高等鋼結構理論-第二講

1、高等鋼結構理論1. 鋼結構基本性能及特點1.1 鋼材生產(chǎn)對材性的影響1.2 鋼材加工(施工) 對構件性能的影響1.3 外界作用對鋼結構性能的影響2. 鋼結構的幾個特殊問題2.1 殘余應力及其影響2.2 鋼結構的穩(wěn)定問題2.3 鋼結構的斷裂問題2.4 鋼結構的疲勞問題3. 鋼結構基本構件3.1 拉桿3.2 軸心壓桿3.3 受彎構件3.4 壓彎構件4. 鋼框架理論4.1 失穩(wěn)形式4.2 分析方法4.3 實際應用第一講第二講第三講目錄5. 鋼結構的連接5.1 焊接5.2 螺栓連接5.3 混合連接6. 鋼結構構造設計7. 冷彎薄壁型鋼結構的特點8. 其他一些關心的問題8.1 塑性設計8.2 抗震鋼結構

2、8.3 箱形梁8.4 受扭構件8.5 設計中的試驗工作8.6 鋼結構加固設計第四講目錄（續(xù)）第五講第六講第七講3. 鋼結構基本構件：拉桿3.1 拉桿拉桿的極限狀態(tài):無孔拉桿有孔拉桿凈截面的效率 : 桿件截面能否發(fā)揮作用?角鋼拉桿:單角鋼拉桿雙角鋼拉桿桁架中單角鋼腹桿的布置螺紋拉桿：因自重的下垂（預應力）:桿端螺紋、花籃螺絲等調整凈截面（規(guī)范）與有效截面:p 2)D4A e =D 2 (1 k3. 鋼結構基本構件：壓桿3.2 壓桿軸心壓桿的極限狀態(tài)：失穩(wěn)失穩(wěn)形式：彎曲失穩(wěn)、扭轉失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)（單軸彎曲、雙軸彎曲）缺陷的影響：幾何缺陷：初始彎曲、初始扭曲、初始偏心等力學缺陷：截面屈服點的非均勻性、

3、殘余應力等N? A r扭轉屈曲和彎扭屈曲的計算壓桿的計算長度桿端約束桁架和塔架桿件計算長度3. 鋼結構基本構件：壓桿（續(xù)）3.2 壓桿（續(xù)）格構式壓桿剪力對格構柱穩(wěn)定的影響：換算長細比法幾何及力學缺陷對單肢的影響（實際上與一般實腹式不同）單肢驗算：綴材計算墊板式組合壓桿壓桿的截面尺寸板件寬厚比限值截面尺寸的確定：A = N / ( ? f )3. 鋼結構基本構件：壓桿（續(xù)）3.2 壓桿（續(xù)）壓桿的支撐：減小計算長度，提高承載力單個柱的支撐柱列的支撐支撐設計中的扭轉問題總結： 穩(wěn)定理論在結構設計中的應用軸心受壓構件的荷載撓度曲線考慮穩(wěn)定系數(shù)的準則：岔屈曲荷載為準則:截面邊緣纖維屈服:構件的極限荷

4、載:無孔拉桿極限狀態(tài): 全截面屈服結果與拉伸試驗的性能十分接近實際工程構件的區(qū)別:初始彎曲影響;力作用點的偏差影響;殘余應力影響.結構達到因過度塑性變形而不適于繼續(xù)承載的極限狀態(tài)。n 1 N有孔拉桿3.1 拉桿1、鉚接組合構件極限狀態(tài): 凈截面屈服。每一排柳釘孔處屈服，伸長較大。每一排柳釘孔處屈服，伸長較大。2、焊接或型鋼構件極限狀態(tài):凈截面拉斷后果嚴重:毛截面屈服:規(guī)范規(guī)定:Af y rruA nf u r )n A n = (1 0 .5 fNA = f初始彎曲和殘余應力對有孔、無孔拉桿影響沒有區(qū)別；孔旁應力集中不影響桿的強度。凈截面的效率影響凈截面的效率的因素: = A e / A n連

5、接方式: 全部直接連接與部分直接連接構件截面上材料相對于節(jié)點板的分布(偏心距)1、構件截面上材料相對于節(jié)點板的分布情況；材料貼于節(jié)點板并和節(jié)點板相連的部分占的比重越大越接近1.凈截面的效率影響凈截面的效率的因素: = A e / A n2、連接長度: （剪切滯后）材料塑性材料塑性：塑性越高，凈截面效率越高制孔方式：制孔方式：沖成的栓孔，凈截面效率需再乘0.85緊固件排列：緊固件排列：孔的行距與孔徑的比值（應變的不均勻性）,行距大效率低行距較大時，有效凈截面一般不超過0.85 0.9的毛截面對無孔拉桿（如焊接時）存在同樣問題。剪切滯后 = 1 a / l單角鋼拉桿構造簡單受力復雜：單向或雙向偏心

