鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之構(gòu)件截面承載力-強(qiáng)度

第3章構(gòu)件截面承載力—強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)承載能力的三種形式：構(gòu)件截面承載能力：在荷載作用下截面的應(yīng)力與構(gòu)件材料相應(yīng)強(qiáng)度值的比較，即強(qiáng)度單個(gè)構(gòu)件的承載能力：構(gòu)件的穩(wěn)定性，與構(gòu)件的剛度有關(guān)整體結(jié)構(gòu)的承載能力：與抗側(cè)力構(gòu)件的剛度有關(guān)或與結(jié)構(gòu)體系中壓桿、壓彎構(gòu)件有關(guān)3.1軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和截面選擇

1、軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用：分類：軸心受壓構(gòu)件、軸心受拉構(gòu)件應(yīng)用：桁架：鋼屋架、托架、吊車梁以及制動(dòng)桁架；塔架：電視塔、氣象塔、輸電線路塔；網(wǎng)架：平面網(wǎng)架、空間網(wǎng)架；柱：操作平臺(tái)柱、抗風(fēng)柱；各種支撐結(jié)構(gòu)：屋面支撐、柱間支撐以上各種結(jié)構(gòu)中的每一根桿件均為軸心受力構(gòu)件。3.塔架1.桁架2.網(wǎng)架軸心受壓柱實(shí)腹式軸壓柱與格構(gòu)式軸壓柱二、軸心受壓構(gòu)件的截面形式截面形式可分為：實(shí)腹式和格構(gòu)式兩大類。1、實(shí)腹式截面2、格構(gòu)式截面截面由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過(guò)綴材連接而成。3、截面選擇的基本原則：滿足強(qiáng)度所需的截面面積；滿足剛度的要求；制作簡(jiǎn)便；便于連接三、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度

強(qiáng)度計(jì)算（承載能力極限狀態(tài)）

N—軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；

An—構(gòu)件的凈截面面積；

f—鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)截面無(wú)削弱時(shí)，強(qiáng)度不必計(jì)算。軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度

（承載能力極限狀態(tài)）剛度

（正常使用極限狀態(tài)）強(qiáng)度剛度

（正常使用極限狀態(tài)）穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)）軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)壓桿截面無(wú)孔洞時(shí)，構(gòu)件承載力是由穩(wěn)定來(lái)控制，此時(shí)強(qiáng)度可不計(jì)算；當(dāng)壓桿截面有孔洞時(shí)，構(gòu)件承載力可由強(qiáng)度來(lái)控制，此時(shí)即要計(jì)算凈截面強(qiáng)度又要計(jì)算桿件的穩(wěn)定性；梁——承受橫向荷載的受彎實(shí)腹式構(gòu)件格構(gòu)式梁——桁架一、類型3.2梁的類型和強(qiáng)度按制作方法分：型鋼梁、組合（截面）梁樓蓋梁平臺(tái)梁按功能分吊車梁檁條墻架梁等1.型鋼梁2.組合梁3.單向彎曲梁與雙向彎曲梁4.梁的計(jì)算內(nèi)容正常使用極限狀態(tài)剛度(計(jì)算撓度小于允許撓度)承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度局部壓應(yīng)力折算應(yīng)力整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定構(gòu)件的疲勞驗(yàn)算：直接承受動(dòng)力荷載的梁，當(dāng)n>5×104次時(shí)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。梁的正應(yīng)力：以工字型截面為例，純彎曲的簡(jiǎn)支梁的M-ω曲線。有四個(gè)階段：1）彈性工作階段2）彈塑性工作階段3）塑性工作階段4）應(yīng)變硬化階段3.2.2梁的彎曲、剪切強(qiáng)度(一)抗彎強(qiáng)度1.工作性能（1）彈性階段

x

xσfy彈性階段的最大彎矩:注：需進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的梁以此作為承載能力極限狀態(tài)；冷彎薄壁梁也以此作為承載能力極限狀態(tài)(2)彈塑性階段

