)(遠(yuǎn)低于歐拉臨界力)、BCD下降段6.3.1 壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式 單向壓彎構(gòu)件的彎矩作用平面外的彎扭失穩(wěn) 變形特點(diǎn)： 無初始缺陷的桿件：壓力小時(shí)只有平面內(nèi)撓度，壓力達(dá)Ncr后，突然產(chǎn)生側(cè)向位移u和扭轉(zhuǎn)位移(分支點(diǎn)失穩(wěn)) 有初始缺陷的桿件：u和隨荷載增加而增加，當(dāng)達(dá)到某一極限荷載之后，u和增加很快，失去穩(wěn)定(極值點(diǎn)失穩(wěn))6.3.1 壓彎

8、構(gòu)件整體失穩(wěn)形式 發(fā)生彎扭失穩(wěn)的條件： 構(gòu)件沒有足夠的側(cè)向支撐，且彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性較強(qiáng)6.3.1 壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式 極限承載力的計(jì)算方法分為兩大類： 極限荷載計(jì)算方法：采用解析法或數(shù)值法直接求解壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的極限荷載Nux 相關(guān)公式方法：建立軸力和彎矩相關(guān)公式來驗(yàn)算壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的極限承載力極限荷載計(jì)算法 解析法：通過理論方法求得平面內(nèi)穩(wěn)定承載力Nux的解析解。受限于初始假設(shè)、表達(dá)式復(fù)雜、使用不方便。數(shù)值法：可考慮幾何缺陷和殘余應(yīng)力，適用于各種邊界條件以及彈塑性工作階段。詳見鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論。6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定工字形截面具有圖示殘余應(yīng)力分布

9、和v0/l=1/1000初彎曲的偏心壓桿的Nux/Afy曲線，是按不同的相對偏心e 由計(jì)算機(jī)求得Nux的數(shù)值解后繪制的6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定相關(guān)公式計(jì)算法 各國設(shè)計(jì)規(guī)范中壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定驗(yàn)算多采用相關(guān)公式法 建立軸力與彎矩的相關(guān)公式，并在大量數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對公式中參數(shù)進(jìn)行修正，是半經(jīng)驗(yàn)半理論公式 由穩(wěn)定理論，可得到受均勻彎矩作用 的壓彎構(gòu)件的中點(diǎn)最大撓度為：6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定 為不考慮N（僅受均勻彎矩M）時(shí)簡支梁的中點(diǎn)撓度，方括號項(xiàng)為考慮軸力N二階效應(yīng)影響的跨中撓度放大系數(shù)把上式中sec(kl/2)展開成冪級數(shù)

10、，可得： 同理考慮二階效應(yīng)后，由橫向力或端彎矩引起的最大彎矩為mx等效彎矩系數(shù)，將橫向力或端彎矩引起的非均勻分布彎矩當(dāng)量化為均勻分布彎矩；對均布作用的壓彎構(gòu)件mx=1。 6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定將構(gòu)件各種初始缺陷等效為跨中最大初彎曲v0（表示綜合缺陷），且為正弦曲線，可得考慮二階效應(yīng)后由初彎曲產(chǎn)生最大彎矩為：構(gòu)件跨中最大彎矩為上二項(xiàng)之和，根據(jù)邊緣屈服準(zhǔn)則，截面最大應(yīng)力應(yīng)滿足：令Mx =0，則成為有初始缺陷的軸心壓桿，其臨界力N=N0 x可以計(jì)算得到，則可解出等效初始缺陷：?6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定將v0代回屈服準(zhǔn)則表達(dá)式，可得相關(guān)公式：上式引入了

