第五講 軸心受力構(gòu)件與拉彎壓彎構(gòu)件

內(nèi)蒙古建筑技術(shù)職業(yè)學(xué)院主講麻子飛第五講

軸心受力構(gòu)件和拉彎壓彎構(gòu)件§5．1軸心受力構(gòu)件概述常用于：桁架、塔架、網(wǎng)架及工作平臺(tái)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(tái)支柱。柱由柱頭、柱身和柱腳三部分組成。柱頭用來支承平臺(tái)梁或桁架，柱腳的作用是將壓力傳至基礎(chǔ)。實(shí)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(gè)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(zhǎng)細(xì)比達(dá)到。軸拉：驗(yàn)算強(qiáng)度軸壓：驗(yàn)算強(qiáng)度、穩(wěn)定整體穩(wěn)定局部……單肢……§5．2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度一般情況下N－軸心壓力或拉力；An－凈截面面積5.2.1強(qiáng)度計(jì)算并列布置An＝A－n1d0t錯(cuò)列布置Ⅰ－Ⅰ截面An1＝A－3

d0tⅡ－Ⅱ截面Ⅲ－Ⅲ截面普通螺栓連接處構(gòu)件凈截面面積計(jì)算摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接處構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計(jì)算同時(shí)5.2.2剛度軸心受力構(gòu)件的剛度用長(zhǎng)細(xì)比來衡量受拉構(gòu)件受壓構(gòu)件5.2.3軸心拉桿的設(shè)計(jì)實(shí)腹式軸心受拉構(gòu)件截面的選擇根據(jù)，可求，選擇截面。

受拉構(gòu)件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定問題，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮強(qiáng)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軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定5.3.1整體穩(wěn)定的計(jì)算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σcr-λ關(guān)系曲線?；?.3.1.3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算A──毛截面面積；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(zhǎng)細(xì)比按附表1.1~附表1.4查處。與鋼號(hào)、λ、及構(gòu)件的截面形式、加工方法和所繞主軸等有關(guān)。φ值可以擬合柏利（Perry）公式的形式來表達(dá)式中的ε0值實(shí)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(duì)于規(guī)范中采用的四條柱子曲線，ε0的取值為：a類截面：b類截面：c類截面：d類截面：上述ε0值只適用于當(dāng)（相當(dāng)于）時(shí)，將以上ε0值代人上式中，就是附表1.1～1.4中當(dāng)時(shí)的φ值表達(dá)式。式中：——無量綱長(zhǎng)細(xì)比當(dāng)（即）時(shí)，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)α1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）。5.3.2局部穩(wěn)定式中χ——板邊緣的彈性約束系數(shù)；

β——屈曲系數(shù)；

η——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(yàn)資料，可取為：在單向壓力作用下，板的臨界應(yīng)力局部穩(wěn)定驗(yàn)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)定的臨界應(yīng)力，即式中的φ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(gè)翼緣可視為三邊簡(jiǎn)支一邊自由的均勻受壓板，取β=0.425，χ=1.0。根椐經(jīng)簡(jiǎn)化得bλ──構(gòu)件最大長(zhǎng)細(xì)比，

<30時(shí)，取30，大于100時(shí)，取100。──采用不同鋼號(hào)時(shí)的換算系數(shù)。(2)腹板腹板可視為四邊支承板，β=4，翼緣對(duì)腹板是彈性嵌固χ=1.3。根椐經(jīng)簡(jiǎn)化得λ──構(gòu)件最大長(zhǎng)細(xì)比，

<30時(shí)，取30，大于100時(shí)，取100。規(guī)范?。ǘ┫湫谓孛妫?）腹板取令可得（2）翼緣板中間部分（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(duì)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。當(dāng)腹板的高厚比超過規(guī)定限值時(shí)，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(jì)算認(rèn)為合理時(shí)，可在腹板中央設(shè)一根縱肋

；3.聽任tw不滿足要求，腹板喪失穩(wěn)定，而在計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí)，僅考慮腹板各的部分截面工作，但φ仍按全截面計(jì)算。5.4軸心受壓柱的設(shè)計(jì)5.4.1實(shí)腹柱設(shè)計(jì)5.4.1.1截面形式實(shí)腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對(duì)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(shí)腹柱的截面時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：①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；②使兩個(gè)主軸方向等穩(wěn)定性，即使，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；③便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；④盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，取材方便。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(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗(yàn)算。由于，A、φ均未知，只能先假定λ，初選截面，然后驗(yàn)算。5.4.1.2截面設(shè)計(jì)1.截面尺寸的初步確定（1）假定λ，一般取60～100。N大，且l0小時(shí)，λ取較小值；反之，λ取較大值。根據(jù)假定的λ，查φ，計(jì)算出所需的（2）確定尺寸，分為兩種情況①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(hào)。②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。2.截面驗(yàn)算及局部穩(wěn)定條件（整體穩(wěn)定）（強(qiáng)度）（剛度）5.4.1.3構(gòu)造要求（1）當(dāng)應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。（2）翼緣與腹板間焊縫一般按構(gòu)造設(shè)計(jì)。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(shí)腹式（1）當(dāng)應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。（2）在運(yùn)送單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔。（3）翼緣與腹板間焊縫一般按構(gòu)造設(shè)計(jì)。2.格構(gòu)式設(shè)置橫隔與實(shí)腹式相同。設(shè)計(jì)原則：傳力明確、傳力過程簡(jiǎn)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(jì)包括構(gòu)造設(shè)計(jì)傳力過程分析各零部件與連接的計(jì)算§5．5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16~20mm。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(jiǎn)單，對(duì)梁長(zhǎng)度尺寸的制作要求不高。缺點(diǎn)是當(dāng)柱頂兩側(cè)梁的反力不等時(shí)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(qiáng)。兩相鄰梁之間可留一些空隙，安裝時(shí)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。考慮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(jì)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(shí)，按壓彎柱計(jì)算。1.構(gòu)造設(shè)計(jì)2.傳力過程分析

實(shí)腹式柱頭設(shè)計(jì)（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(jiǎn)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(zhǎng)度，并且將底板分隔成幾個(gè)區(qū)格，使底板的彎矩減小，厚度減薄。（b）實(shí)腹式柱；（c）格構(gòu)式柱