鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)上輔導(dǎo)材料四

1、如有幫助，歡迎下載支持。鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)上輔導(dǎo)材料四軸心受力構(gòu)件設(shè)計軸心受拉構(gòu)件時需進行強度和剛度的驗算，設(shè)計軸心受壓構(gòu)件時需進行強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度的驗算。一、軸心受力構(gòu)件的強度和剛度1軸心受力構(gòu)件的強度計算軸心受力構(gòu)件的強度是以截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服點為承載力極限狀態(tài)N(1)fAn式中N構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計值；An 構(gòu)件的凈截面面積；f 鋼材的抗拉強度設(shè)計值。采用高強度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，驗算最外列螺栓處危險截面的強度時，按下式計算：N '(2)fAn= N (1 0.5 n1 )(3)n式中n 連接一側(cè)的高強度螺栓總數(shù)；n1 計算截面 (最外列螺栓處 )上的高強度螺

2、栓數(shù)；0.5 孔前傳力系數(shù)。采用高強度螺栓摩擦型連接的拉桿，除按式(2)驗算凈截面強度外，還應(yīng)按下式驗算毛截面強度N(4)fA2軸心受力構(gòu)件的剛度計算軸心受力構(gòu)件的剛度是以限制其長細(xì)比保證1如有幫助，歡迎下載支持。 (5)式中 構(gòu)件的最大長細(xì)比； 構(gòu)件的容許長細(xì)比。二、 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定1理想軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式理想軸心受壓構(gòu)件可能以三種屈曲形式喪失穩(wěn)定：彎曲屈曲雙軸對稱截面構(gòu)件最常見的屈曲形式。扭轉(zhuǎn)屈曲長度較小的十字形截面構(gòu)件可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)屈曲。彎扭屈曲單軸對稱截面桿件繞對稱軸屈曲時發(fā)生彎扭屈曲。2理想軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲臨界力若只考慮彎曲變形，臨界力公式即為著名的歐拉臨界力公式，

3、表達(dá)式為2EI2EAN E=2=2(6)l3初始缺陷對軸心受壓構(gòu)件承載力的影響實際工程中的構(gòu)件不可避免地存在初彎曲、荷載初偏心和殘余應(yīng)力等初始缺陷，這些缺陷會降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。1）殘余應(yīng)力的影響當(dāng)軸心受壓構(gòu)件截面的平均應(yīng)力f p 時，桿件截面內(nèi)將出現(xiàn)部分塑性區(qū)和部分彈性區(qū)。由于截面塑性區(qū)應(yīng)力不可能再增加，能夠產(chǎn)生抵抗力矩的只是截面的彈性區(qū)，此時的臨界力和臨界應(yīng)力應(yīng)為：2 EI e=2 EII e(7)Ncr =l 2·l 2I2 EI e(8)cr =2·I式中Ie 彈性區(qū)的截面慣性矩(或有效慣性矩 )；I 全截面的慣性矩。2）初彎曲的影響具有初彎曲的軸心受壓構(gòu)

4、件的承載力具有如下特點：2如有幫助，歡迎下載支持。具有初彎曲的壓桿，壓力一開始作用，桿件就產(chǎn)生撓曲，并隨著荷載的增大而增加，開始撓度增加慢，隨后迅速增長，當(dāng)壓力N接近歐拉臨界力時，中點撓度趨于無限大。壓桿的初撓度值愈大，相同壓力N情況下，桿的撓度愈大。初彎曲即使很小，軸心受壓構(gòu)件的承載力總是低于歐拉臨界力。3） 初偏心的影響具有初偏心的軸心受壓構(gòu)件的承載力特點與具有初彎曲壓桿的承載力特點相同。可以認(rèn)為初偏心影響與初彎曲影響類似。由于初偏心與初彎曲的影響類似，各國在制訂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，通常只考慮其中一個缺陷來模擬兩個缺陷的影響。4實際軸心受壓構(gòu)件的極限承載力和多柱子曲線以壓桿跨中截面邊緣屈服時的承載

5、力作為最大承載力，稱為邊緣屈服準(zhǔn)則。實際上壓力還可增加， 只是壓力超過邊緣屈服準(zhǔn)則的最大承載力后， 構(gòu)件進入彈塑性階段， 隨著截面塑性區(qū)的不斷擴展， 變形值增加得更快， 直至壓桿不能維持穩(wěn)定平衡， 這才是具有初彎曲壓桿真正的極限承載力，以此為準(zhǔn)則計算壓桿穩(wěn)定，稱為“最大強度準(zhǔn)則”。通?？紤]影響最大的殘余應(yīng)力和初彎曲兩種缺陷的影響。壓桿失穩(wěn)時臨界應(yīng)力cr 與長細(xì)比之間的關(guān)系曲線稱為柱子曲線。規(guī)范所采用的軸心受壓柱子曲線是按最大強度準(zhǔn)則確定的。規(guī)范在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際， 將柱子曲線歸納為四類。一般的截面情況屬于b 類。軋制圓管以及軋制普通工字鋼繞x 軸失穩(wěn)時其殘余應(yīng)力影響較小，故屬a