x

xσfyaafyfy分為

和

兩個(gè)區(qū)域。

梁翼緣邊緣纖維應(yīng)力已達(dá)到屈服點(diǎn)，開始形成塑性區(qū)，并從翼緣開始逐步向中和軸發(fā)展。靠近中和軸部分腹板面積仍保持彈性階段。這時(shí)所增加的外力ΔM全部由彈性區(qū)來(lái)承受。普通鋼結(jié)構(gòu)的受彎構(gòu)件就是以這個(gè)階段作為承載力極限狀態(tài)。此時(shí)只考慮部分截面塑性發(fā)展。

x

xσfyaafyfy(3奏)塑敞性工哥作階狀段彈性出區(qū)消列失，病形成株塑性沸鉸綁。是鋼機(jī)結(jié)構(gòu)怠進(jìn)行塑性盡設(shè)計(jì)的依攔據(jù)。扎此時(shí)兩截面曲出現(xiàn)隔塑性洪鉸，Mxp即為飾塑性別鉸彎去矩。塑性時(shí)鉸彎配矩修與彈散性最筑大彎已矩惡之道比:只取決于截面幾何形狀而與材料的性質(zhì)無(wú)關(guān)的形狀系數(shù)。對(duì)X軸對(duì)Y軸XXYYA1Aw（4豈）應(yīng)檔變硬竹化階來(lái)段梁翼名緣的減強(qiáng)度超有所形增加柴，但躁在計(jì)布算時(shí)贏不利悲用這嘉一階陪段的躬強(qiáng)度客值，潔作為強(qiáng)度哄儲(chǔ)備津。2.號(hào)抗彎輩強(qiáng)度居計(jì)算梁設(shè)廊計(jì)時(shí)挺只是廉有限那制地奮利用容截面丙的塑翻性，劑如工叮字形傾截面出塑性強(qiáng)發(fā)展壟深度奮取a祝≤h杰/8獨(dú)。(1錦)單玩向彎毛曲梁(2嘆)雙承向彎妖曲梁

x

xaafy式中強(qiáng)：截面庸塑性破發(fā)展邊系數(shù)首，對(duì)坊于工呀字形影截面諷梁:其他誘截面何見表磁3-籮4。當(dāng)翼政緣外哈伸寬雨度b販與其信厚度t之比喬滿足連:時(shí)，需要坊計(jì)算輩疲勞浸強(qiáng)度悄的梁愚:XXYYbt（二差）抗慕剪強(qiáng)淺度VmaxMmaxtmax

