《軸心受力構(gòu)件知識》PPT課件

軸心受力構(gòu)件 軸心受力構(gòu)件截面形式 a 型鋼截面 b 實(shí)腹式組合截面 c 格構(gòu)式組合截面 軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度 對截面無削弱的構(gòu)件 其承載力的極限狀態(tài)應(yīng)控制其毛截面的平均應(yīng)力不超過材料屈服強(qiáng)度 即 對截面有局部削弱的構(gòu)件 應(yīng)控制構(gòu)件凈截面上的平均應(yīng)力不超過材料抗拉強(qiáng)度 根據(jù) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 50017 2003 規(guī)定 抗力分項(xiàng)系數(shù) 為簡化計算 方便使用 按偏安全的原則 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 50017 2003 統(tǒng)一取屈強(qiáng)比為0 8 因此對軸心受力構(gòu)件 強(qiáng)度計算式統(tǒng)一為 軸心受力構(gòu)件剛度 正常使用極限狀態(tài)要求軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件應(yīng)具有一定的剛度 以保證構(gòu)件在運(yùn)輸和安裝過程中 不會產(chǎn)生過大的撓曲變形或在動荷載作用下產(chǎn)生晃動 為此 通過限制構(gòu)件的長細(xì)比來保證其具有足夠的剛度 限制條件是 軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度 軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度承載力設(shè)計值 軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計應(yīng)滿足 實(shí)際軸心壓桿的整體穩(wěn)定 實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力不再是長細(xì)比的唯一函數(shù) 由于初始缺陷的存在 使得桿件受力時就發(fā)生極值型失穩(wěn) 歐拉公式是研究受壓桿件穩(wěn)定性的基本公式 但由于受焊接應(yīng)力 初彎曲 初偏心等各種缺陷的影響 歐拉公式不能直接用于受壓桿件的穩(wěn)定計算 還必須考慮各種缺陷對桿件穩(wěn)定承載力的影響 分析時可用初彎曲來模擬初偏心的影響 即用一種缺陷代替兩種缺陷的影響 對普通鋼結(jié)構(gòu) 通常只考慮影響最大的焊接應(yīng)力和初彎曲兩種缺陷 盡管可作上述簡化 實(shí)際受壓桿件的穩(wěn)定分析仍很復(fù)雜 目前 世界各國均采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法得到的多柱子曲線來進(jìn)行受壓桿件的穩(wěn)定計算 軸心壓桿穩(wěn)定承載力計算分析 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性計算公式 根據(jù)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力應(yīng)不小于其軸心壓應(yīng)力的原則 再考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)即 此即 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 規(guī)定軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計算式 式中 軸心壓力設(shè)計值 構(gòu)件毛截面積 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 稱為軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù) 美國柱子研究委員會 CRC 根據(jù)里海 lehigh 大學(xué)對112根壓桿的計算和試驗(yàn)研究結(jié)果 提出了三條柱子曲線 這三條柱子曲線分別代表了30 70 和12條壓桿的承載力曲線 歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會 ECCS 對1000多根壓桿進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計分析 提出五條柱子曲線 我國對常用構(gòu)件的截面形式 按照不同尺寸 不同加工條件及相應(yīng)焊接應(yīng)力分布情況進(jìn)行分類研究 并根據(jù)安全 經(jīng)濟(jì) 實(shí)用三原則和數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果 取每類柱子曲線的平均值繪制成四條柱子曲線 分別代表了四類桿件截面類型 軸心壓桿的多柱子曲線 