6、類。曲線d 主要用于厚板截面。5. 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件所受應(yīng)力不應(yīng)大于整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，考慮抗力分項系數(shù)R ，為：NAcrcrf y(9)f yfRR規(guī)范對軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算采用下列形式：Nf(10)A式中 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，cr。f y3如有幫助，歡迎下載支持。整體穩(wěn)定系數(shù)值應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的截面分類和構(gòu)件的長細(xì)比查得。構(gòu)件長細(xì)比應(yīng)按照下列規(guī)定確定：(1) 截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件xl0 x / i x(11)l 0 y / i yy式中l(wèi)0 x 、 l 0 y 構(gòu)件對主軸 x 和 y 的計算長度；ix 、 i y 構(gòu)件截面對主軸x 和 y 的回轉(zhuǎn)半徑。

7、對雙軸對稱十字形截面構(gòu)件，x 或 y取值不得小于5.07b t(其中 b t 為懸伸板件寬厚比 )(2) 截面為單軸對稱的構(gòu)件單軸對稱截面， 繞對稱軸失穩(wěn)時為彎扭屈曲。在相同情況下， 彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力要低。因此，單軸對稱截面繞對稱軸(設(shè)為 y 軸 )的穩(wěn)定應(yīng)取計及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的下列換算長細(xì)比yz 代替y ：1222222221/ 2()2yz(yz )yz )4(1 e0/ i0yz22i2A /(I t/ 25.7I / l2)z0(12)(13)單角鋼截面和雙角鋼組合T 形截面繞對稱軸的換算長細(xì)比可采用簡化方法確定。無任何對稱軸且又非極對稱的截面( 單面連接的不等邊單角鋼除外)不宜

8、用作軸心受壓構(gòu)件。對單面連接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件，考慮折減系數(shù)后，可不考慮彎扭效應(yīng)。當(dāng)槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計算分肢繞對稱軸(y 軸 )的穩(wěn)定性時，不必考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，直接y用查出y 值。四、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般組成軸心受力構(gòu)件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些板件過薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發(fā)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件喪失局部穩(wěn)定。1. 工字形和 H 形截面軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定一般通過限制組成截面的板件寬（高）厚比來保證軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定。4如有幫助，歡迎下載支持。(1) 工字形和 H 形截面的受壓翼緣受壓翼緣板懸伸部分的寬厚比b /t 限值：b(1

9、00.1 ) 235(14)tf y式中，為構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值。當(dāng) 30 時，取=30；當(dāng) 100 時，取 l00。(2) 工字形和 H 形截面的腹板腹板高厚比 h0 / t w 限值：h0235(15)tw(25 0.5 )f y當(dāng)工字形截面的腹板高厚比h0 / tw 不滿足式 (15)的要求時，除了加厚腹板外，還可采用有效截面的概念進行計算。計算時腹板截面面積僅考慮兩側(cè)寬度各為20t w 235 / f y 的部分，如圖 1 所示，但計算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時仍可用全截面。當(dāng)腹板高厚比不滿足要求時，亦可在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強后的腹板仍按式 (1) 計算，但 h0 應(yīng)取翼

10、緣與縱向加勁肋之間的距離，如圖2 所示。圖 1腹板有效截面圖 2腹板縱向加勁肋五、實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計實腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用雙軸對稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。5如有幫助，歡迎下載支持。實腹式軸心受壓構(gòu)件進行截面選擇時應(yīng)主要考慮以下原則：面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定承載力和剛度；兩個主軸方向盡量等穩(wěn)定性，即xy ，以達(dá)到經(jīng)濟的效果；便于與其他構(gòu)件進行連接；盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。1實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計首先應(yīng)根據(jù)軸心壓力的設(shè)計值、計算長度選定合適的截面形式，再初步確定截面尺寸，然后進行強度

11、、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗算。具體步驟如下：（ 1）假定柱的長細(xì)比，求出需要的截面面積A 。一般假定=50 100，當(dāng)壓力大而計算長度小時取較小值，反之取較大值。根據(jù)、截面分類可查得穩(wěn)定系數(shù)，則需要的截面面積為：N(16)Af(2)求兩個主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑i xl0 xl 0 y(17); i y(3)由已知截面面積A 、兩個主軸的回轉(zhuǎn)半徑i x ,i y 優(yōu)先選用軋制型鋼。當(dāng)現(xiàn)有型鋼規(guī)格不滿足所需截面尺寸時，可以采用組合截面，這時需先初步定出截面的輪廓尺寸，一般是根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑確定所需截面的高度h 和寬度 b。hi xi y(18);b121 、 2 為系數(shù)，表示h、 b 和回轉(zhuǎn)半徑

