鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.1.2 穩(wěn)定分類穩(wěn)定分類4.1 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定穩(wěn)定分岔失穩(wěn)：屈曲后仍可承載穩(wěn)定分岔失穩(wěn)：屈曲后仍可承載 （軸心受力構(gòu)件）（軸心受力構(gòu)件）不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)：屈曲后不可繼續(xù)承載（壓彎構(gòu)件）不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)：屈曲后不可繼續(xù)承載（壓彎構(gòu)件）躍越屈曲：薄壁殼體容易發(fā)生躍越屈曲：薄壁殼體容易發(fā)生第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第1頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure

2、無(wú)缺陷的軸心受壓構(gòu)件（雙軸對(duì)稱的工型截面）通常發(fā)生無(wú)缺陷的軸心受壓構(gòu)件（雙軸對(duì)稱的工型截面）通常發(fā)生彎曲失穩(wěn)彎曲失穩(wěn)，構(gòu)件的變形發(fā)生了性質(zhì)上的變化，即構(gòu)件由直線形式改變?yōu)閺澢问綐?gòu)件的變形發(fā)生了性質(zhì)上的變化，即構(gòu)件由直線形式改變?yōu)閺澢问?，且這種變化帶有突然性。，且這種變化帶有突然性。對(duì)某些抗扭剛度較差的軸心受壓構(gòu)件（十字形截面），當(dāng)軸心壓力對(duì)某些抗扭剛度較差的軸心受壓構(gòu)件（十字形截面），當(dāng)軸心壓力達(dá)到臨界值時(shí)，穩(wěn)定平衡狀態(tài)不再保持而發(fā)生微扭轉(zhuǎn)。當(dāng)軸心力在稍達(dá)到臨界值時(shí)，穩(wěn)定平衡狀態(tài)不再保持而發(fā)生微扭轉(zhuǎn)。當(dāng)軸心力在稍微增加，則扭轉(zhuǎn)變形迅速增大而使構(gòu)件喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為微增加，則扭轉(zhuǎn)變形

3、迅速增大而使構(gòu)件喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。截面為單軸對(duì)稱（截面為單軸對(duì)稱（T T形截面）的軸心受壓構(gòu)件繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)，由于形截面）的軸心受壓構(gòu)件繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)，由于截面形心和剪切中心不重合，在發(fā)生彎曲變形的同時(shí)必然伴隨有扭轉(zhuǎn)截面形心和剪切中心不重合，在發(fā)生彎曲變形的同時(shí)必然伴隨有扭轉(zhuǎn)變形，這種現(xiàn)象稱為變形，這種現(xiàn)象稱為彎扭失穩(wěn)彎扭失穩(wěn)。軸心受壓構(gòu)件的三種整體失穩(wěn)狀態(tài)軸心受壓構(gòu)件的三種整體失穩(wěn)狀態(tài)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第2頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.1.2 無(wú)缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈無(wú)

4、缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲曲理想軸心受壓構(gòu)件理想軸心受壓構(gòu)件（1 1）桿件為等截面理想直桿；）桿件為等截面理想直桿；（2 2）壓力作用線與桿件形心軸重合；）壓力作用線與桿件形心軸重合；（3 3）材料為勻質(zhì)，各項(xiàng)同性且無(wú)限彈性，符合虎克定律；）材料為勻質(zhì)，各項(xiàng)同性且無(wú)限彈性，符合虎克定律；（4 4）構(gòu)件無(wú)初應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)鉸支。）構(gòu)件無(wú)初應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)鉸支。1、彈性彎曲屈曲、彈性彎曲屈曲歐拉（歐拉（EulerEuler）早在）早在17441744年通過(guò)對(duì)理想軸心壓桿的整體穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)年通過(guò)對(duì)理想軸心壓桿的整體穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行的研究，當(dāng)軸心力達(dá)到臨界值時(shí)，壓桿處于屈曲的微彎狀態(tài)。行的研究，當(dāng)軸心力達(dá)到臨界值時(shí)，壓桿處

5、于屈曲的微彎狀態(tài)。在彈性微彎狀態(tài)下，根據(jù)外力矩平衡條件，可建立平衡微分方程在彈性微彎狀態(tài)下，根據(jù)外力矩平衡條件，可建立平衡微分方程，求解后得到了著名的，求解后得到了著名的歐拉臨界力歐拉臨界力和和歐拉臨界應(yīng)力歐拉臨界應(yīng)力。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第3頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureNBzCyy屈 曲 彎 曲狀 態(tài)ANz0/22 NydzyEIdkzBkzAycossinEINk/2222222/)/(/EAilEAlEINcr22EANcrcr方程通解：方程通解：臨界力：臨界力：歐拉公式：歐拉公式：02 yk

6、y第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第4頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure222cr2220EIEIEANll22EEEANNcr 歐拉臨界力，常計(jì)作歐拉臨界力，常計(jì)作NE E 歐拉臨界應(yīng)力，歐拉臨界應(yīng)力，E 材料的彈性模量材料的彈性模量A 壓桿的截面面積壓桿的截面面積 桿件長(zhǎng)細(xì)比（桿件長(zhǎng)細(xì)比（ = l0/i）i 回轉(zhuǎn)半徑（回轉(zhuǎn)半徑（ i2=I/A）-構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)l-構(gòu)件的幾何長(zhǎng)度構(gòu)件的幾何長(zhǎng)度1 1、理想軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲臨界力隨抗彎剛度的增加和構(gòu)件長(zhǎng)度、理想軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲臨界力隨抗彎

