第五講 軸心受力構(gòu)件與拉彎壓彎構(gòu)件

1、第五講第五講軸心受力構(gòu)件和拉彎壓彎構(gòu)件軸心受力構(gòu)件和拉彎壓彎構(gòu)件51 軸心受力構(gòu)件概述常用于：桁架、塔架、網(wǎng)架及工作平臺的支柱。包括：軸心受拉構(gòu)件、軸心受壓構(gòu)件。 軸心壓桿也經(jīng)常用作工業(yè)建筑的工作平臺支柱。柱由柱頭、柱身和柱腳三部分組成。柱頭用來支承平臺梁或桁架，柱腳的作用是將壓力傳至基礎(chǔ)。實腹式構(gòu)件格構(gòu)式構(gòu)件 除有孔洞削弱的桿件外，軸壓構(gòu)件主要由穩(wěn)定控制，因此應(yīng)盡量使截面開展，截面慣性矩增大。軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個極限狀態(tài)：第一極限狀態(tài)第二極限狀態(tài): 限制構(gòu)件變形（剛度），通過限制 長細(xì)比達(dá)到。軸拉：驗算強度軸壓：驗算強度、穩(wěn)定整體穩(wěn)定局部單肢52 軸心受力構(gòu)件的強度和剛度一般情況下NAfn

2、N 軸心壓力或拉力；An 凈截面面積5 .2 .1 強度計算NNee1eee1eaNN并列布置An A n1 d0 t錯列布置 截面 An1 A 3 d0 t 截面)deae( tAn02212542 截面)deaee( tAn022134222321nnnnA,A,AminA v 普通螺栓連接處構(gòu)件凈截面面積計算NNNNNNv 摩擦型高強度螺栓連接處構(gòu)件凈截面強度計算N)nn.(N1501fANn同時fAN5.2.2 剛度軸心受力構(gòu)件的剛度用長細(xì)比來衡量il0150350受拉構(gòu)件受壓構(gòu)件0 xxxil0yyyilAIixxAIiyy5.2.3 軸心拉桿的設(shè)計v 實腹式軸心受拉構(gòu)件截面的選擇根

3、據(jù) ，可求 ，選擇截面。m ax,xyfANnnA 受拉構(gòu)件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定問題，設(shè)計時只考慮強度和剛度。 鋼材比其他材料更適合于受拉，所以鋼拉桿不但用于鋼結(jié)構(gòu)，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組合結(jié)構(gòu)。此種組合結(jié)構(gòu)的受壓構(gòu)件用鋼筋混凝土或木材制作，而拉桿用鋼材做成。5.3.1.1 整體穩(wěn)定的臨界力確定方法5.3.1.2 軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線即壓桿的cr-關(guān)系曲線。NAfffcrRyyfAN或5.3.1.3 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算A毛截面面積；ycrf其中： 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)表6.4截面分類和構(gòu)件的長細(xì)比按附表1.1附表1.4查處。與鋼號、及構(gòu)件的截面形式、加工方法和所繞主

4、軸等有關(guān)。值可以擬合柏利（Perry）公式的形式來表達(dá)yEyEyEycrffff4)1(1)1(121200式中的0值實質(zhì)為考慮初彎曲、殘余應(yīng)力等綜合影響的等效初彎曲率。對于規(guī)范中采用的四條柱子曲線， 0的取值為：a類截面：b類截面：c類截面：d類截面：014. 0152. 00035. 0300. 00時）05. 1(094. 0595. 00時）05. 1(216. 0302. 00時）05. 1(132. 0915. 00時）05. 1(375. 0432. 00Efy 上述0值只適用于當(dāng) （相當(dāng)于 ）時，將以上0值代人上式中，就是附表1.11.4中當(dāng) 時的值表達(dá)式。式中：無量綱長細(xì)比2

5、15. 0yf/23520215. 0 當(dāng) （即 ）時，公式不再適用，規(guī)范采用一條近似曲線，使其在 相銜接，即：系數(shù)1分別等于0.41（a類截面）、0.65（b類截面）、0.73（c類截面）和1.35（d類截面）。215. 0yf/235200215. 0和2115.3.2 局部穩(wěn)定式中 板邊緣的彈性約束系數(shù)； 屈曲系數(shù)； 彈性模量折減系數(shù)，根據(jù)軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的試驗資料，可取為：在單向壓力作用下，板的臨界應(yīng)力222112)bt()(EcrE/f)E/f.(.yy2202480110130yf)bt()(E222112 局部穩(wěn)定驗算考慮等穩(wěn)定性，保證板件的局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定

6、的臨界應(yīng)力，即 式中的 可用Perry公式表達(dá)。由此 可確定出板件寬厚比的限值。（一） 工字形截面（1）翼緣 半個翼緣可視為三邊簡支一邊自由的均勻受壓板，取=0.425， =1.0。根椐ycrf板經(jīng)簡化得yf).(tb2351010h0htwtbt構(gòu)件最大長細(xì)比， 30時，取30，大于100時，取100。采用不同鋼號時的換算系數(shù)。yf235(2)腹板 腹板可視為四邊支承板， = 4 ，翼緣對腹板是彈性嵌固 =1.3。根椐ycrf板經(jīng)簡化得htfwy0250 5235(.)構(gòu)件最大長細(xì)比， 30時，取30，大于100時，取100。th0hwtcryf板 0 95.規(guī)范取fNmmy 2352htw