6、考慮到桿件受力后的變形，試驗表明可達到軸心拉桿的80%以上規(guī)范：0.85雙角鋼拉桿構造：受力：力偶使得整體接近軸心受力單肢存在剪切滯后綴板的穩(wěn)定(厚度)桁架中單角鋼腹桿的布置構造：（1）彎曲失穩(wěn)構件整體失穩(wěn)時只發(fā)生彎曲變形，雙軸對稱截面軸心受壓構件的失穩(wěn)屬于這種情況。（2）扭轉失穩(wěn)構件整體失穩(wěn)時只發(fā)生扭轉變形，十字形截面軸心受壓構件的失穩(wěn)屬于這種情況。（3）彎扭失穩(wěn)構件整體失穩(wěn)時既發(fā)生彎曲變形又發(fā)生扭轉變形，單軸對稱截面軸心受壓構件繞對稱軸失穩(wěn)以及無對稱軸截面軸心受壓構件的失穩(wěn)屬于這種情況。彎曲失穩(wěn)彎扭失穩(wěn)扭轉失穩(wěn)構件失穩(wěn)時截面位移投影圖r0失穩(wěn)形式（整體失穩(wěn)）彎曲失穩(wěn)（直變彎）:扭轉失穩(wěn)（直

7、變扭）:彎扭失穩(wěn)（兩端鉸支無翹曲約束）:EN= 2 EI / l 2 N 12EN =( G J + 2 E I / l 2 ) Nyr02 ( Ny y 2y N)( N N) 40mm)a0曲線： = 0 .1 2 5 (fy430)歐洲鋼結構協(xié)會的?曲線背景：殘余應力、試驗比較等統(tǒng)計屈服點高于標準屈服點歐洲鋼結構協(xié)會（ECCS）的?曲線背景a曲線b曲線c曲線試驗比較：軋制工字鋼IPE160弱軸屈曲試驗與b曲線的比較y殘余應力分布： r = 0 .5 f中國規(guī)范的?曲線結合國情，重點放在H型鋼和雙角鋼組合截面上。其他截面如工字型和鋼管也做了分析。高層鋼結構設計與施工規(guī)程中的d曲線： t 4

8、0mm的H型或箱型鋼特點：三條曲線，無 從00.2的水平段。常用的雙角鋼T形截面、焰割邊焊接工字形截面以及格構式截面都歸入b曲線。b曲線是曲線是設計中用得最多的曲線。設計中用得最多的曲線。= 1= EI / l( G J + 2 E I / l2) N扭轉屈曲和彎扭屈曲的計算彎扭失穩(wěn)（剪心與形心不重合）: 轉化彎曲失穩(wěn)將彎扭失穩(wěn)按彈性條件轉化彎曲失穩(wěn)，再按彎曲失穩(wěn)考慮非彈性及22EN N E扭轉失穩(wěn)（直變扭）:1N 2r0yr02 ( Ny y 2y N)( N N) Ny s2 = 0基本策略:彎曲失穩(wěn)（直變彎）:N? Af y r= f幾何缺陷及力學缺陷不可忽略非彈性f yy 缺陷的影響。

9、換算長細比 Ef yf yy E y 0.5，則無法實現(xiàn)，應具體考慮偏心的不利影響軸心受壓構件的荷載撓度曲線a: 理想直桿，彈性b: 幾何缺陷直桿，彈性c: 幾何缺陷直桿，彈塑性d: 殘余應力直桿，彈塑性e: 實際幾何缺陷+殘余應力，彈塑性1 + (1 + 0 ) / / 4 1 / 1 + ( 0 .2 ) + 2 4 2 考慮穩(wěn)定系數(shù)的準則岔屈曲荷載為準則:彈性階段采用歐拉荷載PE，彈塑性階段采用切線模量屈曲荷載Pt對殘余應力：以典型截面的殘余應力分布為理論分析依據(jù)對幾何缺陷，應用隨構件長細比變化而將屈曲應力折減截面邊緣纖維屈服:不考慮殘余應力影響用適當?shù)膸缀稳毕莅磸椥岳碚撚嬎?，即根?jù)軸壓力P和初彎曲產(chǎn)生的附加彎矩得