7、剛度的增加和構(gòu)件長(zhǎng)度的減小而增大；的減小而增大； 2 2、當(dāng)構(gòu)件兩端為其它支承情況時(shí)，通過(guò)桿件計(jì)算長(zhǎng)度的方法考慮。、當(dāng)構(gòu)件兩端為其它支承情況時(shí)，通過(guò)桿件計(jì)算長(zhǎng)度的方法考慮。 第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第5頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是非彈性的，有一定的撓度，有一定的荷載偏心。實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是非彈性的，有一定的撓度，有一定的荷載偏心。 因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載能力的確定，應(yīng)該考慮幾何缺陷和力學(xué)缺陷對(duì)整因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載能力的確定，應(yīng)該考慮幾何缺陷和力學(xué)缺陷對(duì)整體結(jié)構(gòu)做彈塑性二階分析。體結(jié)構(gòu)做彈塑性二階分析

8、。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定力學(xué)缺陷：初始應(yīng)力（殘余應(yīng)力），力學(xué)參數(shù)（彈性模量）力學(xué)缺陷：初始應(yīng)力（殘余應(yīng)力），力學(xué)參數(shù)（彈性模量）幾何缺陷：初撓度，初偏心幾何缺陷：初撓度，初偏心第6頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.1.3 力學(xué)缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響力學(xué)缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響1.1.殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和分布規(guī)律殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和分布規(guī)律A、產(chǎn)生的原因 焊接時(shí)的不均勻加熱和冷卻； 型鋼熱軋后的不均勻冷卻； 板邊緣經(jīng)火焰切割后的熱塑性收縮； 構(gòu)件冷校正后產(chǎn)生的塑性變形。B、測(cè)量采用鋸割法。第四章

9、第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定C、殘余應(yīng)力對(duì)軸心受力構(gòu)件的影響強(qiáng)度：無(wú)影響剛度：降低穩(wěn)定承載力：降低第7頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure222cr2220EIEIEANll2crcr2NEA第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第8頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算ycrcrRyRfNfAfNfA即：軸心受壓構(gòu)件不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件為，軸心受壓構(gòu)件不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件為，截面應(yīng)力不大于臨界

10、應(yīng)力截面應(yīng)力不大于臨界應(yīng)力，并考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)并考慮抗力分項(xiàng)系數(shù) R R后，即為：后，即為：N軸心壓力設(shè)計(jì)值軸心壓力設(shè)計(jì)值A(chǔ)構(gòu)件毛截面面積構(gòu)件毛截面面積 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)，可根據(jù)表，可根據(jù)表4.4(a) 和表和表4.4(b)的截面分類和構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，按附錄的截面分類和構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，按附錄7附表附表7.17.4查出查出。材料抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度材料抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定4.1.5 實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力計(jì)算方法實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力計(jì)算方法第9頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Str

11、ucture(a)(b)圖圖4.2.12 軸心受壓軸心受壓構(gòu)件的局部失穩(wěn)構(gòu)件的局部失穩(wěn)在外壓力作用下，截面的某些部分（板在外壓力作用下，截面的某些部分（板件），不能繼續(xù)維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)件），不能繼續(xù)維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象，稱為生凸曲現(xiàn)象，稱為局部失穩(wěn)局部失穩(wěn)。局部失穩(wěn)。局部失穩(wěn)會(huì)降低構(gòu)件的承載力。會(huì)降低構(gòu)件的承載力。4.1.6 軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的局部穩(wěn)定第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用限我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用限制板件寬厚比的方法來(lái)實(shí)制板件寬厚比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)局部穩(wěn)定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。現(xiàn)局部穩(wěn)定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。第10頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原

12、理 Design Principles of Steel Structure兩種準(zhǔn)則兩種準(zhǔn)則：一是使構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到屈服前其板件不發(fā)生局部屈曲，即：一是使構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到屈服前其板件不發(fā)生局部屈曲，即局部屈曲臨界力不低于屈服應(yīng)力局部屈曲臨界力不低于屈服應(yīng)力；二是不允許構(gòu)件的局部失穩(wěn)先于；二是不允許構(gòu)件的局部失穩(wěn)先于整體失穩(wěn)發(fā)生。即整體失穩(wěn)發(fā)生。即局部失穩(wěn)的臨界應(yīng)力不低于整體失穩(wěn)臨界應(yīng)力局部失穩(wěn)的臨界應(yīng)力不低于整體失穩(wěn)臨界應(yīng)力的的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。也稱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。也稱等穩(wěn)定性準(zhǔn)則等穩(wěn)定性準(zhǔn)則。實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的板件應(yīng)滿足實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的板件應(yīng)滿足yfcr式式4.107轉(zhuǎn)變成對(duì)板件寬厚比的限值，則變?yōu)椋恨D(zhuǎn)變成

13、對(duì)板件寬厚比的限值，則變?yōu)椋?222y12(1)kEbtf -2 軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的計(jì)算方法軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的計(jì)算方法1.確定板件寬（高）確定板件寬（高） 厚比限值的準(zhǔn)則厚比限值的準(zhǔn)則第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第11頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure將各種狀況的將各種狀況的 k、 、 代入代入，得到軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的板件的得到軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的板件的寬厚比限值寬厚比限值2.軸心受壓構(gòu)件板件寬（高）厚比限值軸心受壓構(gòu)件板件寬（高）厚比限值(100.1 ) 235/ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 .