11、有初始缺陷的軸壓桿的穩(wěn)定承載力，是以應(yīng)力形式表達(dá)的穩(wěn)定驗(yàn)算公式上式為冷彎薄壁型鋼設(shè)計(jì)規(guī)范所采用(邊緣屈服準(zhǔn)則)對于實(shí)腹式壓彎構(gòu)件，允許截面上部分發(fā)展塑性，可修正： 6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定焊接工字形截面偏心壓桿，數(shù)值法與相關(guān)公式結(jié)果比較吻合較好6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的計(jì)算公式考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)，上述相關(guān)公式變?yōu)椋?實(shí)腹式壓彎構(gòu)件和繞實(shí)軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件： 繞虛軸（x軸）彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件： 對于單軸對稱截面(如T形截面)，當(dāng)彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時(shí)，有可能在較小翼緣(或無翼緣)一側(cè)發(fā)生受拉破壞。

12、此時(shí)尚應(yīng)補(bǔ)充計(jì)算：W2x較小翼緣(或無翼緣端)的毛截面模量不許發(fā)展塑性6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定等效彎矩系數(shù)mx按以下規(guī)定采用： （1）懸臂構(gòu)件和在內(nèi)力分析中未考慮二階效應(yīng)的無支撐框架和弱支撐框架柱，mx=1.0（2）框架柱和兩端支承的構(gòu)件： 無橫向荷載作用時(shí)， mx=0.65+0.35M2/M1，M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩，|M1|M2|；兩端彎矩產(chǎn)生同向曲率時(shí)取同號，反之取異號 有端彎矩和橫向荷載同時(shí)作用時(shí)，使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率取 mx=1.0；使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率取mx=0.85 無端彎矩但有橫向荷載作用時(shí)，mx=1.06.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定

13、6.4 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外失穩(wěn)時(shí)的失穩(wěn)形式 開口截面壓彎構(gòu)件的抗扭剛度及彎矩作用平面外的抗彎剛度通常較小當(dāng)構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支撐以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件可能發(fā)生彎扭失穩(wěn)而破壞又稱為壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的整體失穩(wěn)6.4.1 單向壓彎構(gòu)件平面外的整體穩(wěn)定壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定的計(jì)算公式 規(guī)范規(guī)定單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式為 Mx構(gòu)件側(cè)向支承點(diǎn)間的最大彎矩截面影響系數(shù)：箱形截面=0.7，其他截面=1.0y彎矩作用平面外的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)， 由y或yz確定b均勻彎曲的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，

14、同梁。對于閉口截面 b=1.0tx計(jì)算彎矩作用平面外穩(wěn)定時(shí)的彎矩等效系數(shù)6.4.1 單向壓彎構(gòu)件平面外的整體穩(wěn)定6.4.1 單向壓彎構(gòu)件平面外的整體穩(wěn)定雙向壓彎構(gòu)件的失穩(wěn)形式 一定發(fā)生彎扭失穩(wěn)雙向壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)的驗(yàn)算方法雙軸對稱實(shí)腹式工字形截面和箱形截面的雙向壓彎構(gòu)件，其穩(wěn)定按下列公式計(jì)算： 6.4.2 雙向壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定承載力計(jì)算 6.5 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件翼緣的受力特點(diǎn) 主要承受正應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)與梁的受壓翼緣基本相同，局部失穩(wěn)形式也一樣設(shè)計(jì)時(shí)采用彈性設(shè)計(jì)方法或者部分截面發(fā)展塑性的方法翼緣寬厚比限值 工字形截面翼緣：三邊支承、一邊自由板箱形截面翼緣：

15、四邊支承板寬厚比限值與梁同6.5.1 受壓翼緣板的寬厚比限值 外伸翼緣板(x=1.05或1.0)兩邊支承翼緣板 6.5.1 受壓翼緣板的寬厚比限值 工字形和H形截面的腹板(四邊簡支板)影響腹板局部失穩(wěn)的因素 剪應(yīng)力以平均剪應(yīng)力來表征 =0.3m (m為彎曲正應(yīng)力)不均勻壓應(yīng)力以應(yīng)力梯度0來表征 max為腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力，計(jì)算時(shí)不考慮構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)和截面塑性發(fā)展系數(shù)； min為腹板計(jì)算高度另一邊緣的應(yīng)力，壓為正，拉為負(fù)。 對局部穩(wěn)定影響不大 影響局部穩(wěn)定主要因素 6.5.2 腹板的高厚比限值 根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，在壓力和剪力共同作用下的臨界應(yīng)力為 Ke為彈性屈曲系數(shù)，與應(yīng)力梯度有關(guān)；h