軸心受壓柱子曲線 截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件 彎曲屈曲 對于單軸對稱截面 由于截面形心與剪切中心不重合 繞對稱軸失穩(wěn)時還伴隨扭轉(zhuǎn) 在相同條件下 彎扭失穩(wěn)臨界力比彎曲失穩(wěn)臨界力低 此時 用換算長細(xì)比代替 實(shí)際應(yīng)用中多采用簡化計算公式 截面為單軸對稱的構(gòu)件 彎扭屈曲 格構(gòu)式構(gòu)件一般由兩個或多個分肢用綴件聯(lián)系組成 采用較多的是兩分肢格構(gòu)式構(gòu)件 格構(gòu)式構(gòu)件截面中 通過分肢腹板的主軸叫實(shí)軸 通過分肢綴件的主軸叫虛軸 綴件通常設(shè)置在分肢的翼緣兩側(cè)平面內(nèi) 其作用是將各分肢連成整體 使其共同受力 并承受繞虛軸彎曲時產(chǎn)生的剪力 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的組成 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件 格構(gòu)式雙肢柱有兩個并列的實(shí)腹式桿件 故對其繞實(shí)軸失穩(wěn)的整體穩(wěn)定承載力計算與實(shí)腹式相同 直接用對實(shí)軸的長細(xì)比查穩(wěn)定性系數(shù) 按軸心受壓整體穩(wěn)定計算公式計算即可 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定 格構(gòu)式壓桿繞虛軸失穩(wěn)時 其整體穩(wěn)定性與實(shí)腹式不完全相同 需要在考慮剪力作用下柱肢和綴板變形的影響 對于格構(gòu)式軸心受壓柱 當(dāng)繞虛軸彎曲失穩(wěn)時 構(gòu)件彎曲所產(chǎn)生的橫向剪力作用在綴件上 由于綴件較細(xì) 綴件自身變形對構(gòu)件彎曲變形的影響不能忽略 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定 考慮了剪切變形的歐拉臨界力計算公式為 換算長細(xì)比 單位剪力作用下的剪切角度 在剪力V 1作用下 斜綴條的伸長量 d為 軸心受壓構(gòu)件整體失穩(wěn)的極限承載能力Ncr不論是雙軸對稱實(shí)腹截面還是單軸對稱實(shí)腹截面或者格構(gòu)式截面 均可以按照下列公式統(tǒng)一計算 軸心受壓柱的整體穩(wěn)定計算 在工程設(shè)計中 則可以寫成 設(shè)計時 應(yīng)該保證軸心受壓軸力值N小于等于整體失穩(wěn)時的極限承載力設(shè)計值 軸心受壓構(gòu)件的長細(xì)比 1 雙軸對稱截面 2 單軸對稱截面 換算長細(xì)比公式5 40 3 格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸彎曲失穩(wěn) 換算長細(xì)比 按照表5 5計算 算例 1 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件是靠腹板和翼緣來承受軸向壓力的 當(dāng)腹板和翼緣較薄時 在軸向壓力作用下 腹板和翼緣都有可能達(dá)到臨界承載力而喪失穩(wěn)定 這種失穩(wěn)通常發(fā)生在構(gòu)件的局部 因此稱為局部失穩(wěn) 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定 腹板失穩(wěn) 翼緣失穩(wěn) 軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件中板件的分類 加勁板件非加勁板件部分加勁板件 單向均勻受壓矩形板的穩(wěn)定 四邊簡支矩形板 板的臨界壓力 板的屈曲系數(shù) x方向的半波數(shù)m隨著a b的增大而增加 尤其是當(dāng)a b 4時 板的屈曲系數(shù)k趨向于4 則板的臨界力公式為 三邊簡支 與壓力平行的一邊為自由的矩形板 較長板的屈曲系數(shù)k為 很長板的屈曲系數(shù)k為 正交異性板的臨界應(yīng)力為 三邊簡支 與壓力平行的一邊有卷邊的矩形板 屈曲系數(shù)k為 其它支承情況的矩形板屈曲系數(shù)k 與壓力平行的二邊為固定時 與壓力平行的一邊為固定 一邊為簡支時 與壓力平行的一邊為固定 一邊為自由時 自由外伸翼緣寬厚比的限值 1 實(shí)腹式軸壓構(gòu)件自由外伸翼緣寬厚比限值的驗(yàn)算式 腹板高厚比的限值 2 實(shí)腹式軸壓構(gòu)件腹板高厚比的限值的驗(yàn)算式 3 實(shí)腹式軸壓鋼管截面尺寸限值的驗(yàn)算式 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計 設(shè)計原則 1 等穩(wěn)定性原則 2 寬肢薄壁 3 制造省工 4 連接方便 截面設(shè)計 1 初選截面 1 假定長細(xì)比 2 根據(jù)所選壓桿截面類型查 計算所需截面面積 3 計算截面所需的回轉(zhuǎn)半徑和 2 確定型鋼型號或組合截面各板尺寸 若用型鋼 可根據(jù)所需的 值 