x

x在荷刃載作降用下方梁截過(guò)面既萄有彎矩又有剪力（純拘彎曲是梁除斧外）熄，截米面既惰有正蓮應(yīng)力甚又有時(shí)剪應(yīng)炒力。對(duì)熱軋拉型鋼，由舞于其鑒腹板片較厚裁，若怒腹板言無(wú)孔茂洞或您截面鍛削弱昏，一各般情廟況下訪不驗(yàn)啊算剪孝應(yīng)力倦；（三挑）局路部壓福應(yīng)力當(dāng)梁鍛的翼偵緣受罩有沿蔬腹板按平面液作用掀的固定慰集中搭荷載且荷貌載處萍又未醫(yī)設(shè)置凍支承流加勁事肋時(shí)忍，或玻有移動(dòng)針的集陶中荷界載時(shí)，龜應(yīng)驗(yàn)乓算腹豈板高拋度邊眾緣的娘局部承壓趟強(qiáng)度宵。F——喚集中烤力,斯對(duì)動(dòng)繁力荷德載應(yīng)厲考慮峽動(dòng)力擋系數(shù)頂；——集中荷載增大系數(shù)，重級(jí)工作制吊車為1.35，其他為1.0；lz--囑集中檢荷載扒在腹遼板計(jì)境算高狹度邊耀緣的喜假定蒜分布進(jìn)長(zhǎng)度鋼：a--界集中駕荷載孩沿梁頑跨度堤方向濃的支預(yù)承長(zhǎng)凱度，豎對(duì)吊哄車輪防壓可取為罷50鍬mm研；hy--峽自梁諸承載錯(cuò)邊緣市到腹露板計(jì)殊算高穗度邊碗緣的某距離神；hR--苦軌道胸的高游度，搬計(jì)算徹處無(wú)公軌道喜時(shí)取雷0；a1--鐵梁端狂到支猜座板刑外邊徑緣的犧距離智，按灰實(shí)際青取，貼但不緊得大于高2.貝5hy。梁端臺(tái)支座免反力權(quán)：跨中見集中丙荷載監(jiān)：腹板棋的計(jì)島算高且度ho的規(guī)舟定：1．籍軋制齒型鋼凈，兩蛛內(nèi)孤擱起點(diǎn)齡間距閑;2．牙焊接競(jìng)組合吩截面從，為祖腹板封高度據(jù);3．開鉚接拔時(shí)為樣鉚釘抖間最拒近距繭離。hobt1hobt1ho當(dāng)驗(yàn)病算不滋滿足偶時(shí)應(yīng)做采取槳措施怖：1、抵設(shè)置芳橫向聰加勁價(jià)肋；福（固定笑集中皇荷載）2、秒加大規(guī)腹板氧厚度博；（移動(dòng)絲式集中跟荷載）（四上）組栗合應(yīng)焰力（感折算順應(yīng)力抬）同一肝截面的同一腥部位有多功種應(yīng)竹力狀躁態(tài)時(shí)票，是訪否滿天足強(qiáng)手度要船求。以工吹字型幸截面冊(cè)為例做：σma摘x（邊緣）、τma籠x（中和池軸）是同一室截面收的不毒同部故位。此埋外任穴一部掛位都俊有σ、τ，找銀最不糠利的緣瑞部位切。應(yīng)帶各自符號(hào)，拉為正。計(jì)算折算應(yīng)力的設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。異號(hào)時(shí)，同號(hào)時(shí)或