16、0為腹板計(jì)算高度，對于焊接截面h0=hw。 考慮不同程度發(fā)展塑性，根據(jù)彈塑性穩(wěn)定理論，臨界應(yīng)力為 Kp為塑性屈曲系數(shù)，與應(yīng)力梯度和腹板受力最大邊緣割線模量有關(guān)。利用上式，并取臨界應(yīng)力cr=235N/mm2，并考慮長細(xì)比較大時(shí)腹板塑性發(fā)展較少或未進(jìn)入塑性的現(xiàn)象，可得： 6.5.2 腹板的高厚比限值 構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比，當(dāng)100時(shí)，取100。 可見：當(dāng)0=0時(shí)，與軸心受壓構(gòu)件腹板高厚比的要求相一致當(dāng)0=2時(shí)，與受彎構(gòu)件中彎剪聯(lián)合作用時(shí)的腹板高厚比一致 6.5.2 腹板的高厚比限值 箱形截面的腹板 箱形截面壓彎構(gòu)件腹板的屈曲應(yīng)力計(jì)算方法與工字形截面的腹板相同考慮到箱形截面腹板與翼緣采用單側(cè)

17、焊縫連接，其嵌固條件不如工字形截面，因此規(guī)定h0/tw的限值為上述公式的0.8倍當(dāng)限值小于時(shí) ，取 。 6.5.2 腹板的高厚比限值 T形截面的腹板當(dāng)彎矩作用于T形截面對 稱軸平面內(nèi)，并使腹板 自由邊受壓時(shí)： (較小時(shí)不作放大；較 大時(shí)適當(dāng)放大)當(dāng)彎矩作用于T形截面對稱軸平面內(nèi)，并使腹板自由邊受拉時(shí)，比軸心受壓構(gòu)件有利，為了方便，可采用與軸心受壓構(gòu)件相同的高厚比限值 6.5.2 腹板的高厚比限值 6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件當(dāng)承受的彎矩較小時(shí)，其截面形式與一般的軸心受壓構(gòu)件相同，可采用對稱截面當(dāng)彎矩較大時(shí)，宜在彎矩作用平面內(nèi)采用高度較大的雙軸對稱截面，或加大受壓較大翼

18、緣的單軸對稱截面在滿足局部穩(wěn)定、使用要求和構(gòu)造要求時(shí)，截面應(yīng)盡量符合寬肢薄壁以及彎矩作用平面內(nèi)和平面外整體穩(wěn)定性相等的原則，從而節(jié)省鋼材。 6.6.1 截面形式的選擇原則 6.6.1 截面形式的選擇原則壓彎構(gòu)件的截面選擇方法 壓彎構(gòu)件的驗(yàn)算式中所牽涉到的未知量較多，初選截面時(shí)，可參考已有的類似設(shè)計(jì)進(jìn)行估計(jì) 往往需要進(jìn)行多次調(diào)整和重復(fù)驗(yàn)算，直到滿意為止對初選截面需作如下驗(yàn)算 1. 強(qiáng)度驗(yàn)算 2. 剛度驗(yàn)算 3. 整體穩(wěn)定驗(yàn)算 4. 局部穩(wěn)定驗(yàn)算 6.6.2 截面選擇及驗(yàn)算 6.6.2 截面選擇及驗(yàn)算 與實(shí)腹式軸壓構(gòu)件相似，當(dāng)h0/tw80時(shí)，為防止施工和運(yùn)輸中變形，應(yīng)設(shè)置間距不大于3ho的橫向加