直接在型鋼表中選擇對應(yīng)參數(shù)相近的 合適的型鋼 若用組合截面 應(yīng)根據(jù)各種截面回轉(zhuǎn)半徑與截面輪廓尺寸的近似關(guān)系計算所需的近似輪廓尺寸和 另外 初選截面尺寸時 還應(yīng)考慮到鋼材規(guī)格和局部穩(wěn)定的需要 制造 焊接工藝的需要 以及寬肢薄壁 連接方便等原則 3 驗(yàn)算 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 按照式5 3計算 2 剛度驗(yàn)算 一般應(yīng)按兩個主軸方向進(jìn)行 其中為初選截面對應(yīng)方向的回轉(zhuǎn)半徑 按照式5 94計算 4 局部穩(wěn)定驗(yàn)算 對于各種焊接組合截面 分別按表5 7進(jìn)行 而對于各種規(guī)格的型鋼 均已滿足局部穩(wěn)定條件 不需再進(jìn)行局部穩(wěn)定驗(yàn)算 3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 須同時考慮兩個主軸方向 但一般可取其中長細(xì)比較大值進(jìn)行 為毛截面面積 按照式5 47計算 4 有關(guān)構(gòu)造要求 當(dāng) 形或箱形截面柱的翼緣自由外伸寬厚比不滿足表5 7時 可采用增大翼緣板厚的方法 但對腹板 當(dāng)其高厚比不滿足 常沿腹板腰部兩側(cè)對稱設(shè)置沿軸向的加勁肋 稱為縱向加勁肋 加勁肋的厚度 不小于0 75 外伸寬度不小于 設(shè)置縱向加勁肋后 應(yīng)根據(jù)新的腹板高度重新驗(yàn)算腹板的高厚比 當(dāng)實(shí)腹式H型截面柱腹板高厚比大于或等于80時 在運(yùn)輸和安裝過程中可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形 為此 常在腹板兩側(cè)上下翼緣間 垂直于腹板對稱設(shè)置加勁肋 稱為橫向加勁肋 實(shí)腹式軸心受壓柱的縱向焊縫 腹板與翼緣之間的連接焊縫 主要起連接作用 受力很小 一般不作強(qiáng)度驗(yàn)算 可按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定 軸心受壓綴條格構(gòu)構(gòu)件的局部穩(wěn)定 受壓構(gòu)件單肢截面板件的局部穩(wěn)定受壓構(gòu)件單肢自身的穩(wěn)定綴條的穩(wěn)定 軸心受壓綴板格構(gòu)構(gòu)件的局部穩(wěn)定 受壓構(gòu)件單肢截面板件的局部穩(wěn)定受壓構(gòu)件單肢自身的穩(wěn)定綴板的穩(wěn)定 受壓綴條 綴板自身的穩(wěn)定 格構(gòu)式受壓構(gòu)件的分支可以看作單獨(dú)的實(shí)腹式軸心受壓桿件 因此應(yīng)保證它不先于構(gòu)件整體失去承載能力 計算時不能簡單地采用 這是因?yàn)橛捎诔鯊澢热毕莸挠绊?可能使構(gòu)件受力時呈彎曲狀態(tài) 從而產(chǎn)生附加彎矩和剪力 附加彎矩使兩個分肢產(chǎn)生彎矩 另外 分肢截面的分類還可能比整體低 這些都使分肢的穩(wěn)定承載能力降低 所以 設(shè)計規(guī)范 規(guī)定 綴條構(gòu)件 綴板構(gòu)件 且不應(yīng)大于40 綴條的穩(wěn)定性設(shè)計 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的橫向剪力為 綴條的布置一般采用單系綴條 為減小分肢的計算長度 單系綴條中也可以加橫綴條 當(dāng)肢件間距較大或荷載較大以及有動荷載作用時 常采用交叉綴條 在橫向剪力作用下 一個斜綴條的軸心壓力為 若不考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 按 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 50017 2003 規(guī)定 應(yīng)將鋼材強(qiáng)度設(shè)計值乘以折減系數(shù)后按軸心受壓驗(yàn)算強(qiáng)度和穩(wěn)定性 分配到一個綴條面上的剪力 承受剪力的斜綴條數(shù) 單系綴條時 交叉綴條時 綴條的水平傾角 綴板的穩(wěn)定性設(shè)計 綴板計算簡圖 剪力 彎矩 式中 肢件軸線間的距離 綴板中心間距 綴板應(yīng)有一定剛度要求 同一截面處兩側(cè)綴板線剛度之和不得小于一個分肢線剛度的6倍 一般取寬度 厚度且不小于6 構(gòu)件端部第一綴板應(yīng)適當(dāng)加寬 一般 首先應(yīng)根據(jù)使用要求 軸力大小 兩主軸方向計算長度等條件確定格構(gòu)形式和鋼材牌號 一般中小型柱常用綴板柱 大型柱宜用綴條柱 1 初選肢件 對實(shí)軸的計算 格構(gòu)式軸心受壓柱的設(shè)計 2 確定分肢間距 對虛軸的計算 由等穩(wěn)定性要求 設(shè) 為附錄6中相應(yīng)格構(gòu)截面的系數(shù) 由b即可確定兩肢間距 一般按10 進(jìn)級 且分肢間的凈距宜大于100 以便內(nèi)部刷漆 一般按預(yù)選綴材角鋼 可按且不大于40代入計算 以