鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)-拉彎和壓彎構(gòu)件

第六章拉彎和和壓彎彎構(gòu)件件大綱要要求:1、了解解拉彎彎和壓壓彎構(gòu)構(gòu)件的的應(yīng)用用和截截面形形式；；2、了解解壓彎彎構(gòu)件件整體體穩(wěn)定定的基基本原原理；；掌握其其計(jì)算算方法法；5、掌握實(shí)實(shí)腹式式壓彎彎構(gòu)件件設(shè)計(jì)計(jì)方法法及其其主要要的構(gòu)構(gòu)造要要求；4、掌握拉拉彎和和壓彎彎的強(qiáng)強(qiáng)度和和剛度度計(jì)算算;3、了解解實(shí)腹腹式壓壓彎構(gòu)構(gòu)件局局部穩(wěn)穩(wěn)定的的基本本原理理；掌握其其計(jì)算方法法；6、掌握格格構(gòu)式式壓彎彎構(gòu)件件設(shè)計(jì)計(jì)方法法及其其主要要的構(gòu)構(gòu)造要要求；§6-1概述一、應(yīng)應(yīng)用一般工工業(yè)廠廠房和和多層層房屋屋的框框架柱柱均為為拉彎和和壓彎彎構(gòu)件件。NMNe二、截截面形形式三、計(jì)計(jì)算內(nèi)內(nèi)容拉彎構(gòu)構(gòu)件：：承載能能力極極限狀狀態(tài)：：強(qiáng)度正常使使用極極限狀狀態(tài)：：剛度壓彎構(gòu)構(gòu)件：：強(qiáng)度穩(wěn)定實(shí)腹式

格構(gòu)式

彎矩作用在實(shí)軸上彎矩作用在虛軸上(分肢穩(wěn)定)整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定平面內(nèi)穩(wěn)定

平面外穩(wěn)定

承載能能力極極限狀狀態(tài)正常使使用極極限狀狀態(tài)剛度第二節(jié)節(jié)拉拉彎彎和壓壓彎構(gòu)構(gòu)件的的強(qiáng)度度計(jì)算算當(dāng)受力力最不不利的的截面面處出出現(xiàn)塑塑性鉸鉸時(shí)，，認(rèn)為為達(dá)到到強(qiáng)度度極限限狀態(tài)態(tài)。以以矩形形截面面為例例截面出出現(xiàn)塑塑性鉸鉸時(shí)可列列出平平衡方方程：：若只有有軸力力，則則最大大軸力力：若只有有彎矩矩，則則最大大彎矩矩：代入上上式得得：以工字字形截截面壓壓彎構(gòu)構(gòu)件為為例：hhwAfAfAwfy(A)(A)彈性工工作階階段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工工作階階段—塑性鉸鉸(強(qiáng)度極極限)(B)最大壓壓應(yīng)力力一側(cè)側(cè)截面面部分分屈服服(C)截面兩兩側(cè)均均有部部分屈屈服ηhηhh-2ηh對于工工字形形截面面壓彎彎構(gòu)件件，由由圖（（D）內(nèi)力力平衡衡條件件可得得，N、M無量綱綱相關(guān)關(guān)曲線線：N、M無量綱綱相關(guān)關(guān)曲線線是一一條外外凸曲曲線，，規(guī)范范為簡簡化計(jì)計(jì)算采采用直直線代代替，，其方方程為為：01.01.0式中：：由于全全截面面達(dá)到到塑性性狀態(tài)態(tài)后，，變形形過大大，因因此規(guī)規(guī)范對對不同同截面面限制制其塑塑性發(fā)發(fā)展區(qū)區(qū)域?yàn)闉椋?/8-1/4）h因此，，令：：并并引入入抗力力分項(xiàng)項(xiàng)系數(shù)數(shù)，得得：上式即即為規(guī)規(guī)范給給定的的在N、Mx作用下下的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)計(jì)算公公式。。對于在在N、Mx、My作用下下的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)計(jì)算公公式，，規(guī)范范采用用了與與上式式相銜銜接的的線形形公式式：——兩個(gè)主軸方向的彎矩——兩個(gè)主軸方向的塑性發(fā)展因數(shù)如工字形，當(dāng)直接承受動(dòng)動(dòng)力荷載時(shí)，，其他截面的塑塑性發(fā)展系數(shù)數(shù)見教材。