14、 025(0腹板腹板（1）工字形截面工字形截面第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第12頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure長(zhǎng)細(xì)比：長(zhǎng)細(xì)比：4 .501 .1196000 xxxil0 .485 .623000yyyil-2508-25012yyxx第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定(100.1 ) 235/ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 . 025(0腹板腹板41.123452354 .501 .0109 .1012282501-tb43.413452354 .505 . 02525.3182500wth第13頁(yè)/共

15、90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（2）T形截面形截面(100.1 ) 235/ybft翼緣翼緣0y(150.2 ) 235/whft熱軋熱軋T型鋼型鋼焊接焊接T型鋼型鋼0y(130.17 ) 235/whft腹板腹板ywfthtb/2354000或（3）箱形截面箱形截面30,30100100-式中：構(gòu)件兩方向長(zhǎng)細(xì)比較大值，當(dāng)時(shí) 取；當(dāng)時(shí)，取。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第14頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例例4.1 某焊接組合工字形截

16、面軸心受壓構(gòu)件的截面尺寸如圖某焊接組合工字形截面軸心受壓構(gòu)件的截面尺寸如圖所示，承受軸心壓力設(shè)計(jì)值（包括自重）所示，承受軸心壓力設(shè)計(jì)值（包括自重）N=2000kN，計(jì)算，計(jì)算長(zhǎng)度長(zhǎng)度l0 x=6m ，l0y=3m，翼緣鋼板為火焰切割邊，鋼材為，翼緣鋼板為火焰切割邊，鋼材為Q345，f=315N/mm2，截面無(wú)削弱，試計(jì)算該軸心受壓構(gòu)件的整，截面無(wú)削弱，試計(jì)算該軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性。體穩(wěn)定性。-2508-25012yyxx第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第15頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure33841250274

17、2422501.1345 10 mm12xI -2250 122250 88000mmA 慣性矩：慣性矩：3374112 2502250 83.126 10 mm12yI 回轉(zhuǎn)半徑：回轉(zhuǎn)半徑：81.1345 10119.1mm8000 xxIiA73.126 1062.5mm8000yyIiA1、截面及構(gòu)件幾何性質(zhì)計(jì)算、截面及構(gòu)件幾何性質(zhì)計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比：長(zhǎng)細(xì)比：4 .501 .1196000 xxxil0 .485 .623000yyyil-2508-25012yyxx截面面積截面面積第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第16頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles

18、of Steel Structure2、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算yx查表得：查表得：802. 0223/315/9 .3118000802. 0102000mmNfmmNAN滿足整體穩(wěn)定性要求。滿足整體穩(wěn)定性要求。其整體穩(wěn)定承載力為：其整體穩(wěn)定承載力為：kNNAfNc202020200003158000802. 01 .612353454 .50235yxf截面關(guān)于截面關(guān)于x軸和軸和y軸都屬于軸都屬于b類，類，第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第17頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足強(qiáng)度、

19、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。設(shè)計(jì)時(shí)為取得安全、經(jīng)濟(jì)的效果應(yīng)遵循以下原則。要求。設(shè)計(jì)時(shí)為取得安全、經(jīng)濟(jì)的效果應(yīng)遵循以下原則。 截面設(shè)計(jì)原則截面設(shè)計(jì)原則1.等穩(wěn)定性原則等穩(wěn)定性原則桿件在兩個(gè)主軸方向上的整體穩(wěn)定承載力盡量接近。因此盡可能桿件在兩個(gè)主軸方向上的整體穩(wěn)定承載力盡量接近。因此盡可能使兩個(gè)方向的穩(wěn)定系數(shù)或長(zhǎng)細(xì)比相等，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效果。使兩個(gè)方向的穩(wěn)定系數(shù)或長(zhǎng)細(xì)比相等，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效果。yxyx或2.寬肢薄壁寬肢薄壁在滿足板件寬厚比限值的條件下，使截面面積分布盡量遠(yuǎn)離形心在滿足板件寬厚比限值的條件下，使截面面積分布盡量遠(yuǎn)離形心軸，以增大

20、截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高桿件的整體穩(wěn)定承載力軸，以增大截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高桿件的整體穩(wěn)定承載力和剛度。和剛度。4.2 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第18頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4. 制造省工制造省工在現(xiàn)有型鋼不能滿足要求的情況下，充分利用工廠自動(dòng)焊接等現(xiàn)在現(xiàn)有型鋼不能滿足要求的情況下，充分利用工廠自動(dòng)焊接等現(xiàn)代化設(shè)備制作，盡量減少工地焊接，以節(jié)約成本保證質(zhì)量。代化設(shè)備制作，盡量減少工地焊接，以節(jié)約成本保證質(zhì)量。選用選用能夠供應(yīng)的鋼材規(guī)格。能

21、夠供應(yīng)的鋼材規(guī)格。3.連接方便連接方便一般選擇開敞式截面，便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接。一般選擇開敞式截面，便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接。軸心受壓實(shí)腹柱宜采用雙軸對(duì)稱截面。不對(duì)稱截面的軸心壓桿會(huì)軸心受壓實(shí)腹柱宜采用雙軸對(duì)稱截面。不對(duì)稱截面的軸心壓桿會(huì)發(fā)生彎扭失穩(wěn)，往往不很經(jīng)濟(jì)。軸心受壓實(shí)腹柱常用的截面形式發(fā)生彎扭失穩(wěn)，往往不很經(jīng)濟(jì)。軸心受壓實(shí)腹柱常用的截面形式有工字形、管形、箱形等。有工字形、管形、箱形等。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第19頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.3.1實(shí)腹式截面選擇實(shí)腹式截面選擇NAf設(shè)計(jì)截面

