鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)拉彎和壓彎構(gòu)件

第六章拉彎和壓彎構(gòu)件大綱要求:1、了解拉彎和壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式；2、了解壓彎構(gòu)件整體穩(wěn)定的基本原理；掌握其計(jì)算方法；5、掌握實(shí)腹式壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)方法及其主要的構(gòu)造要求；4、掌握拉彎和壓彎的強(qiáng)度和剛度計(jì)算;3、了解實(shí)腹式壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的基本原理；掌握其計(jì)算方法；6、掌握格構(gòu)式壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)方法及其主要的構(gòu)造要求；§6-1概述一、應(yīng)用一般工業(yè)廠房和多層房屋的框架柱均為拉彎和壓彎構(gòu)件。NMNe二、截面形式三、計(jì)算內(nèi)容拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度 正常使用極限狀態(tài)：剛度壓彎構(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

承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)剛度第二節(jié)拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)受力最不利的截面處出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，認(rèn)為達(dá)到強(qiáng)度極限狀態(tài)。以矩形截面為例截面出現(xiàn)塑性鉸時(shí)可列出平衡方程：若只有軸力，則最大軸力：若只有彎矩，則最大彎矩：代入上式得：以工字形截面壓彎構(gòu)件為例：hhwAfAfAwfy(A)(A)彈性工作階段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工作階階段—塑性鉸(強(qiáng)度極限)(B)最大壓應(yīng)力力一側(cè)截面面部分屈服服(C)截面兩側(cè)均均有部分屈屈服ηhηhh-2ηh對(duì)于工字形形截面壓彎彎構(gòu)件，由由圖（D）內(nèi)力平衡衡條件可得得，N、M無(wú)量綱相關(guān)關(guān)曲線：N、M無(wú)量綱相關(guān)關(guān)曲線是一一條外凸曲曲線，規(guī)范范為簡(jiǎn)化計(jì)計(jì)算采用直直線代替，，其方程為為：01.01.0式中：由于全截面面達(dá)到塑性性狀態(tài)后，，變形過(guò)大大，因此規(guī)規(guī)范對(duì)不同同截面限制制其塑性發(fā)發(fā)展區(qū)域?yàn)闉椋?/8-1/4）h因此，令：：并并引入抗力力分項(xiàng)系數(shù)數(shù)，得：上式即為規(guī)規(guī)范給定的的在N、Mx作用下的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算公公式。對(duì)于在N、Mx、My作用下的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算公公式，規(guī)范范采用了與與上式相銜銜接的線形形公式：——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)直接承受受動(dòng)力荷載載時(shí)，其他截面的的塑性發(fā)展展系數(shù)見教教材。第三節(jié)壓壓彎構(gòu)件的的穩(wěn)定計(jì)算算一、壓彎構(gòu)構(gòu)件在彎矩矩作用平面面內(nèi)的失穩(wěn)穩(wěn)現(xiàn)象對(duì)構(gòu)件側(cè)向向有足夠支支承的壓彎彎構(gòu)件，在在軸線壓力力N和彎矩M的共同作用用下，可能能在彎矩作作用平面內(nèi)內(nèi)發(fā)生整體體的彎曲失失穩(wěn)。