第三節(jié)壓彎彎構(gòu)件的穩(wěn)定定計(jì)算一、壓彎構(gòu)件件在彎矩作用用平面內(nèi)的失失穩(wěn)現(xiàn)象對構(gòu)件側(cè)向有有足夠支承的的壓彎構(gòu)件，，在軸線壓力力N和彎矩M的共同作用下下，可能在彎彎矩作用平面面內(nèi)發(fā)生整體體的彎曲失穩(wěn)穩(wěn)。yXyXXXyy二、壓彎構(gòu)件件在彎矩作用用平面內(nèi)的彈彈性性能對彈性壓彎構(gòu)構(gòu)件，如用等等效初彎曲表表示綜綜合缺陷，以以截面邊緣纖纖維的應(yīng)力開開始屈服作為為平面內(nèi)穩(wěn)定定承載能力的的計(jì)算準(zhǔn)則，，有：1：邊緣屈服準(zhǔn)則則容許截面塑性性深入，以具具有各種初始始缺陷的構(gòu)件件為計(jì)算模型型，求解其極極限承載能力力2：最大強(qiáng)度準(zhǔn)則則考慮一定初彎彎曲和實(shí)測殘殘余應(yīng)力數(shù)值值計(jì)算得到200條相關(guān)曲線3：規(guī)范公式修修正得規(guī)范βmx對作出具體規(guī)規(guī)定：1、框架柱和兩兩端支承構(gòu)件件（1）沒有橫向荷荷載作用時(shí)：：M1、M2為端彎矩，無無反彎點(diǎn)時(shí)取取同號(hào)，否則取異號(hào)，｜M1｜≥｜M2｜（2）有端彎矩和和橫向荷載同同時(shí)作用時(shí):使構(gòu)件產(chǎn)生同同向曲率時(shí):βmx=1.0使構(gòu)件產(chǎn)生反反向曲率時(shí):βmx=0.85（3）僅有橫向荷荷載時(shí)：βmx=1.02、懸臂構(gòu)件:βmx=1.0對于單軸對稱稱截面，當(dāng)彎彎矩使較大翼翼緣受壓時(shí)，，受拉區(qū)可能能先受拉出現(xiàn)現(xiàn)塑性，為此此應(yīng)滿足：三、彎矩作用用平面外的穩(wěn)穩(wěn)定彎矩作用平面面外穩(wěn)定的機(jī)機(jī)理與梁失穩(wěn)穩(wěn)的機(jī)理相同同，因此其失失穩(wěn)形式也相相同——平面外彎扭屈屈曲?；炯俣ǎ?、由于平面外外截面剛度很很大，故忽略略該平面的撓撓曲變形。2．桿件兩端鉸鉸接，但不能能繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)。3．材料為彈性性。規(guī)范關(guān)于取取值規(guī)定1、彎矩作用平面面外為懸臂的的構(gòu)件2、彎矩作用平平面外有支撐撐的構(gòu)件（1）無橫向荷載載作用時(shí)構(gòu)件無反彎點(diǎn)點(diǎn)時(shí)取同號(hào)，，有反彎點(diǎn)時(shí)時(shí)取異號(hào)（2）有端彎矩和和橫向荷載作作用時(shí)（3）無端彎矩，，但有橫向荷荷載對于不產(chǎn)生扭扭轉(zhuǎn)的雙軸對稱截面面(包括箱形截面面)，當(dāng)彎矩作用用在兩個(gè)主平平面時(shí)，公式式可以推廣驗(yàn)驗(yàn)算穩(wěn)定：及第4節(jié)實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定1、翼緣的局部部穩(wěn)定因壓彎構(gòu)件中中翼緣的受力力情況與梁翼翼緣的受力情情況基本相同同，接近均勻勻分布，計(jì)算算式同梁翼緣緣第4節(jié)實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定2、腹板的局部部穩(wěn)定壓彎構(gòu)件腹板板的屈曲應(yīng)力力除與板的寬厚厚比有關(guān)外，，還與剪應(yīng)力力大小，截面面正應(yīng)力分布布及截面塑性性發(fā)展有關(guān)。。規(guī)范考慮到腹腹板的塑性發(fā)發(fā)展應(yīng)與構(gòu)件件的長細(xì)比有有關(guān)，并注意意了與軸壓構(gòu)構(gòu)件、受彎構(gòu)構(gòu)件的銜接，，提出實(shí)用計(jì)算算公式?！