19、勁肋如果需要設(shè)置縱向加勁肋，同時(shí)也應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋在受有較大水平力處和運(yùn)輸單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔，構(gòu)件較長時(shí)應(yīng)設(shè)置中間橫隔壓彎構(gòu)件需要設(shè)置側(cè)向支撐時(shí)，如果截面高度較小，可在腹板加橫肋或橫隔連接支撐；如果截面高度較大，則應(yīng)在兩個(gè)翼緣平面內(nèi)同時(shí)設(shè)置支撐 6.6.3 構(gòu)造要求 6.6.3 構(gòu)造要求 例題7.1： 某壓彎構(gòu)件的簡圖、截面尺寸、受力和側(cè)向支承情況如圖所示，試驗(yàn)算所用截面是否滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。鋼材為Q235鋼，翼緣為焰切邊；構(gòu)件承受靜力荷載設(shè)計(jì)值F=100kN和N=900kN。 6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)1.內(nèi)力（設(shè)計(jì)值） 軸心力N =900kN 彎 矩2.截面特性和長細(xì)比：

20、l0 x=16m，l0y=8m 剛度滿足要求6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)3.強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求4.在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)討論：本例題中若中間側(cè)向支承點(diǎn)由中央一個(gè)改為兩個(gè)（各在l/3點(diǎn)即D和E點(diǎn)），結(jié)果如何？ 5.在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗(yàn)算： AC段（或CB段）兩端彎矩為M1=400 kN.m，M20，段內(nèi)無橫向荷載： 滿足要求6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)6.局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣的寬厚比腹板計(jì)算高度邊緣的應(yīng)力腹板高厚比滿足要求6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì) 6.7 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計(jì)算 第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件當(dāng)彎矩繞虛軸(x軸)

21、作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算和分肢的穩(wěn)定計(jì)算。 6.7.1 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算 彎矩繞虛軸作用，截面中部空心，不能考慮塑性發(fā)展，宜采用邊緣屈服準(zhǔn)則 W1x=Ix /y0，Ix為對x軸的毛截面慣性矩，y0為由x軸到壓力較大分肢軸線或腹板邊緣的距離 x為軸心壓桿的整體穩(wěn)定系數(shù)，由換算長細(xì)比0 x確定 6.7.1 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 分肢的穩(wěn)定計(jì)算 彎矩繞虛軸作用的壓彎構(gòu)件，在彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性一般由分肢的穩(wěn)定計(jì)算得到保證，故無需再驗(yàn)算 將整個(gè)構(gòu)件視為一平行弦桁架，兩個(gè)分肢為桁架的弦桿，兩分肢的軸心力為： 6.7.1 彎矩繞

22、虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 綴條式壓彎構(gòu)件的分肢： 按軸心壓桿計(jì)算 (l0) 分肢的計(jì)算長度：在綴條平面內(nèi)（分肢繞1-1軸)取綴條體系的節(jié)間長度在綴條平面外（分肢繞y-y軸)，取整個(gè)構(gòu)件兩側(cè)向支撐點(diǎn)間距 6.7.1 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 綴板式壓彎構(gòu)件的分肢：按壓彎構(gòu)件驗(yàn)算穩(wěn)定綴材的計(jì)算計(jì)算壓彎構(gòu)件的綴材時(shí)，應(yīng)取構(gòu)件實(shí)際剪力和下式兩者中的較大值計(jì)算方法與格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件相同除軸心力N1(或N2)外，還應(yīng)考慮由綴板剪力引起的局部彎矩在綴板平面內(nèi)，分肢的計(jì)算長度(分肢繞1-1軸)取綴板間凈距 6.7.1 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 整體穩(wěn)定計(jì)算 彎矩作用平面內(nèi)和平面外的整體穩(wěn)定計(jì)算均