22、時(shí)，首先要根據(jù)使用要求和上述原則選擇截面形式設(shè)計(jì)截面時(shí)，首先要根據(jù)使用要求和上述原則選擇截面形式，確定鋼號(hào)，然后根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值，確定鋼號(hào)，然后根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值 N 和兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度和兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度（ l0 x和和l0y）初步選定截面尺寸。具體步驟如下：初步選定截面尺寸。具體步驟如下：（2）求截面兩個(gè)主軸方向所需的回轉(zhuǎn)半徑求截面兩個(gè)主軸方向所需的回轉(zhuǎn)半徑0yyli 0 xxli （1）確定所需的截面面積。確定所需的截面面積。假定長(zhǎng)細(xì)比假定長(zhǎng)細(xì)比 ，一般在，一般在50100范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)，范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)， 取較小值，反之取較大值。取較小值，反之取較大值

23、。如軸力很小如軸力很小 可取容許長(zhǎng)細(xì)比。根據(jù)可取容許長(zhǎng)細(xì)比。根據(jù) 及截面分類查得及截面分類查得 值，按下值，按下式計(jì)算所需的截面面積式計(jì)算所需的截面面積A。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第20頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure對(duì)于對(duì)于型鋼截面型鋼截面，根據(jù)，根據(jù)A、ix、iy查型鋼表，可選擇型鋼的型號(hào)。查型鋼表，可選擇型鋼的型號(hào)。對(duì)于對(duì)于焊接組合截面焊接組合截面，根據(jù)截面的回轉(zhuǎn)半徑，根據(jù)截面的回轉(zhuǎn)半徑（P339附表附表14）求截面輪廓求截面輪廓尺寸，即求高度尺寸，即求高度h和寬度和寬度b 。43. 0 xih24.

24、 0yib12;yxiihb如對(duì)組合工字形截面表得如對(duì)組合工字形截面表得（3 3）確定截面各板件尺寸）確定截面各板件尺寸 對(duì)于焊接組合截面，由對(duì)于焊接組合截面，由 A 和和 h、b ，根據(jù)構(gòu)造要求、局部，根據(jù)構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸。穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸。 h0和和b宜取宜取10mm的倍數(shù)，的倍數(shù)，t和和tw宜取宜取2mm的倍數(shù)且應(yīng)符合鋼板規(guī)的倍數(shù)且應(yīng)符合鋼板規(guī)格，格，tw應(yīng)比應(yīng)比t小，但一般不小于小，但一般不小于4mm。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第21頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of

25、Steel Structure截面驗(yàn)算截面驗(yàn)算（1）強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 N 軸心壓力設(shè)計(jì)值；軸心壓力設(shè)計(jì)值； An 壓桿的凈截面面積；壓桿的凈截面面積； f 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 nNfA（2 2）剛度驗(yàn)算）剛度驗(yàn)算 max0maxil壓桿長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大在桿件運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中易變形，壓桿長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大在桿件運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中易變形，故需加以限制。故需加以限制。 第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第22頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureN軸心壓力設(shè)計(jì)值，軸心壓力設(shè)計(jì)值， A構(gòu)件毛截面面積，構(gòu)件毛截面面

26、積，材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。按不同公式計(jì)算。與軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。按不同公式計(jì)算。與截面類型截面類型、構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比 、所用鋼種有關(guān)、所用鋼種有關(guān) 。 （3 3）整體穩(wěn)定驗(yàn)算）整體穩(wěn)定驗(yàn)算fAN（4 4）局部穩(wěn)定驗(yàn)算）局部穩(wěn)定驗(yàn)算對(duì)于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，對(duì)于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進(jìn)行局可不進(jìn)行局部穩(wěn)定的驗(yàn)算。部穩(wěn)定的驗(yàn)算。(100.1 )235 /ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 .025(0腹板腹板第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第23頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of

27、Steel Structure例例4.3 如圖所示一管道支架，其支柱的設(shè)計(jì)壓力為如圖所示一管道支架，其支柱的設(shè)計(jì)壓力為N1600kN（設(shè)計(jì)值），柱兩端鉸接，鋼材為（設(shè)計(jì)值），柱兩端鉸接，鋼材為Q235，截面無(wú)孔削弱，截面無(wú)孔削弱 ，試，試設(shè)計(jì)此支柱的截面：用普通軋制工字鋼，用熱軋?jiān)O(shè)計(jì)此支柱的截面：用普通軋制工字鋼，用熱軋H型鋼，型鋼，焊接工字形截面，翼緣板為火焰切割邊焊接工字形截面，翼緣板為火焰切割邊。xxxxyyyy解：支柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)解：支柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度不相等故取圖中所示的截面度不相等故取圖中所示的截面朝向，將強(qiáng)軸順朝向，將強(qiáng)軸順x軸方向，弱軸方向，弱軸順軸順y軸方向，這樣柱

28、軸在兩軸方向，這樣柱軸在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度分別為個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度分別為l0 x=600cml0y=300cm第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第24頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure1.初選截面初選截面假定假定 90，對(duì)于熱軋工字鋼，當(dāng)繞軸，對(duì)于熱軋工字鋼，當(dāng)繞軸x失穩(wěn)時(shí)屬于失穩(wěn)時(shí)屬于a類截面類截面當(dāng)當(dāng)繞軸繞軸y失穩(wěn)時(shí)屬于失穩(wěn)時(shí)屬于b類截面類截面。一、熱軋工字鋼一、熱軋工字鋼90235yf查附表查附表17.1得得714. 0 xy0.621查附表查附表17.2得得需要的截面幾何量為需要的截面幾何量為322min1600

29、10119.8cm0.62121510NAfcm67.6906000 xxlicm33.3903000yyli第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第25頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure由附表中不可能選出同時(shí)滿足由附表中不可能選出同時(shí)滿足A、ix、iy的型號(hào)，可適當(dāng)照顧的型號(hào)，可適當(dāng)照顧到到A、 iy進(jìn)行選擇，試選進(jìn)行選擇，試選I56a ，A135.38cm2、ix=22.01cm、iy=3.18cm.2、截面驗(yàn)、截面驗(yàn)算算因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度；又因軋制工字鋼的翼緣和因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度；又因軋制工字鋼的