yXyXXXyy二、壓彎構(gòu)構(gòu)件在彎矩矩作用平面面內(nèi)的彈性性性能對(duì)彈性壓彎彎構(gòu)件，如如用等效初初彎曲表表示綜綜合缺陷，，以截面邊邊緣纖維的的應(yīng)力開始始屈服作為為平面內(nèi)穩(wěn)穩(wěn)定承載能能力的計(jì)算算準(zhǔn)則，有有：1：邊緣屈服準(zhǔn)準(zhǔn)則容許截面塑塑性深入，，以具有各各種初始缺缺陷的構(gòu)件件為計(jì)算模模型，求解解其極限承承載能力2：最大強(qiáng)度準(zhǔn)準(zhǔn)則考慮一定初初彎曲和實(shí)實(shí)測(cè)殘余應(yīng)應(yīng)力數(shù)值計(jì)計(jì)算得到200條相關(guān)曲線線3：規(guī)范公式式修正得規(guī)范βmx對(duì)作出具體體規(guī)定：1、框架柱和和兩端支承承構(gòu)件（1）沒(méi)有橫橫向荷載載作用時(shí)時(shí)：M1、M2為端彎矩矩，無(wú)反反彎點(diǎn)時(shí)時(shí)取同號(hào)號(hào)，否則取異號(hào)號(hào)，｜M1｜≥｜M2｜（2）有端彎彎矩和橫橫向荷載載同時(shí)作作用時(shí):使構(gòu)件產(chǎn)產(chǎn)生同向向曲率時(shí)時(shí):βmx=1.0使構(gòu)件產(chǎn)產(chǎn)生反向向曲率時(shí)時(shí):βmx=0.85（3）僅有橫橫向荷載載時(shí)：βmx=1.02、懸臂構(gòu)構(gòu)件:βmx=1.0對(duì)于單軸軸對(duì)稱截截面，當(dāng)當(dāng)彎矩使使較大翼翼緣受壓壓時(shí)，受受拉區(qū)可可能先受受拉出現(xiàn)現(xiàn)塑性，，為此應(yīng)應(yīng)滿足：：三、彎矩矩作用平平面外的的穩(wěn)定彎矩作用用平面外外穩(wěn)定的的機(jī)理與與梁失穩(wěn)穩(wěn)的機(jī)理理相同，，因此其其失穩(wěn)形形式也相相同——平面外彎彎扭屈曲曲?；炯俣ǘǎ?、由于平平面外截截面剛度度很大，，故忽略略該平面面的撓曲曲變形。。2．桿件兩兩端鉸接接，但不不能繞縱縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)。3．材料為為彈性。。規(guī)范關(guān)于于取取值值規(guī)定1、彎矩作用用平面外外為懸臂臂的構(gòu)件件2、彎矩作作用平面面外有支支撐的構(gòu)構(gòu)件（1）無(wú)橫向向荷載作作用時(shí)構(gòu)件無(wú)反反彎點(diǎn)時(shí)時(shí)取同號(hào)號(hào)，有反反彎點(diǎn)時(shí)時(shí)取異號(hào)號(hào)（2）有端彎彎矩和橫橫向荷載載作用時(shí)時(shí)（3）無(wú)端彎彎矩，但但有橫向向荷載對(duì)于不產(chǎn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的雙軸對(duì)稱稱截面(包括箱形形截面)，當(dāng)彎矩矩作用在在兩個(gè)主主平面時(shí)時(shí)，公式式可以推推廣驗(yàn)算算穩(wěn)定：：及第4節(jié)實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定1、翼緣的的局部穩(wěn)穩(wěn)定因壓彎構(gòu)構(gòu)件中翼翼緣的受受力情況況與梁翼翼緣的受受力情況況基本相相同，接接近均勻勻分布，，計(jì)算式式同梁翼翼緣第4節(jié)實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定2、腹板的的局部穩(wěn)穩(wěn)定壓彎構(gòu)件件腹板的的屈曲應(yīng)應(yīng)力除與板的的寬厚比比有關(guān)外外，還與與剪應(yīng)力力大小，，截面正正應(yīng)力分分布及截截面塑性性發(fā)展有有關(guān)。規(guī)范考慮慮到腹板板的塑性性發(fā)展應(yīng)應(yīng)與構(gòu)件件的長(zhǎng)細(xì)細(xì)比有關(guān)關(guān)，并注注意了與與軸壓構(gòu)構(gòu)件、受受彎構(gòu)件件的銜接接，提出實(shí)用用計(jì)算公公式。