23、與實(shí)腹式構(gòu)件相同，但在計(jì)算彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定時(shí)，長細(xì)比應(yīng)取換算長細(xì)比，整體穩(wěn)定系數(shù)取b=1.0 6.7.2 彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 6.7.2 彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 分肢穩(wěn)定的計(jì)算：按實(shí)腹式壓彎構(gòu)件計(jì)算分肢的穩(wěn)定內(nèi)力按以下原則分配： 軸力在兩分肢間的分配與分肢軸線至虛軸(x)的距離成反比彎矩在兩分肢間的分配與分肢對實(shí)軸(y)的慣性矩成正比、與分肢軸線至虛軸(x)的距離成反比 6.7.2 彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 整體穩(wěn)定計(jì)算 對虛軸(x軸)的穩(wěn)定系數(shù)x應(yīng)采用換算長細(xì)比確定分肢穩(wěn)定計(jì)算 按壓彎構(gòu)件計(jì)算軸力N和彎矩My的分配方法前面已經(jīng)給出公式 6.7.3 雙向受彎的

24、格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 6.7.3 雙向受彎的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 例7.2 圖示上端自由，下端固定的壓彎構(gòu)件，長度為5m，作用的軸心壓力為500kN，彎矩為Mx，截面由兩個(gè)I25a型鋼組成，綴條用L505，在側(cè)向構(gòu)件的上下端均為鉸接不動點(diǎn)，鋼材為Q235鋼，要求確定構(gòu)件所能承受的彎矩Mx的設(shè)計(jì)值。L505xx40011y400y5000AAI25aNM1.對虛軸計(jì)算確定Mx截面特性： 6.7 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計(jì)算 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure此獨(dú)立柱繞虛軸的計(jì)算長度系數(shù)2。綴條面積：A1=24.89.6cm2。換算長細(xì)比：按b類查附表懸臂柱mx=

25、1對虛軸的整體穩(wěn)定：2.對單肢計(jì)算確定Mx右肢的軸線壓力最大按a類查附表單肢穩(wěn)定計(jì)算 經(jīng)比較可知，此壓彎構(gòu)件所能承受的彎矩設(shè)計(jì)值為283.3kNm，整體穩(wěn)定和分肢穩(wěn)定的承載力基本一致。1、拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式2、拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度3、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算4、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算5、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定6、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)7、格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計(jì)算小結(jié)第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure拉彎、壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度 正常使用極限狀

26、態(tài)：剛度強(qiáng)度穩(wěn)定實(shí)腹式 格構(gòu)式 彎矩繞實(shí)軸作用彎矩繞虛軸作用整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定平面內(nèi)穩(wěn)定 平面外穩(wěn)定 承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)剛度壓彎構(gòu)件：第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 62 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度對拉彎構(gòu)件、截面有削弱或構(gòu)件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構(gòu)件，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。6.2.1 拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則邊緣纖維屈服準(zhǔn)則全截面屈服準(zhǔn)則部分發(fā)展塑性準(zhǔn)則單向拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算公式6.2.2 拉彎、壓彎構(gòu)件強(qiáng)度與剛度計(jì)算對于三種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)采用邊緣屈服作為構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.3 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算 壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn) 6.3.1

27、 壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外失穩(wěn)雙向壓彎構(gòu)件的失穩(wěn) 6.3.2 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定相關(guān)公式計(jì)算法壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的計(jì)算公式a) 繞虛軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 b) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件和繞實(shí)軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件c) 對于單軸對稱截面壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩作用在對成軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時(shí)，有可能在較小翼緣或無翼緣一側(cè)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)破壞。對于這種情況，還應(yīng)補(bǔ)充如下計(jì)算第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.4 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算 規(guī)范規(guī)定單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式為： N驗(yàn)算截面處的軸力 A壓彎構(gòu)件的截

28、面面積 Mx計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)(構(gòu)件側(cè)向支撐點(diǎn)間)的最大彎矩 h截面影響系數(shù)，箱形截面取0.7，其他截面取1.0jy彎矩作用平面外的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，對單軸對稱截面應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，采用換算長細(xì)比確定jb均勻彎曲的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)按附錄3計(jì)算，對工行截面和T形截面的非懸臂構(gòu)件可按受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的近似公式計(jì)算(附錄3.5)；對閉口截面取1.0btx-計(jì)算彎矩平面外穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù)第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.5 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定 6.5.1 受壓翼緣板的寬厚比限值實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的板件與軸壓和受彎構(gòu)件的板件的受力相似，其局部穩(wěn)定也是采用限制板件的寬（高）厚比的辦法來保證。外伸翼