30、翼緣和腹板均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算。腹板均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算。 15026.2701.22600 x0 xxil 15034.9418.3300y0yyil滿足要求滿足要求第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第26頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2223mm/N215mm/N84.1991038.1355914.0101600fANyyyy94.344.20.5916235f由，查附表得xy故整體穩(wěn)定性滿足要求。故整體穩(wěn)定性滿足要求。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件

31、穩(wěn)定附表17-2第27頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure由于熱軋由于熱軋H 型鋼可以選用寬翼緣的形式，截面寬度較大，因型鋼可以選用寬翼緣的形式，截面寬度較大，因而長(zhǎng)細(xì)比的假設(shè)值可適當(dāng)減小，假設(shè)而長(zhǎng)細(xì)比的假設(shè)值可適當(dāng)減小，假設(shè) =60，對(duì)寬翼緣，對(duì)寬翼緣H型鋼因型鋼因b/h0.8，所以不論對(duì)，所以不論對(duì)x軸或軸或y軸均屬類軸均屬類b截面。截面。1、初選截、初選截面面二、熱軋二、熱軋H型鋼型鋼60235yf807. 0查附表查附表17.2得得需要的截面幾何量為需要的截面幾何量為223cm2 .9210215807.01

32、01600fNAcm0 .10606000 xxlicm0 .5603000yyli第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第28頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure由附表由附表4.2中試選中試選HW250250914A92.18cm2、ix=10.8cm、iy=6.29cm2、截面驗(yàn)、截面驗(yàn)算算因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度；又因軋制鋼的翼緣和腹板因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度；又因軋制鋼的翼緣和腹板均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算。均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算。 1506 .558

33、.10600 x0 xxil 1507 .4729.6300y0yyil故剛度滿足要求故剛度滿足要求第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第29頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2223mm/N215mm/N12.2091018.9283. 0101600fANyxxx55.64.20.83235f由，查附表得6 .55x類，故取長(zhǎng)細(xì)比較大值值均屬軸軸和因?qū)yx故整體穩(wěn)定性滿足要求故整體穩(wěn)定性滿足要求第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定附表17-2第30頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principle

34、s of Steel Structure假設(shè)假設(shè) 60，組合截面一般，組合截面一般b/h0.8不論對(duì)不論對(duì)x軸或軸或y軸均屬軸均屬b類類截面截面。1、初選截、初選截面面三、焊接工字鋼三、焊接工字鋼60235yf807.0查附表查附表17.2得得需要的截面幾何量為需要的截面幾何量為3221600 1092.2cm0.807215 10NAfcm0 .10606000 xxlicm0 . 5603000yyli第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第31頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structurecm2343. 0100.43xihcm

35、2124. 0524. 0yib查附表對(duì)工字形截面查附表對(duì)工字形截面根據(jù)根據(jù)h=23cm，b=21cm，和計(jì)算的，和計(jì)算的A=92.2cm2， 設(shè)計(jì)截面如下圖。設(shè)計(jì)截面如下圖。這一步，不同設(shè)計(jì)者的差別較大。估計(jì)的尺寸這一步，不同設(shè)計(jì)者的差別較大。估計(jì)的尺寸h、b只是一個(gè)參考，只是一個(gè)參考，給出一個(gè)量的概念。設(shè)計(jì)者可根據(jù)鋼材的規(guī)格與經(jīng)驗(yàn)確定截面尺寸給出一個(gè)量的概念。設(shè)計(jì)者可根據(jù)鋼材的規(guī)格與經(jīng)驗(yàn)確定截面尺寸。A=90cm2433cm36458 .025254 .12121yI433cm13250252 .248 .2725121-xI第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第32頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼

36、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structurecm36.6903645AIiyycm13.129013250AIixx因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。因截面無(wú)孔削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。故剛度滿足要求故剛度滿足要求（1）剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算）剛度和整體穩(wěn)定驗(yàn)算2、截面驗(yàn)、截面驗(yàn)算算 15046.4913.12600 xoxxil 15009.4737.6300yoyyil第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第33頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3222160010207/ mm215/ m

37、m0.8599010NNfNAyxxx49.464.20.859235f由，查附表得46.49x類，故取長(zhǎng)細(xì)比較大值值均屬軸軸和因?qū)yx故整體穩(wěn)定性滿足要求故整體穩(wěn)定性滿足要求59.1423523556.491 .0109 .814282501-tb（2）局部整體穩(wěn)定驗(yàn)算）局部整體穩(wěn)定驗(yàn)算75.4923523556.495 . 02525.3182500wth故局部穩(wěn)定性滿足要求故局部穩(wěn)定性滿足要求第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定附表17-2第34頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure由上述計(jì)算結(jié)果可知，采用熱軋普通工

38、字鋼截面比熱軋由上述計(jì)算結(jié)果可知，采用熱軋普通工字鋼截面比熱軋H型型鋼截面面積約大鋼截面面積約大46。盡管弱軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度僅為強(qiáng)軸方向計(jì)。盡管弱軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度僅為強(qiáng)軸方向計(jì)算長(zhǎng)度的算長(zhǎng)度的1/2，但普通工字鋼繞弱軸的回轉(zhuǎn)半徑太小，因而支柱的，但普通工字鋼繞弱軸的回轉(zhuǎn)半徑太小，因而支柱的承載能力是由繞弱軸所控制的，對(duì)強(qiáng)軸則有較大富裕，經(jīng)濟(jì)性較承載能力是由繞弱軸所控制的，對(duì)強(qiáng)軸則有較大富裕，經(jīng)濟(jì)性較差。對(duì)于熱軋差。對(duì)于熱軋H型鋼，由于其兩個(gè)方向的長(zhǎng)細(xì)比比較接近，用料型鋼，由于其兩個(gè)方向的長(zhǎng)細(xì)比比較接近，用料較經(jīng)濟(jì)，在設(shè)計(jì)軸心實(shí)腹柱時(shí)，宜優(yōu)先選用較經(jīng)濟(jì)，在設(shè)計(jì)軸心實(shí)腹柱時(shí)，宜優(yōu)先選用H型鋼。焊接