獞?yīng)力梯度工字形截面壓壓彎柱腹板的的受力狀態(tài)，，四邊簡支，，二對邊承受受單向線性分分布壓應(yīng)力，，同時(shí)四邊承承受均布剪應(yīng)應(yīng)力的作用。?！拱逵?jì)算高度度邊緣的最大大壓應(yīng)力——腹板計(jì)算高度度另一邊緣相相應(yīng)的應(yīng)力，，壓應(yīng)力取正，拉應(yīng)力力取負(fù)第4節(jié)實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定（1）工字形截面面第4節(jié)實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定（2）T形截面第4節(jié)實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定（3）箱形截面三、實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件的局局部穩(wěn)定規(guī)范采用了限限制板件的寬寬厚比的方法法。端部約束條件件比較簡單的的單根壓彎構(gòu)構(gòu)件，利用計(jì)計(jì)算長度系數(shù)數(shù)m直接得到計(jì)算算長度：l0＝ml框架柱計(jì)算長長度根據(jù)上下下端構(gòu)件間約約束情況計(jì)算算§6-5壓彎構(gòu)件（框框架柱）的計(jì)計(jì)算長度簡單約束情況況壓彎構(gòu)件計(jì)計(jì)算長度計(jì)算算：一、截面選擇擇1、對于N大、M小的構(gòu)件，可可參照軸壓構(gòu)構(gòu)件初估；2、對于N小、M大的構(gòu)件，可可參照受彎構(gòu)構(gòu)件初估；因影響因素多多，很難一次次確定。二、截面驗(yàn)算算1、強(qiáng)度驗(yàn)算2、整體穩(wěn)定驗(yàn)驗(yàn)算3、局部穩(wěn)定驗(yàn)驗(yàn)算—組合截面4、剛度驗(yàn)算三、構(gòu)造要求求§6.6實(shí)腹式壓彎構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)截面高度要求求較大的壓彎彎構(gòu)件常采用用格構(gòu)式形式式，且由于存存在較大剪力力，通常采用用綴條式彎距不大或正正負(fù)彎距絕對對值相差不大大時(shí)可用對稱稱截面正負(fù)彎距絕對對值相差較大大時(shí)常采用不不對稱截面，，受壓較大一側(cè)側(cè)采用較大的的肢件§6.7格構(gòu)式壓彎構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算同前。格構(gòu)式壓彎構(gòu)構(gòu)件彎距作用用平面內(nèi)整體體穩(wěn)定：格構(gòu)式壓彎構(gòu)構(gòu)件通常使彎彎距繞虛軸作作用；不考慮截面塑塑性的發(fā)展深深入，采用邊邊緣屈服準(zhǔn)則則導(dǎo)出公式：：1彎距繞虛軸作作用的格構(gòu)式式壓彎構(gòu)件W1x＝Ix/y0，Ix為對x軸（虛軸）的的毛截面慣性性矩y0為x軸到壓力較大大分肢軸心距距離和到該分分肢腹板邊緣緣距離的較大大值分肢的穩(wěn)定計(jì)計(jì)算彎距繞虛軸作作用的格構(gòu)式式構(gòu)件，彎距作用平面面外的整體穩(wěn)定性性由分肢穩(wěn)定定計(jì)算保證每個(gè)分肢可視視為一個(gè)單獨(dú)獨(dú)的軸心受壓壓（拉）構(gòu)件件將整個(gè)構(gòu)件視視為一平行桁桁架，兩個(gè)分分肢為桁架體體系的弦桿，，分肢所受軸軸心力計(jì)算：綴條式分肢按按軸心壓桿計(jì)計(jì)算，分肢計(jì)計(jì)算長度：綴材平面內(nèi)取取綴條體系的的節(jié)間長度綴條平面外取取整個(gè)構(gòu)件兩兩側(cè)向支撐點(diǎn)點(diǎn)間的距離分肢1：分肢2：綴材的設(shè)計(jì)取構(gòu)件實(shí)際剪力和按式（5.33）計(jì)算所得剪剪力兩者中的較大值設(shè)計(jì)綴材：設(shè)計(jì)方法同軸軸心受壓構(gòu)件件相同：（5.33）V假定由各綴件件面共同承擔(dān)擔(dān)，對雙肢格格構(gòu)柱兩個(gè)綴綴件面各承擔(dān)擔(dān)V1＝V/2按軸心壓桿選選擇截面彎距繞實(shí)軸作作用格構(gòu)式壓壓彎構(gòu)件受力力性能同實(shí)腹腹式壓彎構(gòu)件件完全相同，，構(gòu)件繞實(shí)軸軸產(chǎn)生彎曲失失穩(wěn)2彎距繞實(shí)軸作作用的格構(gòu)式式壓彎構(gòu)件計(jì)算彎矩作用用平面外的整整體穩(wěn)定時(shí)，，長細(xì)比應(yīng)取取換算長細(xì)比比，整體穩(wěn)定定系數(shù)取綴材所受剪力力按式（5.33）計(jì)算進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)（5.33）分肢的穩(wěn)定計(jì)計(jì)算分肢按按實(shí)腹腹式壓壓彎構(gòu)構(gòu)件計(jì)計(jì)算分肢所所受軸軸力N和M分配原原則為為：分肢1分肢2整體穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)計(jì)算公公式：：3雙向受受彎的的格構(gòu)構(gòu)式壓壓彎構(gòu)構(gòu)件和NEx由換算算長細(xì)細(xì)比確確定W1y為在彎彎距My作用下下對較較大受受壓纖纖維的的毛截截面模模量分肢的的穩(wěn)定定計(jì)算算分肢穩(wěn)穩(wěn)定與與單向向受彎彎構(gòu)件件穩(wěn)定定一樣樣分肢所所受軸軸力N和M按照以以下原原則分分配：：分肢1分肢2格構(gòu)柱柱無論論截面面大小小，均均應(yīng)設(shè)設(shè)置橫橫隔設(shè)置方方法同同軸心心受壓壓格構(gòu)構(gòu)柱4格構(gòu)柱柱的橫橫隔及及分肢肢的局局部穩(wěn)穩(wěn)定橫膈的的間距距不得得大于于柱截截面較較大寬寬度的的9倍且不不得大大于8m運(yùn)送單單元端端部應(yīng)應(yīng)設(shè)置置橫隔隔較大水水平力力作用用處格構(gòu)柱柱分肢肢局部部穩(wěn)定定同實(shí)實(shí)腹式式柱梁與柱柱的連連接類類型：：鉸接連連接——柱身只只承受受梁端端的豎豎向剪剪力，，梁與與柱軸軸線間間的夾夾角可可以自自由改改變，，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)不不受約約束；；剛性連連接——柱身在在承受受梁端端豎向向剪力力的同同時(shí)，，還將將承受受梁端端傳遞遞的彎彎矩，，梁與與柱軸軸線間間的夾夾角在在節(jié)點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)保保持不不變；；半剛性性連接接（partiallyrestrainedconnection）——介于鉸鉸接連連接和和剛性性連接接之間間，這這種連連接除除承受受梁端端傳來來的豎豎向剪剪力外外，還還可以以承受受一定定數(shù)量量的彎彎矩，，梁與與柱軸軸線間間的夾夾角在在節(jié)點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)將將有所所改變變，受受到一一定程程度的的約束束§6-8框架中中梁與與柱的的連接接框架結(jié)結(jié)構(gòu)梁梁柱連連接一一般為為剛接接實(shí)際工工程中中理想想剛接接很少少存在在的，，當(dāng)梁梁柱節(jié)節(jié)點(diǎn)能能夠承承受理理想剛剛性連連接彎彎矩的的90%以上時(shí)時(shí)，即即可認(rèn)認(rèn)為是是剛性性連接接梁柱剛剛性連連接框架柱柱柱腳腳類型型有鉸鉸接和和剛接接柱腳腳兩種種：鉸接柱柱腳只只傳遞遞軸心心壓力力和剪剪力，，構(gòu)造造和計(jì)計(jì)算同同軸心心受壓壓柱柱柱腳相相同，，但需需采取取抗剪剪構(gòu)造造措施施傳遞遞剪力力剛接柱柱腳除除了傳傳遞軸軸心壓壓力和和剪力力外，，還需需傳遞遞彎距距框架柱柱多采采用剛剛接柱柱腳，，個(gè)別別單層層框架架采用用鉸接接柱腳腳§6-9偏心受受壓柱柱的柱柱腳設(shè)設(shè)計(jì)1、鉸接接柱腳腳：同同軸壓壓柱腳腳2、剛接接柱腳腳1）整體體式剛剛性柱柱腳適用于于實(shí)腹腹柱及及分肢肢間距距小的的壓彎彎構(gòu)件件，常常2）分離離式剛剛性柱柱腳適用于分肢肢間距大