7、046htfwy040235th0hwt1b0b1b（二） 箱形截面（1）腹板01.取令4可得yftb235400（2）翼緣板中間部分yftb235)2 . 015(11yftb235)1 .010(1bb1tt（三）T形截面翼緣腹板（1） 剖分T形截面（2）兩板焊接T形截面yftb235)17. 013(11腹板腹板的寬厚比比翼緣大得多，受到翼緣的約束作用。相對剖分截面，殘余應(yīng)力較大。各種截面構(gòu)件的板件寬厚比限值見表。v 當(dāng)腹板的高厚比超過規(guī)定限值 時，可通過以下方法解決：1. 一般調(diào)整厚度或?qū)挾龋?. 一些截面高度較大的柱子，經(jīng)計 算認(rèn)為合理時，可在腹板中央設(shè) 一根縱肋 ；3. 聽任 tw

8、 不滿足要求，腹板喪 失穩(wěn)定，而在計算構(gòu)件的強 度和穩(wěn)定時，僅考慮腹板各 的部分截面工作， 但 仍按全截面計算。2 02 3 5tfwyfANe5.4 軸心受壓柱的設(shè)計5.4.1 實腹柱設(shè)計5.4.1.1 截面形式 實腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。 常用截面形式有軋制普通工字鋼、H型鋼、焊接工字形截面、型鋼和鋼板的組合截面、圓管和方管截面等。 選擇軸心受壓實腹柱的截面時，應(yīng)考慮以下幾個原則：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)定性和剛度；使兩個主軸方向等穩(wěn)定性，即使 ，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接 ；盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材

9、方便。yx 首先按上述原則選定合適的截面形式，再初步選擇截面尺寸，然后進(jìn)行強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗算。 由于 ，A、均未知，只能先假定，初選截面，然后驗算。fAN5.4.1.2 截面設(shè)計1. 截面尺寸的初步確定（1）假定，一般取 60 100。N 大，且 l0 小時， 取較小值；反之， 取較大值。 根據(jù)假定的，查，計算出所需的fNAToxTxlioyTyli（2）確定尺寸，分為兩種情況若采用型鋼截面 根據(jù) 、 、 ，按附錄型鋼表，查出大致符合要求的型鋼號。TATxiTxi若采用組合截面 根據(jù) 、 、 ，按表查出系數(shù)、，初選組合截面的輪廓尺寸， 然后由局部穩(wěn)定條件和 選擇板件厚度。T

10、ATxiTxi12,ihTxT1,ibTyT2TA2. 截面驗算fANnm ax,xyfAN及局部穩(wěn)定條件（整體穩(wěn)定）（強度）（剛度）5.4.1.3 構(gòu)造要求（1）當(dāng) 應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。時，800wth，mmhbs40300，15ssbt 03h間距（2）翼緣與腹板間焊縫一般按構(gòu)造設(shè)計。5.4.2 格構(gòu)柱的截面形式綴件綴條綴板格構(gòu)式柱包括柱肢和綴件兩部分。5.4.3 柱子的構(gòu)造要求1. 實腹式（1）當(dāng) 應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。時，800wth，mmhbs40300，15ssbt 03h間距（2）在運送單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔。8mh 或間距922wstbbsstmmt128（3）翼緣與腹板間焊縫一般按構(gòu)造設(shè)

11、計。2. 格構(gòu)式 設(shè)置橫隔與實腹式相同。設(shè)計原則： 傳力明確、傳力過程簡捷、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，有足夠的剛度而構(gòu)造又不復(fù)雜。柱頭和柱腳的設(shè)計包括構(gòu)造設(shè)計傳力過程分析各零部件與連接的計算55軸心受壓柱的柱頭和柱腳5.5.1 柱頭梁支承在柱頂上。（單層）梁與柱鉸接。 頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取1620mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。 梁的反力通過支承加勁肋直接傳給柱的翼緣。兩相鄰梁之間留一空隙，以便于安裝，最后用夾板和構(gòu)造螺栓連接。這種連接方式構(gòu)造簡單，對梁長度尺寸的制作要求不高。缺點是當(dāng)柱頂兩側(cè)梁的反力不等時將使柱偏心受壓。 梁的反力通過端部加勁肋的突出部分如傳給柱的軸線

12、附近，因此即使兩相鄰梁的反力不等，柱仍接近于軸心受壓。梁端加勁肋的底面應(yīng)刨平頂緊于柱頂板。由于梁的反力大部分傳給柱的腹板，因而腹板不能太薄且必須用加勁肋加強。兩相鄰梁之間可留一些空隙，安裝時嵌入合適尺寸的填板并用普通螺栓連接。 格構(gòu)式柱，為了保證傳力均勻并托住頂板，應(yīng)在兩柱肢之間設(shè)置豎向隔板。 連于柱的側(cè)面。（多層） 支托可采用T形、也可用厚鋼板做成。用厚鋼板做支托的方案適用于承受較大的壓力，但制作與安裝的精度要求較高。支托的端面必須刨平?？紤]到荷載偏心的不利影響，支托與柱的連接焊縫按梁支座反力的1.25倍計算。梁端與柱間應(yīng)留空隙加填板并設(shè)置構(gòu)造螺栓。當(dāng)兩側(cè)梁的支座反力相差較大時，按壓彎柱計算。1. 構(gòu)造設(shè)計2. 傳力過程分析N端面承壓墊板底面承壓頂板加勁肋端面承壓或焊縫焊縫柱身 q 實腹式柱頭設(shè)計（看書）梁與柱剛接5.5.2 柱腳鉸接柱腳使柱身的內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ)，并和基礎(chǔ)牢固連接。 是一種最簡單的柱腳構(gòu)造形式，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。 都增設(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。 （b）實腹式柱；（c）格構(gòu)式柱