39、工字鋼型鋼。焊接工字鋼用鋼量最少，但制作工藝復(fù)雜。用鋼量最少，但制作工藝復(fù)雜。比較上面三種截面面積比較上面三種截面面積熱軋工字型鋼：熱軋工字型鋼： A135.38cm2 熱軋熱軋H型鋼：型鋼：A=92cm2 組合工字鋼：組合工字鋼：A=90cm2第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第35頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure軸心受力構(gòu)件小結(jié)軸心受力構(gòu)件小結(jié)實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件格構(gòu)式構(gòu)件格構(gòu)式構(gòu)件實(shí)軸和虛軸實(shí)軸和虛軸綴條和綴板綴條和綴板軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件軸心受壓

40、構(gòu)件強(qiáng)度強(qiáng)度 （承載能力極限狀態(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)）軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)軸心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第36頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度NfA軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算1. 1. 截面無(wú)削弱截面無(wú)削弱2. 有孔洞等削弱有孔洞等削弱nNfA軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)最危險(xiǎn)凈截面的計(jì)算軸心受力

41、構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)最危險(xiǎn)凈截面的計(jì)算軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)）軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)）)(max0maxil第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第37頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定無(wú)缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲無(wú)缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲1、彈性彎曲屈曲、彈性彎曲屈曲222cr2220EIEIEANll22EEEAN2、彈塑性彎曲屈曲、彈塑性彎曲屈曲22ttcr220E IE ANl22tcrE第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第38頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

42、計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure力學(xué)缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響力學(xué)缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響1 1、殘余應(yīng)力影響下短柱的、殘余應(yīng)力影響下短柱的 曲線曲線殘余應(yīng)力對(duì)短柱應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響是：降低了構(gòu)件的比例極限；當(dāng)殘余應(yīng)力對(duì)短柱應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響是：降低了構(gòu)件的比例極限；當(dāng)外荷載引起的應(yīng)力超過(guò)比例極限后，殘余應(yīng)力使構(gòu)件的平均應(yīng)力應(yīng)變外荷載引起的應(yīng)力超過(guò)比例極限后，殘余應(yīng)力使構(gòu)件的平均應(yīng)力應(yīng)變曲線變成非線性關(guān)系，同時(shí)減小了截面的有效面積和有效慣性矩，從而曲線變成非線性關(guān)系，同時(shí)減小了截面的有效面積和有效慣性矩，從而降低了構(gòu)件

43、的穩(wěn)定承載力。降低了構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。=N/A=N/A0f fy yf fp prcrcf fy y- -rcrcABC第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第39頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2 2、殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件穩(wěn)定承載力的影響、殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件穩(wěn)定承載力的影響IIEIIlEIlEINecreecr 222222 fy0cryf歐拉臨界曲線歐拉臨界曲線crxcrxcrycryE E僅考慮殘余應(yīng)力僅考慮殘余應(yīng)力的柱子曲線的柱子曲線 p第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第40頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Desi

44、gn Principles of Steel Structure構(gòu)件幾何缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲影響構(gòu)件幾何缺陷對(duì)軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲影響1 1、構(gòu)件初彎曲（初撓度）的影響、構(gòu)件初彎曲（初撓度）的影響0.50v0 0=3mm=3mm1.0Ym/v0 0=1mm=1mmv0 0=0=0ENNABBA有初彎曲的軸心受壓構(gòu)件的荷載撓度曲線如圖，具有以下特點(diǎn)有初彎曲的軸心受壓構(gòu)件的荷載撓度曲線如圖，具有以下特點(diǎn)： y和和Y與與 0 0成正比，隨成正比，隨N N的增大而加速增大；的增大而加速增大； 初彎曲的存在初彎曲的存在使壓桿承載力低于歐拉臨界力使壓桿承載力低于歐拉臨界力NE；當(dāng)；當(dāng)y趨于無(wú)窮時(shí)，趨

45、于無(wú)窮時(shí)，N趨于趨于NE fyfy0歐拉臨界曲線歐拉臨界曲線對(duì)對(duì)x x軸軸僅考慮初彎曲的柱子曲線僅考慮初彎曲的柱子曲線對(duì)對(duì)y y軸軸x xx xy yy y01000l crcr第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第41頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定a、b、c、d四條柱子曲線四條柱子曲線第42頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算公式實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定

46、計(jì)算公式y(tǒng)crcrRyRfNfAfNfA即：軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定計(jì)算的構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定計(jì)算的構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比1、截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱構(gòu)件截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱構(gòu)件2 2、截面為單軸對(duì)稱構(gòu)件、截面為單軸對(duì)稱構(gòu)件3、單角鋼截面和雙角鋼組合單角鋼截面和雙角鋼組合T T形截面可采取簡(jiǎn)化計(jì)算形截面可采取簡(jiǎn)化計(jì)算4、單軸對(duì)稱的軸心受壓構(gòu)件在繞非對(duì)稱軸以外的任意軸失單軸對(duì)稱的軸心受壓構(gòu)件在繞非對(duì)稱軸以外的任意軸失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算其穩(wěn)定性。穩(wěn)時(shí)，應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算其穩(wěn)定性。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第43頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of St