——應(yīng)力梯度度工字形截截面壓彎彎柱腹板板的受力力狀態(tài)，，四邊簡(jiǎn)簡(jiǎn)支，二二對(duì)邊承承受單向向線性分分布?jí)簯?yīng)應(yīng)力，同同時(shí)四邊邊承受均均布剪應(yīng)應(yīng)力的作作用?！拱逵?jì)算算高度邊邊緣的最最大壓應(yīng)應(yīng)力——腹板計(jì)算算高度另另一邊緣緣相應(yīng)的的應(yīng)力，，壓應(yīng)力力取正，拉拉應(yīng)力取取負(fù)第4節(jié)實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定（1）工字形形截面第4節(jié)實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定（2）T形截面第4節(jié)實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定（3）箱形截截面三、實(shí)腹腹式壓彎彎構(gòu)件的的局部穩(wěn)穩(wěn)定規(guī)范采用用了限制制板件的的寬厚比比的方法法。端部約束束條件比比較簡(jiǎn)單單的單根根壓彎構(gòu)構(gòu)件，利利用計(jì)算算長(zhǎng)度系系數(shù)m直接得到到計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度：l0＝ml框架柱計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度度根據(jù)上上下端構(gòu)構(gòu)件間約約束情況況計(jì)算§6-5壓彎構(gòu)件件（框架架柱）的的計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度簡(jiǎn)單約束束情況壓壓彎構(gòu)件件計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度計(jì)算算：一、截面面選擇1、對(duì)于N大、M小的構(gòu)件件，可參參照軸壓壓構(gòu)件初初估；2、對(duì)于N小、M大的構(gòu)件件，可參參照受彎彎構(gòu)件初初估；因影響因因素多，，很難一一次確定定。二、截面面驗(yàn)算1、強(qiáng)度驗(yàn)驗(yàn)算2、整體穩(wěn)穩(wěn)定驗(yàn)算算3、局部穩(wěn)穩(wěn)定驗(yàn)算算—組合截面面4、剛度驗(yàn)驗(yàn)算三、構(gòu)造造要求§6.6實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件件的設(shè)計(jì)計(jì)截面高度度要求較較大的壓壓彎構(gòu)件件常采用用格構(gòu)式式形式，，且由于于存在較較大剪力力，通常常采用綴綴條式彎距不大大或正負(fù)負(fù)彎距絕絕對(duì)值相相差不大大時(shí)可用用對(duì)稱截截面正負(fù)彎距距絕對(duì)值值相差較較大時(shí)常常采用不不對(duì)稱截截面，受壓較大大一側(cè)采采用較大大的肢件件§6.7格構(gòu)式壓壓彎構(gòu)件件的計(jì)算算強(qiáng)度計(jì)算算同前。格構(gòu)式壓壓彎構(gòu)件件彎距作作用平面面內(nèi)整體體穩(wěn)定：：格構(gòu)式壓壓彎構(gòu)件件通常使使彎距繞繞虛軸作作用；不考慮截截面塑性性的發(fā)展展深入，，采用邊邊緣屈服服準(zhǔn)則導(dǎo)導(dǎo)出公式式：1彎距繞虛虛軸作用用的格構(gòu)構(gòu)式壓彎彎構(gòu)件W1x＝Ix/y0，Ix為對(duì)x軸（虛軸軸）的毛毛截面慣慣性矩y0為x軸到壓力力較大分分肢軸心心距離和和到該分分肢腹板板邊緣距距離的較較大值分肢的穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)算算彎距繞虛虛軸作用用的格構(gòu)構(gòu)式構(gòu)件件，彎距作用用平面外外的整體穩(wěn)穩(wěn)定性由由分肢穩(wěn)穩(wěn)定計(jì)算算保證每個(gè)分肢肢可視為為一個(gè)單單獨(dú)的軸軸心受壓壓（拉））構(gòu)件將整個(gè)構(gòu)構(gòu)件視為為一平行行桁架，，兩個(gè)分分肢為桁桁架體系系的弦桿桿，分肢肢所受軸軸心力計(jì)計(jì)算：綴條式分分肢按軸軸心壓桿桿計(jì)算，，分肢計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度度：綴材平面面內(nèi)取綴綴條體系系的節(jié)間間長(zhǎng)度綴條平面面外取整整個(gè)構(gòu)件件兩側(cè)向向支撐點(diǎn)點(diǎn)間的距距離分肢1：分肢2：綴材的設(shè)設(shè)計(jì)取構(gòu)件實(shí)際剪力力和按式（5.33）計(jì)算所所得剪力力兩者中的的較大值設(shè)計(jì)綴材材：設(shè)計(jì)方法法同軸心心受壓構(gòu)構(gòu)件相同同：（5.33）V假定由各各綴件面面共同承承擔(dān)，對(duì)對(duì)雙肢格格構(gòu)柱兩兩個(gè)綴件件面各承承擔(dān)V1＝V/2按軸心壓壓桿選擇擇截面彎距繞實(shí)實(shí)軸作用用格構(gòu)式式壓彎構(gòu)構(gòu)件受力力性能同同實(shí)腹式式壓彎構(gòu)構(gòu)件完全全相同，，構(gòu)件繞繞實(shí)軸產(chǎn)產(chǎn)生彎曲曲失穩(wěn)2彎距繞實(shí)實(shí)軸作用用的格構(gòu)構(gòu)式壓彎彎構(gòu)件計(jì)算彎矩矩作用平平面外的的整體穩(wěn)穩(wěn)定時(shí)，，長(zhǎng)細(xì)比比應(yīng)取換換算長(zhǎng)細(xì)細(xì)比，整整體穩(wěn)定定系數(shù)取取綴材所受受剪力按按式（5.33）計(jì)算進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)（5.33）分肢的穩(wěn)定計(jì)算算分肢按實(shí)腹式壓壓彎構(gòu)件計(jì)算分肢所受軸力N和M分配原則為：分肢1分肢2整體穩(wěn)定計(jì)算公公式：3雙向受彎的格構(gòu)構(gòu)式壓彎構(gòu)件和NEx由換算長(zhǎng)細(xì)比確確定W1y為在彎距My作用下對(duì)較大受受壓纖維的毛截截面模量分肢的穩(wěn)定計(jì)算算分肢穩(wěn)定與單向向受彎構(gòu)件穩(wěn)定定一樣分肢所受軸力N和M按照以下原則分分配：分肢1分肢2格構(gòu)柱無(wú)論截面面大小，均應(yīng)設(shè)設(shè)置橫隔設(shè)置方法同軸心心受壓格構(gòu)柱4格構(gòu)柱的橫隔及及分肢的局部穩(wěn)穩(wěn)定橫膈的間距不得得大于柱截面較較大寬度的9倍且不得大于8m運(yùn)送單元端部應(yīng)應(yīng)設(shè)置橫隔較大水平力作用用處格構(gòu)柱分肢局部部穩(wěn)定同實(shí)腹式式柱梁與柱的連接類類型：鉸接連接——柱身只承受梁端端的豎向剪力，，梁與柱軸線間間的夾角可以自自由改變，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)不受約約束；剛性連接——柱身在承受梁端端豎向剪力的同同時(shí)，還將承受受梁端傳遞的彎彎矩，梁與柱軸軸線間的夾角在在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保保持不變；半剛性連接（partially

restrained

connection）——介于鉸接連接和和剛性連接之間間，這種連接除除承受梁端傳來(lái)來(lái)的豎向剪力外外，還可以承受受一定數(shù)量的彎彎矩，梁與柱軸軸線間的夾角在在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將將有所改變，受受到一定程度的的約束§6-8框架中梁與柱的的連接框架結(jié)構(gòu)梁柱連連接一般為剛接接實(shí)際工程中理想想剛接很少存在在的，當(dāng)梁柱節(jié)節(jié)點(diǎn)能夠承受理理想剛性連接彎彎矩的90%以上時(shí)，即可認(rèn)認(rèn)為是剛性連接接梁柱剛性連接框架柱柱腳類型型有鉸接和剛接接柱腳兩種：鉸接柱腳只傳遞遞軸心壓力和剪剪力，構(gòu)造和計(jì)計(jì)算同軸心受壓壓柱柱腳相同，，但需采取抗剪剪構(gòu)造措施傳遞遞剪力剛接柱腳除了傳傳遞軸心壓力和和剪力外，還需需傳遞彎距框架柱多采用剛剛接柱腳，個(gè)別別單層框架采用用鉸接柱腳§6-9偏心受壓柱的柱柱腳設(shè)計(jì)1、鉸接柱腳：同同軸壓柱腳2、剛接柱腳1）整體式剛性柱柱腳適用于實(shí)腹柱及及分肢間距小的的壓彎構(gòu)件，