《鋼結(jié)構(gòu)》第6章拉彎和壓彎構(gòu)件(索小永-安徽工程大學(xué)2013年版)

《鋼結(jié)構(gòu)》第6章拉彎和壓彎構(gòu)件(索小永-安徽工程大學(xué)2013年版)第一頁，共39頁。目錄6.1概述6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度

6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定6.4壓彎構(gòu)件（框架柱）的設(shè)計(jì)6.5框架中梁與柱的連接6.6框架柱的柱腳難點(diǎn)第二頁，共39頁。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。NMNe6.1概述6.1概述第三頁，共39頁。6.1概述第四頁，共39頁。6.1概述第五頁，共39頁。三、計(jì)算內(nèi)容6.1概述第六頁，共39頁。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6.1概述第七頁，共39頁。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)剛度壓彎構(gòu)件：6.1概述第八頁，共39頁?；仡?軸心受壓、受彎構(gòu)件強(qiáng)度公式6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度第九頁，共39頁。一、截面應(yīng)力的發(fā)展以工字形截面壓彎構(gòu)件為例：hhwAfAfAwfy(A)(A)彈性工作階段6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度第十頁，共39頁。HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工作階段—塑性鉸(強(qiáng)度極限)(B)最大壓應(yīng)力一側(cè)截面部分屈服(C)截面兩側(cè)均有部分屈服ηhηhh-2ηh6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度第十一頁，共39頁?！兑?guī)范》給定的在N、Mx作用下的強(qiáng)度計(jì)算公式?！兑?guī)范》給定的在N、Mx、My作用下的強(qiáng)度計(jì)算公式。N——軸心壓力設(shè)計(jì)值A(chǔ)n——驗(yàn)算截面凈截面面積Mx、My——兩個(gè)主平面內(nèi)的彎矩Wn,x、Wn,y——驗(yàn)算截面對(duì)兩個(gè)主軸的凈截面模量x、y——截面在兩個(gè)主平面內(nèi)的截面塑性發(fā)展系數(shù)。

取值同受彎構(gòu)件注意：強(qiáng)度計(jì)算拉彎和壓彎控制公式同。6.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度第十二頁，共39頁。

一、彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定6.3.1實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十三頁，共39頁。第十四頁，共39頁。

《規(guī)范》采用的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十五頁，共39頁?！兑?guī)范》βmx對(duì)作出具體規(guī)定：

1、框架柱和兩端支承構(gòu)件（1）沒有橫向荷載作用時(shí)：

M1、M2為端彎矩，無反彎點(diǎn)時(shí)取同號(hào)，否則取異號(hào)，｜M1｜≥｜M2｜

（2）有端彎矩和橫向荷載同時(shí)作用時(shí):使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時(shí):βmx=1.0使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí):βmx=0.85（3）僅有橫向荷載時(shí)：βmx=1.02、懸臂構(gòu)件:βmx=1.06.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十六頁，共39頁。對(duì)于單軸對(duì)稱截面，當(dāng)彎矩使較大翼緣受壓時(shí)，受拉區(qū)可能先受拉出現(xiàn)塑性，為此應(yīng)滿足：6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十七頁，共39頁。

《規(guī)范》采用的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算N——驗(yàn)算截面處的軸力A——壓彎構(gòu)件的截面面積Mx——計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)(構(gòu)件側(cè)向支撐點(diǎn)間)的最大彎矩h——截面影響系數(shù)，箱形截面取0.7，其他截面取1.0jy——彎矩作用平面外的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)單軸對(duì)稱截面應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，采用換算長(zhǎng)細(xì)比確定btx---計(jì)算彎矩平面外穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù)，取平面外兩相鄰支承點(diǎn)間構(gòu)件為計(jì)算單元，取值同βmx；jb——均勻彎曲的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)按附錄3.5計(jì)算。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十八頁，共39頁。注意：用以上公式求得的應(yīng)φb≤1.0；當(dāng)φb>0.6時(shí)，不需要換算，因已經(jīng)考慮塑性發(fā)展；閉口截面（如：箱形截面）φb=1.0。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第十九頁，共39頁。規(guī)范采用了同軸心受壓構(gòu)件相同的方法，限制板件的寬厚比及高厚比的方法。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十頁，共39頁。壓彎構(gòu)件腹板彈性狀態(tài)受力情況τσmaxσminahw板厚tw

腹板受力較復(fù)雜。同時(shí)受不均勻壓力和剪力的作用。腹板的高厚比限值腹板的局部穩(wěn)定主要與壓應(yīng)力的不均勻分布的梯度有關(guān)。0—應(yīng)力梯度max－腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力min—腹板計(jì)算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力，壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)1.工字形和H形截面的腹板6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定0

＝(max-min)/max第二十一頁，共39頁。當(dāng)1.6≤o≤2.0時(shí):——構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長(zhǎng)細(xì)比；當(dāng)≤30時(shí)，取=30，≥100時(shí)，取=100。2.箱形截面的腹板考慮到兩塊腹板可能受力不均，將按上兩式確定的高厚比值乘0.8的折減系數(shù)。但不應(yīng)小于。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定

《規(guī)范》規(guī)定工字形和H形截面壓彎構(gòu)件腹板高厚比限值：當(dāng)0≤o≤1.6時(shí):第二十二頁，共39頁。3.T形截面的腹板當(dāng)0≤1.0時(shí)當(dāng)0＞1.0時(shí)當(dāng)彎矩作用在T形截面對(duì)稱軸內(nèi)并使腹板自由邊受壓時(shí)：當(dāng)彎矩作用在T形截面對(duì)稱軸內(nèi)并使腹板自由邊受拉時(shí)：6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十三頁，共39頁。