12、ix ,i y 之間的近似數(shù)值關(guān)系，常用截面可由表格查得。例如由三塊鋼板組成的工字形截面1 =0.43 ，2 =0.24。(4)由所需要的A 、 h、b 等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初選尺寸。(5)構(gòu)件強度、穩(wěn)定和剛度驗算。局部穩(wěn)定： 對于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗算。對于組合截面，則應(yīng)對板件的寬厚比進行驗算。2實腹式軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求6如有幫助，歡迎下載支持。當(dāng)實腹式軸心受壓構(gòu)件的腹板高厚比h0 / t w80 時，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋。橫向加勁肋的 間 距 不 得 大 于 3h0 ， 其 截 面 尺 寸 要 求 為 雙 側(cè) 加 勁

13、 肋 的 外 伸 寬 度 bs 應(yīng) 不 小 于 (h0 / 30 40) mm，厚度 ts 應(yīng)大于外伸寬度的 l/15 。實腹式軸心受壓構(gòu)件的縱向焊縫(翼緣與腹板的連接焊縫)受力很小，不必計算，可按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸。六、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般采用兩個肢件組成，肢件間用綴條或綴板連成整體。格構(gòu)柱兩肢間距離的確定以兩個主軸的等穩(wěn)定性為準(zhǔn)則。在柱的橫截面上穿過肢件腹板的軸稱為實軸，穿過兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸。綴條一般用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。1雙肢格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的換算長細(xì)比格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實軸的穩(wěn)定計算與實腹式軸心受壓構(gòu)件相同，但繞虛軸的整體

14、穩(wěn)定臨界力比長細(xì)比相同的實腹式軸心受壓構(gòu)件低。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)繞虛軸失穩(wěn)時，采用換算長細(xì)比來考慮綴材剪切變形對格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定承載力的影響。（ 1）綴條式格構(gòu)式構(gòu)件雙肢綴條式格構(gòu)構(gòu)件的換算長細(xì)比為：227A0xx(19)A1式中x 整個構(gòu)件對虛軸的長細(xì)比；A 整個構(gòu)件的毛截面面積；A 1 一個節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛面積之和。需要注意的是，式(19)的適用范圍為斜綴條與柱軸線間的夾角在400 700 之間。（ 2） 綴板式格構(gòu)式構(gòu)件雙肢綴板的換算長細(xì)比采用：22(20)0xx1式中1 分肢的長細(xì)比；2格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材設(shè)計7如有幫助，歡迎下載支持。（ 1） 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)

15、件的橫向剪力格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)發(fā)生彎曲時，綴材要承受橫向剪力的作用。最大剪力的計算式：Aff yV（ 21）85235在設(shè)計中，將剪力V 沿柱長度方向取為定值。（ 2）綴條的設(shè)計圖 3綴條計算簡圖綴條可視為以分肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，內(nèi)力與桁架腹桿的計算方法相同。在橫向剪力作用下，一個斜綴條的軸心力為(圖 3)：N 1V1(22)n cos式中V 1 分配到一個綴材面上的剪力；n 承受剪力V1 的斜綴條數(shù)。單系綴條時，n 1；交叉綴條時，n=2 ； 綴條的傾角 (圖 3) 。斜綴條可能受拉也可能受壓，應(yīng)按軸心壓桿選擇截面。綴條一般采用單角鋼，與柱單面連接， 考慮到受力時的偏心和受壓時的彎

16、扭，當(dāng)按軸心受力構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)按鋼材強度設(shè)計值乘以下列折減系數(shù)：按軸心受力計算構(gòu)件的強度和連接時 0.85。按軸心受壓計算構(gòu)件的穩(wěn)定性時等邊角鋼 0.6+0.0015，但不大于1.08如有幫助，歡迎下載支持。短邊相連的不等邊角鋼 0.5+0.0025，但不大于1.0長邊相連的不等邊角鋼 0.70為綴條的長細(xì)比，對中間無聯(lián)系的單角鋼壓桿，按最小回轉(zhuǎn)半徑計算，當(dāng)20 時，取 20。交叉綴條體系的橫綴條按受壓力N V 1 計算。為了減小分肢的計算長度，單系綴條也可加橫綴條，其截面尺寸一般與斜綴條相同，也可按容許長細(xì)比( l50) 確定。（ 3）綴板的設(shè)計圖 4綴板計算簡圖綴板式格構(gòu)構(gòu)件可視為一多層框