原因匠：1敗．只皺有局蹤蝶部某鏈點(diǎn)達(dá)腿到塑摩性2．子異號(hào)親應(yīng)力充場(chǎng)有蹈利于竹塑性邪發(fā)展愚——倆提高哭設(shè)計(jì)飄強(qiáng)度組合煉應(yīng)力瓜驗(yàn)算允時(shí)應(yīng)橋注意智：式3灣-3確1、男32暮適用柱于外團(tuán)荷載拼通過(guò)手截面剪心的情嗚況；必須莊是同一遵截面丹同一佳部位的σ、ι、σc；式3附-3遇1、約32馳應(yīng)用主于特傭定截結(jié)面、舅特定詠部位如：沿梁零長(zhǎng)度銳方向：支蘿座處刪、集僅中力汽作用晚處；芹變截計(jì)面梁摸截面扭改變艙處,惱均布枕載荷傅不連邀續(xù)的條截面；沿梁洗高度讀方向：翼岡緣和包腹板痕交界腔處；為什影么普狂通鋼籌結(jié)構(gòu)陳中鋼喉梁的桿強(qiáng)度磁不利振用完做全塑辱性而步只考書慮部懇分截痰面的似塑性上變形劍？當(dāng)截川面發(fā)鋼生塑定性變陶形時(shí)逐，將蓄使梁烏的撓度增大絲式而不痰滿足短正常默使用怒的要?dú)q求；梁翼患緣與想腹板纖交接雞處的折算架應(yīng)力副太大而不卷滿足化要求分；對(duì)梁誰(shuí)的整體飄穩(wěn)定禁和局估部穩(wěn)腦定不利仿。《規(guī)嶼范》被規(guī)定掙梁的淚正應(yīng)棋力計(jì)染算公重式見宇第5絡(luò)4頁(yè)方。3.飛4浙按強(qiáng)薦度條曾件選樸擇梁咬截面有一薄個(gè)前素提條煩件：峰當(dāng)梁恐的整體疲穩(wěn)定虜滿足攤要求時(shí)“選可以件通過(guò)佳強(qiáng)度英條件供選擇遭梁截譯面”晉。初選跌截面熱軋臟型鋼（用抹于跨惰度不揚(yáng)是很勁大的疼情況棒）：利用跳公式焊接違截面奪（用菌于跨頓度和晃荷載種都較朽大的恰情況壟）：一、艦截面驅(qū)選擇原則巾：強(qiáng)壩度、怨穩(wěn)定紋、剛鍵度、探經(jīng)濟(jì)礦性等急要求1、減截面民高度（1跳）容西許最慶大高療度hma詠x—凈牙空要街求；（2埋）容考許最勉小高患度hmi鐵n由剛辰度條神件確牌定，倆以簡(jiǎn)叛支梁粱為例步：（3五）梁雜的經(jīng)晶濟(jì)高堪度he經(jīng)驗(yàn)源公式盜：綜上年所述震，梁民的高皇度應(yīng)稈滿足析：2、腹板敢高度hw因翼尚緣厚煤度較城小，辰可取hw比h稍小辭。hw<1客m時(shí)花，取爺50燒的倍夠數(shù)，剩（以牲mm雨計(jì)）hw>1劉m時(shí)慢，取減10芹0的偵倍數(shù)息，（吳以m今m計(jì)甘）3、腹板談厚度tw由抗水剪強(qiáng)伍度確父定：一般浮按上癥式求清出的tw較小櫻，可喂按經(jīng)斑驗(yàn)公抵式計(jì)娃算：構(gòu)造傳要求沒：一般bf以1世0m份m為窄模數(shù)難，t以2興mm羽為模來(lái)數(shù)。確定bf、t尚應(yīng)板考慮殊板材紀(jì)的規(guī)愈格及屠局部予穩(wěn)定無(wú)要求雕。bfhwh1httwxx4、捷翼緣崇尺寸跑確定功：由Wx及腹提板截疑面面犬積確意定。確定擾翼緣鏈的寬度bf和厚度t：構(gòu)造浸要求脊：1）t取2遼的倍激數(shù)，b取1左0的陰倍數(shù)吩；bmi罩n=18汪0m蓄m（一炕般梁炒）30瘋0m虛m(吊堪車梁還）2)廳并應(yīng)她盡量?jī)?yōu)寬一映些，犯有利像于梁漂的穩(wěn)憑定；3）泛滿足限局部烏穩(wěn)定沫的要尿求：二、甩截面圍驗(yàn)算截面催確定懂后，熊求得徑截面戒幾何貪參數(shù)IxWxIyWy等。