47、eel Structure 軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓實(shí)腹構(gòu)件的局部穩(wěn)定1 均勻受壓板件的屈曲均勻受壓板件的屈曲22crcr212(1)NEtktb-22cr212(1)kEtb -板在彈性階段的臨界應(yīng)力表達(dá)式為：板在彈性階段的臨界應(yīng)力表達(dá)式為：考慮塑性發(fā)展的臨界應(yīng)力表達(dá)式：考慮塑性發(fā)展的臨界應(yīng)力表達(dá)式：第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第44頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2 軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的計(jì)算方法軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的計(jì)算方法實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的板件應(yīng)滿足實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的板件應(yīng)滿足yfcr我國(guó)

48、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用限制板件寬厚比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)局部穩(wěn)定的我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用限制板件寬厚比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)局部穩(wěn)定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。(100.1 ) 235/ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 . 025(0腹板腹板工字形截面工字形截面第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第45頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure1 截面設(shè)計(jì)原則截面設(shè)計(jì)原則等穩(wěn)定性原則等穩(wěn)定性原則寬肢薄壁寬肢薄壁實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)制造省工制造省工連接方便連接方便2. 截面選擇截面選擇NAf（2）求截面兩個(gè)主軸方向所需的

49、回轉(zhuǎn)半徑求截面兩個(gè)主軸方向所需的回轉(zhuǎn)半徑0yyli 0 xxli （1）確定所需的截面面積。確定所需的截面面積。假定長(zhǎng)細(xì)比假定長(zhǎng)細(xì)比 根據(jù)根據(jù) 及截面分類及截面分類查得查得 值，按下式計(jì)算所需的截面面積值，按下式計(jì)算所需的截面面積A。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第46頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure對(duì)于對(duì)于型鋼截面型鋼截面，根據(jù)，根據(jù)A、ix、iy查型鋼表，可選擇型鋼的型號(hào)（查型鋼表，可選擇型鋼的型號(hào)（附錄附錄8 8）。對(duì)于）。對(duì)于焊接組合截面焊接組合截面，根據(jù)截面的回轉(zhuǎn)半徑求截面輪廓尺寸，根據(jù)截面的回轉(zhuǎn)半徑求

50、截面輪廓尺寸，即求高度，即求高度h和寬度和寬度b 。12;yxiihb（3 3）確定截面各板件尺寸）確定截面各板件尺寸 對(duì)于焊接組合截面，由對(duì)于焊接組合截面，由 A 和和 h、b ，根據(jù)構(gòu)造要求、局部，根據(jù)構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸。穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸。 h0和和b宜取宜取10mm的倍數(shù)，的倍數(shù)，t和和tw宜取宜取2mm的倍數(shù)且應(yīng)符合鋼板規(guī)的倍數(shù)且應(yīng)符合鋼板規(guī)格，格，tw應(yīng)比應(yīng)比t小，但一般不小于小，但一般不小于4mm。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第47頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of S

51、teel Structure3 截面驗(yàn)算截面驗(yàn)算（1）強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 N 軸心壓力設(shè)計(jì)值；軸心壓力設(shè)計(jì)值； An 壓桿的凈截面面積；壓桿的凈截面面積； f 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 nNfA（2 2）剛度驗(yàn)算）剛度驗(yàn)算 max0maxil第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第48頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureN軸心壓力設(shè)計(jì)值，軸心壓力設(shè)計(jì)值， A構(gòu)件毛截面面積，構(gòu)件毛截面面積，材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。按不同公式計(jì)算。與軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。按不同公式計(jì)算。與截面類型截

52、面類型、構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比 、所用鋼種有關(guān)、所用鋼種有關(guān) 。 （3 3）整體穩(wěn)定驗(yàn)算）整體穩(wěn)定驗(yàn)算fAN（4 4）局部穩(wěn)定驗(yàn)算）局部穩(wěn)定驗(yàn)算對(duì)于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進(jìn)行局部穩(wěn)對(duì)于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進(jìn)行局部穩(wěn)定的驗(yàn)算。定的驗(yàn)算。(100.1 )235 /ybft翼緣翼緣ywfth/235)5 .025(0腹板腹板第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第49頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.4 4.4 梁的整體穩(wěn)定梁的整體穩(wěn)定4.4.1 梁整體穩(wěn)定的概念梁整體穩(wěn)定的概念 梁受橫向荷載

53、梁受橫向荷載P作用，當(dāng)作用，當(dāng)P增加到某一數(shù)值時(shí)，梁將增加到某一數(shù)值時(shí)，梁將在截面承載力尚未充分發(fā)揮之前在截面承載力尚未充分發(fā)揮之前突然偏離原來(lái)的彎曲變突然偏離原來(lái)的彎曲變形平面，發(fā)生側(cè)向撓曲和扭轉(zhuǎn)形平面，發(fā)生側(cè)向撓曲和扭轉(zhuǎn)，使梁?jiǎn)适Ю^續(xù)承載的能，使梁?jiǎn)适Ю^續(xù)承載的能力，這種現(xiàn)象稱為梁的力，這種現(xiàn)象稱為梁的整體失穩(wěn)整體失穩(wěn)，也稱，也稱彎扭失穩(wěn)彎扭失穩(wěn)或或側(cè)向側(cè)向失穩(wěn)失穩(wěn)。圖圖4.4.1 工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第50頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureXX

54、YY11XXYY 圖圖4.4.1 工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔(dān)的最大荷載或最梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔(dān)的最大荷載或最大彎矩，稱為大彎矩，稱為臨界荷載臨界荷載或或臨界彎矩臨界彎矩。第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定加大梁的受壓翼緣或加大梁的受壓翼緣或在梁的受壓翼緣加支在梁的受壓翼緣加支撐可提高梁的整體穩(wěn)撐可提高梁的整體穩(wěn)定性。定性。梁可以看做是受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件的組合體。梁可以看做是受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件的組合體。受壓翼緣其弱軸為受壓翼緣其弱軸為1 -11 -1軸，但由于有腹板作連軸，但由于有腹板作連續(xù)支承，（下翼緣和腹板下部均受拉，可以提續(xù)支承，（

55、下翼緣和腹板下部均受拉，可以提供穩(wěn)定的支承），壓力達(dá)到一定值時(shí)，只有供穩(wěn)定的支承），壓力達(dá)到一定值時(shí)，只有繞繞y y軸屈曲軸屈曲，側(cè)向屈曲后，彎矩平面不再和截面，側(cè)向屈曲后，彎矩平面不再和截面的剪切中心重合，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。的剪切中心重合，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。第51頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure為保證梁不發(fā)生整體失穩(wěn)，梁的最大壓應(yīng)力不應(yīng)大于臨界彎矩為保證梁不發(fā)生整體失穩(wěn)，梁的最大壓應(yīng)力不應(yīng)大于臨界彎矩Mcr產(chǎn)生的的臨界壓應(yīng)力產(chǎn)生的的臨界壓應(yīng)力 cr，并考慮分項(xiàng)系數(shù)，并考慮分項(xiàng)系數(shù) 。4.4.2 梁整體穩(wěn)定實(shí)用算法梁整體

56、穩(wěn)定實(shí)用算法1.1.單向受彎梁?jiǎn)蜗蚴軓澚?（4.58）ycrcrbRyyxxfMfWfbxxMfW 梁上翼緣的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力；梁上翼緣的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力；Mx對(duì)強(qiáng)軸彎曲的最大彎矩；對(duì)強(qiáng)軸彎曲的最大彎矩； Wx按受壓翼緣確定的毛截面模量；按受壓翼緣確定的毛截面模量； R抗力分項(xiàng)系數(shù)；抗力分項(xiàng)系數(shù)； f鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（=fy/ R）；）； b 梁的整體穩(wěn)定系數(shù)梁的整體穩(wěn)定系數(shù)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第52頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure4.4.3 雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁純彎作用下的整體穩(wěn)

57、定雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁純彎作用下的整體穩(wěn)定1 1臨界彎矩臨界彎矩（1 1）基本假定）基本假定 1 1）彎矩作用在最大剛度平面，屈曲時(shí)鋼梁處于彈性階段；）彎矩作用在最大剛度平面，屈曲時(shí)鋼梁處于彈性階段； 2 2）梁端為夾支座（不能發(fā)生）梁端為夾支座（不能發(fā)生x,yx,y方向的位移，也不能發(fā)生繞方向的位移，也不能發(fā)生繞z z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)（有側(cè)向支撐，可發(fā)生繞方向的轉(zhuǎn)動(dòng)（有側(cè)向支撐，可發(fā)生繞x,yx,y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；梁端截軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；梁端截面不受約束，可自由翹曲。面不受約束，可自由翹曲。 3 3）梁變形后，力偶矩與原來(lái)的方向平行）梁變形后，力偶矩與原來(lái)的方向平行( (梁的變形屬小變形梁的變形屬小變形

58、范圍范圍) )。圖圖4.4.1 工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)工字形截面簡(jiǎn)支梁整體彎扭失穩(wěn)第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第53頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure22ytcr22y1EIIGI lMlIEI(4.50)雙軸對(duì)稱工字形截面，在純彎曲作用下，梁整體失穩(wěn)的臨雙軸對(duì)稱工字形截面，在純彎曲作用下，梁整體失穩(wěn)的臨界彎矩界彎矩Mcr:第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定 將將It， Iw w，E,G 用具體的數(shù)值代入可得。用具體的數(shù)值代入可得。 251210.17 1014.4ycrytMAhh第54頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

59、原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力 :第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定251210.17 1014.4ycrcrxyxtMAhWWhcr將將 為為215N/mm2代入得梁整體穩(wěn)定系數(shù)代入得梁整體穩(wěn)定系數(shù)yf212432014.4ycrbyyxtAhfWh第55頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2y 1b2yy432023514.4xtAhWhf y=l1/iy梁在側(cè)向支點(diǎn)間，截面繞梁在側(cè)向支點(diǎn)間，截面繞y-y軸的長(zhǎng)細(xì)比；軸的長(zhǎng)細(xì)比； l1受壓翼

60、緣側(cè)向支承點(diǎn)間距離（梁的支座處視受壓翼緣側(cè)向支承點(diǎn)間距離（梁的支座處視為有側(cè)向支承）；為有側(cè)向支承）； iy梁毛截面對(duì)梁毛截面對(duì)y軸的截面回轉(zhuǎn)半徑；軸的截面回轉(zhuǎn)半徑； A梁的毛截面面積；梁的毛截面面積； h、t1梁截面全高、受壓翼緣厚度；梁截面全高、受壓翼緣厚度；第四章第四章 構(gòu)件穩(wěn)定構(gòu)件穩(wěn)定第56頁(yè)/共90頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure整體穩(wěn)定系數(shù)整體穩(wěn)定系數(shù) b通用計(jì)算公式通用計(jì)算公式： b等效臨界彎矩系數(shù)等效臨界彎矩系數(shù)； 它主要考慮各種荷載種類和位置所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)與純彎條件下穩(wěn)它主要考慮各種荷載種類和位置所對(duì)應(yīng)