17、架。綴板內(nèi)力為：剪力：V1l1(23)Ta彎矩 (與肢件連接處 ) ：aV1l1(24)M T22式中l(wèi)1 綴板中心線間的距離；a 肢件軸件間的距離。綴板與肢體間用角焊縫相連，角焊縫承受剪力和彎矩的共同作用。綴板應(yīng)有一定的剛度。規(guī)范規(guī)定， 同一截面處兩側(cè)綴板剛度之和不得小于一個分肢線剛度的 6 倍。一般取寬度d2a / 3 (4)，厚度 ta / 40 ，并不小于 6mm，端綴板宜適當(dāng)加寬，取 d a。3構(gòu)件的橫隔格構(gòu)式構(gòu)件應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔。另外，大型實腹式構(gòu)件(工字形或箱形)也應(yīng)設(shè)置橫隔。橫隔的間距不得大于構(gòu)件較大寬度的9 倍或 8m，且每個運送單元的端部均應(yīng)設(shè)置橫9如有幫助，歡迎下載

18、支持。隔。當(dāng)構(gòu)件某一處受有較大水平集中力作用時，也應(yīng)在該處設(shè)置橫隔。圖 5橫隔圖4格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計步驟格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計需首先選擇分肢截面和綴材的形式，中小型柱可采用綴板或綴條柱，大型柱宜用綴條柱。 按對實軸（ y y 軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實腹式構(gòu)件的計算相同。 按對虛軸 (xx 軸 )的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。為了獲得等穩(wěn)定性，應(yīng)使兩方向的長細(xì)比相等，即使0 xy 。綴條柱 (雙肢 )：227A(25)0 xxyA1即227A(26)xyA1綴板柱 (雙肢 )：22(27)0 xx1y即1022xy1如有幫助，歡迎下載支持。(28)對綴條式構(gòu)件應(yīng)預(yù)先確定斜綴條的

19、截面A 1；對綴板式構(gòu)件應(yīng)先假定分肢長細(xì)比1 。按式 (26)或式 (28)計算得出x 后，即可得到對虛軸的回轉(zhuǎn)半徑：i xl 0 x /x(29)構(gòu)件在綴材方向的寬度 bi x /1 ，亦可由已知截面的幾何量直接算出構(gòu)件的寬度b。驗算構(gòu)件對虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時應(yīng)修改構(gòu)件寬b 再進行驗算。設(shè)計綴條或綴板(包括它們與分肢的連接)。進行以上計算時應(yīng)注意：校對實軸的長細(xì)比y 和對虛軸的換算長細(xì)比0 x 均不得超過容許長細(xì)比；綴條構(gòu)件的分肢長細(xì)比1l1 / i1 不得超過構(gòu)件兩方向長細(xì)比(對虛軸為換算長細(xì)比)較大值的0.7 倍，否則分肢可能先于整體失穩(wěn)；綴板構(gòu)件的分肢長細(xì)比1l 01 / i1

20、不應(yīng)大于 40，并不應(yīng)大于構(gòu)件較大長細(xì)比m ax 的0.5 倍（當(dāng)m ax <50 時，取m ax 50），亦是為了保證分肢不先于整體構(gòu)件失去承載能力。如有幫助，歡迎下載支持。八、軸心受壓柱的柱頭和柱腳1軸心受壓柱的柱頭圖 6梁與柱的鉸接連接梁與軸心受壓柱鉸接時，梁可支承于柱頂上，亦可連于柱的側(cè)面。梁支于柱頂時，梁的支座反力通過柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取16 20mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。多層框架的中間梁柱連接中，橫梁只能在柱側(cè)相連。梁連接于柱側(cè)面的鉸接構(gòu)造。梁的反力由端加勁肋傳給支托，支托與柱翼緣用角焊縫相連。支托與柱的連接焊縫按梁支座反力

21、的 1.25 倍計算。2軸心受壓柱柱腳軸心受壓柱的柱腳主要傳遞軸心壓力，與基礎(chǔ)的連接一般采用鉸接。圖 7a 是最簡單的柱腳構(gòu)造形式，柱下端僅焊一塊底板，柱中壓力由焊縫傳至底板，再傳給基礎(chǔ)。這種柱腳只能用于小型柱。一般的鉸接柱腳常采用圖7b、 c、 d 的形式，在柱端部與底板之間增設(shè)一些中間傳力零件，如靴梁、 隔板和肋板等， 以增加柱與底板的連接焊縫長度，并且將底板分隔成幾個區(qū)格，使底板的彎矩減小，厚度減薄。柱腳是利用預(yù)埋在基礎(chǔ)中的錨栓固定其位置的。鉸接柱腳只沿著一條軸線設(shè)立兩個連接于底板上的錨栓。圖 7 軸心受壓柱的柱腳鉸接柱腳的剪力通常由底板與基礎(chǔ)表面的摩擦力傳遞。當(dāng)此摩擦力不足以承受水平剪力時，應(yīng)在柱腳底板下設(shè)置抗剪鍵。