1、陣強(qiáng)度裕驗(yàn)算盟：抗盛彎強(qiáng)移度、刺抗剪蜻強(qiáng)度袍、局緣瑞壓強(qiáng)鍋度、壇折算應(yīng)妙力；2、返整體晝穩(wěn)定向驗(yàn)算宅；3、迎局部團(tuán)穩(wěn)定蘇驗(yàn)算抽，對(duì)秧于腹扔板一塞般通安過(guò)加渠勁肋蘋來(lái)保型證4、棚剛度憲驗(yàn)算倉(cāng)；5、窗動(dòng)荷涂載作捐用，雕必要欲時(shí)尚件應(yīng)進(jìn)碌行?；鴦隍?yàn)堡算。應(yīng)注蘇意：截爛面驗(yàn)由算時(shí)很應(yīng)將梁的販自重加進(jìn)就去。三、劈燕組合炕梁截訴面沿埋長(zhǎng)度界的改崖變截面M沿l改變記，為禍節(jié)約神鋼材盜，將M較小和區(qū)段月的梁廟截面崖減小炮，截田面的螞改變相有兩汪種方缸式：1、轟改變倍翼緣益板截私面指受怎強(qiáng)度以控制丑的焊接劈燕截面，可類以沿潛梁的朗長(zhǎng)度桌方向虎變化竭。主圾要用依在實(shí)腹辭式焊歲接吊涂車梁。bfbf’12.5（4)（a）（b）l~l/6~l/6M1M1M（1悟）單缺層翼栗緣板答，一短般改錦變bf，而t不變慌，做客法如朗圖：（2麻）多毒層翼召緣板驚，可仗采用聲切斷掛外層稅翼緣扣板的標(biāo)方法必，斷王點(diǎn)求計(jì)算圖確定作，做危法如盛圖：為了陶保證珍，斷客點(diǎn)處撤能正斑常工營(yíng)作，態(tài)實(shí)際曉斷點(diǎn)景外伸率長(zhǎng)度l1應(yīng)滿爬足：lM1M1l1l11）之端部有正外面角仁焊縫時(shí)：當(dāng)hf≥0耕.7窩5t1時(shí)：l1≥b1當(dāng)hf<喂0.憶75t1時(shí)：l1≥1蝦.5b12）鏈端部無(wú)正辮面角再焊縫時(shí)：l1≥2b1b1、t1——外層猶翼緣口板的遙寬度登和厚忠度；hf——在焊腳有尺寸悠。lM1M1l1l12、臂改變桌梁高嶄具體吧做法廣如圖娛：h≥h/2h≥h/2抵緊焊接l/6~l/5端部腳腹板倉(cāng)高度聽?wèi)?yīng)滿起足抗剪縣強(qiáng)度的要披求；梁端部厚高度不小曲于梁糟高的綠一半譽(yù)；轉(zhuǎn)折牲點(diǎn)的距校離為雕（1依/5全~1倉(cāng)/6嗽）梁襪的跨脆度；轉(zhuǎn)折腳點(diǎn)處謎腹板暗設(shè)橫向特加勁以肋。梁的誘扭轉(zhuǎn)自由洲扭轉(zhuǎn)：截瞧面之圈間無(wú)浴約束眨，可耕以自吳由翹殃曲，秘縱向愛纖維磁無(wú)軸袖向應(yīng)尸變，殊截面只有賤剪應(yīng)差力。其計(jì)藏算公食式為受3-即11伯、3岡-1域2；從式稿3-洲11務(wù)中可孫知，It愈大挺，則斷抗扭伸剛度G隸It也愈淡大，發(fā)抗扭瓣性能蒼就愈獨(dú)好。將截厭面面磚積相敘同的雄工字弦型截匯面和掠箱形卵截面祖進(jìn)行聞比較襲。約束喂扭轉(zhuǎn)：桿捏件端地部的脾支承報(bào)使截澡面之嘆間互敲相約端束，遣其截傾面的絮翹曲富變形崖受到富約束擾，縱繁向纖腦維有積軸向汽拉伸影或壓該縮，置截面曬除有剪應(yīng)悅力外，袍還有正應(yīng)歌力。引起景截面驅(qū)剪應(yīng)旨力的懼扭矩禮有兩宮部分擦組成恭：自由器扭轉(zhuǎn)李力矩和約束脖扭轉(zhuǎn)筆力矩。其計(jì)命算公鏡式為禽3-軋27血。約束懷扭轉(zhuǎn)堅(jiān)正應(yīng)移力的峽計(jì)算農(nóng)公式紅見第渾61耽頁(yè)。3.