29、緣板兩邊支承翼緣板當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度和整體穩(wěn)定不考慮截面塑性發(fā)展時(shí)，式可放寬至：第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.5.2 腹板的高厚比限值腹板的局部穩(wěn)定主要與壓應(yīng)力的不均勻分布的梯度有關(guān)。0應(yīng)力梯度smax腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力smin腹板計(jì)算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力，壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)0 (max-min)/max 規(guī)范規(guī)定工字形和H形截面壓彎構(gòu)件腹板高厚比限值：當(dāng)0o1.6時(shí):當(dāng)1.6o2.0時(shí):第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.6.1 截面形式1.對于N大、M小的構(gòu)件，可參照軸壓構(gòu)件初估；2.對于N小、M大的構(gòu)件，可參照受彎構(gòu)件初估；6.6 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6.6.2 截面驗(yàn)算1. 強(qiáng)度驗(yàn)算2.

30、 整體穩(wěn)定驗(yàn)算3. 局部穩(wěn)定驗(yàn)算組合截面4. 剛度驗(yàn)算6.6.3 構(gòu)造要求 與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相似第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure1.截面選擇1）對稱截面（分肢相同），適用于M相近的構(gòu)件；2）非對稱截面（分肢不同），適用于M相差較大的構(gòu)件；6.7.4 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)3.構(gòu)造要求1) 壓彎格構(gòu)柱必須設(shè)橫隔，做法同軸壓格構(gòu)柱；2) 分肢局部穩(wěn)定同實(shí)腹柱。2.截面驗(yàn)算1）強(qiáng)度驗(yàn)算2) 整體穩(wěn)定驗(yàn)算（含分肢穩(wěn)定）3) 局部穩(wěn)定驗(yàn)算組合截面4) 剛度驗(yàn)算5) 綴材設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)力取柱的實(shí)際剪力和軸壓格構(gòu)柱剪力的大值；計(jì)

31、算方法與軸壓格構(gòu)柱的綴材設(shè)計(jì)相同。第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)第三章 連接剛性連接節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)一般做成剛性連接，可增強(qiáng)框架抗側(cè)移剛度，減小梁跨中彎矩剛性連接要保證將梁端的彎矩和剪力可以有效地傳給柱子當(dāng)節(jié)點(diǎn)能夠承受理想剛性連接彎矩的90%以上時(shí)，即可認(rèn)為是剛性連接采用以下一些節(jié)點(diǎn)形式，即可認(rèn)為達(dá)到上述要求 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn) 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)梁柱剛性連接的典型形式做法一：全焊接剛性連接梁翼緣與柱翼緣坡口對焊，承受梁端彎矩產(chǎn)生的拉力和壓力梁腹板與柱翼緣角焊縫連接，傳遞梁端剪力為便于梁翼緣坡口焊縫的施焊和設(shè)置襯板，在梁腹板兩端上、下角處各開r =3035mm的半園孔優(yōu)點(diǎn)是省工省料，缺點(diǎn)是梁需要現(xiàn)場定位、工地高空施焊 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)做法二：預(yù)留短梁段連接把短梁段在工廠制造時(shí)先焊在柱子上現(xiàn)場采用高強(qiáng)度螺栓將橫梁的中間段拼接起來焊縫在工廠焊接，可以很好的保證質(zhì)量橫梁拼接處的內(nèi)力比梁端小，有利于高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì) 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)做法三：栓焊混合連接梁腹板與柱翼緣采用連接角鋼和高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓兼作安裝螺栓螺栓就位后，將梁上、下翼緣與柱用坡口對接焊縫連接翼緣焊縫和腹板螺栓分別承受梁端的彎矩和剪力 6.8 梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)柱腹板內(nèi)不設(shè)橫向加