挽5餃梁的減內(nèi)力詳重分刷布和逮塑性嫌設(shè)計(jì)內(nèi)力臣重分每布：級(jí)對(duì)超靜笑定結(jié)職構(gòu)，截渠面出輔現(xiàn)塑性酸鉸后，拋隨著椅荷載啄的增假加，篇結(jié)構(gòu)抵內(nèi)力梯重新順分布籍，使子其他羊截面番出現(xiàn)乒塑性遣鉸，艙直至框形成晴機(jī)動(dòng)桿結(jié)構(gòu)脊。塑性旺設(shè)計(jì)初：就讓是利考用內(nèi)模力重段分布冰，使裙截面撒達(dá)到炕材料懷的屈德服強(qiáng)洲度，鑰充分河發(fā)揮女材料建的潛誘能。鋼材烈性能聾要滿腐足以黨下要屈求：1）δ5≥15孕%；2）εu≥20εy；3)fu/fy≥1.勿2塑性倦設(shè)計(jì)自適用東范圍段：不味直接司承受而動(dòng)荷丹載的裙超靜欠定梁鏈；由實(shí)爆腹構(gòu)釣件組叮成的喪單層漫和兩艇層框漏架。3.描6獵拉彎教、壓玩彎構(gòu)跑件的卡應(yīng)用子和強(qiáng)踐度計(jì)繁算一、條應(yīng)用一般趣工業(yè)比廠房拴和多織層房叮屋的共框架充柱均貧為拉彎濤和壓衡彎構(gòu)傭件。NMNe二、漆截面付形式實(shí)腹段式拉彎床構(gòu)件歲的截面桃出現(xiàn)購(gòu)塑性晨鉸是承庸載能緊力的珠極限確狀態(tài)欄；對(duì)格構(gòu)譜式拉彎授桿繞錫虛軸樣受彎亡和冷彎球薄壁株型鋼截電面拉鉛彎桿查，把截面慘邊緣誓達(dá)到堆屈服紅強(qiáng)度視為沾構(gòu)件釋極限呼狀態(tài)右，以水上屬膝于強(qiáng)度少破壞蠅形式皂；對(duì)軸挽心拉橡力很釘小而書彎矩到很大系的拉跨彎桿呈也可鮮能存絨在和以梁類敘似的彎扭坡失穩(wěn)的破柳壞形動(dòng)式。拉彎歷構(gòu)件圣破壞賠形式壓彎猜構(gòu)件帆的破壞熱形式取決拒于桿五的受力慈條件，桿杜的長(zhǎng)度，支承河條件、截面紫的形腹式和尺寸等。革對(duì)粗秤短桿恐和截背面有枝嚴(yán)重聲削弱景的桿六可能島產(chǎn)生強(qiáng)度誦破壞，此寸外大挑多數(shù)筑壓彎撐構(gòu)件陰總是整體虧失穩(wěn)援破壞。組徹成壓擾彎構(gòu)此件的友板件罰，還上有板判件屈詳曲將亂促使寬構(gòu)件版提前蹈失穩(wěn)鐵的局部封失穩(wěn)睛破壞。三、湖計(jì)算呈內(nèi)容拉彎荷構(gòu)件：承載策能力穩(wěn)極限配狀態(tài)樸：強(qiáng)度正常雀使用快極限堪狀態(tài)陳：剛度強(qiáng)度穩(wěn)定實(shí)腹式

格構(gòu)式

彎矩作用在實(shí)軸上彎矩作用在虛軸上(分肢穩(wěn)定)整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定平面內(nèi)穩(wěn)定

平面外穩(wěn)定

承載藏能力圣極限暢狀態(tài)正常慣使用逆極限毀狀態(tài)剛度壓彎首構(gòu)件侄：3.科6.繁2拉彎郊和壓梯彎構(gòu)采件的鏡強(qiáng)度一、街截面貝應(yīng)力沸的發(fā)碧展以工疏字形核截面浮壓彎倚構(gòu)件崗為例：hhwAfAfAwFy(A)(A對(duì))彈腿性工互作階灣段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D吼)塑哪性工季作階切段—塑性酷鉸(塌強(qiáng)度些極限書)(B厲)最質(zhì)大壓錄應(yīng)力撇一側(cè)非截面獅部分賴屈服(C登)截寫面兩煩側(cè)均煙有部步分屈棒服ηhηhh-2ηh（A殲）整推個(gè)截練