對(duì)于寬度很大的偏心受壓柱為了節(jié)省材料常采用格構(gòu)式構(gòu)件，且通常采用綴條柱。6.3.2格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十四頁，共39頁。一．壓彎格構(gòu)柱彎矩繞虛軸作用時(shí)的整體穩(wěn)定計(jì)算（一）彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定(N、Mx作用下：)

因截面中空，不考慮塑性性發(fā)展系數(shù)，故其穩(wěn)定計(jì)算公式為：6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十五頁，共39頁。

因?yàn)槠矫嫱鈴澢鷦偠却笥谄矫鎯?nèi)（實(shí)軸），故整體穩(wěn)定不必驗(yàn)算，但要進(jìn)行分肢穩(wěn)定驗(yàn)算。（三）分肢穩(wěn)定(N、Mx作用下：)

將綴條柱視為一平行弦桁架，分肢為弦桿，綴條為腹桿，則由內(nèi)力平衡得：分肢1分肢2xxyy2211MxNy2y1a分肢按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算。分肢計(jì)算長(zhǎng)度：

1）綴材平面內(nèi)（1—1軸）取節(jié)間長(zhǎng)度；

2）綴材平面外，取構(gòu)件側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十六頁，共39頁。二．壓彎格構(gòu)柱彎矩繞實(shí)軸作用時(shí)的整體穩(wěn)定計(jì)算

由于其受力性能與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同，故其平面內(nèi)、平面外的整體穩(wěn)定計(jì)算均與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同，但在計(jì)算彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定時(shí)，構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比取換算長(zhǎng)細(xì)比，φb取1.0。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十七頁，共39頁。1、整體穩(wěn)定采用與彎矩繞虛軸作用時(shí)壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算公式相銜接的直線式公式：三．雙向受彎格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算式中：

W1y—在My作用下，對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量；其余符號(hào)同前。6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十八頁，共39頁。

2、分肢穩(wěn)定 按實(shí)腹式壓彎構(gòu)件計(jì)算，分肢內(nèi)力為：分肢1分肢2xxyy2211MxNy2y1aMy6.3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定第二十九頁，共39頁。一、截面選擇1、對(duì)于N大、M小的構(gòu)件，可參照軸壓構(gòu)件初估；2、對(duì)于N小、M大的構(gòu)件，可參照受彎構(gòu)件初估；因影響因素多，很難一次確定。二、截面驗(yàn)算1、強(qiáng)度驗(yàn)算2、整體穩(wěn)定驗(yàn)算3、局部穩(wěn)定驗(yàn)算—組合截面4、剛度驗(yàn)算三、構(gòu)造要求6.4壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6.4.1實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6.4壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)第三十頁，共39頁。一、截面選擇1、對(duì)稱截面（分肢相同），適用于±M相近的構(gòu)件；2、非對(duì)稱截面（分肢不同），適用于±M相差較大的構(gòu)件；二、截面驗(yàn)算1、強(qiáng)度驗(yàn)算2、整體穩(wěn)定驗(yàn)算（含分肢穩(wěn)定）3、局部穩(wěn)定驗(yàn)算—組合截面4、剛度驗(yàn)算5、綴材設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)內(nèi)力取柱的實(shí)際剪力和軸壓格構(gòu)柱剪力的大值；計(jì)算方法與軸壓格構(gòu)柱的綴材設(shè)計(jì)相同。三、構(gòu)造要求1、壓彎格構(gòu)柱必須設(shè)橫隔，做法同軸壓格構(gòu)柱；2、分肢局部穩(wěn)定同實(shí)腹柱。6.4.2格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6.4壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)第三十一頁，共39頁。1）梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)一般用剛接，少數(shù)情況用鉸接。2）梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)要能有效傳遞：6.5框架中梁與柱的連接6.5框架中梁與柱的連接剪力腹板彎矩翼緣3）對(duì)應(yīng)于梁的上、下翼緣處設(shè)置柱的水平加勁肋或橫隔。第三十二頁，共39頁。2、剛接柱腳：傳遞軸心壓力、剪力、彎矩。

1）整體式剛性柱腳：適用于實(shí)腹柱及分肢間距小的壓彎構(gòu)件。2）分離式剛性柱腳：適用于分肢間距大的壓彎構(gòu)件。6.6框架柱的柱腳1、鉸接柱腳：傳遞軸心壓力、剪力。具體同軸壓柱腳

6.6框架柱的柱腳第三十三頁，共39頁。3、整體式剛性柱腳的設(shè)計(jì)1）底面積確定底板寬度b由構(gòu)造確定，c=20~30cm;

底板長(zhǎng)度l計(jì)算確定:2）底板厚度確定同軸壓柱腳，計(jì)算各區(qū)格板彎矩時(shí)，可取其范圍內(nèi)的最大反力。6.6框架柱的柱腳第三十四頁，共39頁。3）錨栓計(jì)算承擔(dān)M作用下產(chǎn)生的拉力，且錨栓是柱腳與基礎(chǔ)牢固連接的關(guān)鍵部件，其直徑大小由計(jì)算確定。ax合力點(diǎn)由Nt即可查得錨栓個(gè)數(shù)和直徑錨栓承擔(dān)的拉力：6.6框架柱的柱腳第三十五頁，共39頁。注意：以上計(jì)算是假定底板為剛性，計(jì)算值偏大；由于栓徑較大，故應(yīng)考慮螺紋處的應(yīng)力集中，同時(shí)應(yīng)使其彈性伸長(zhǎng)不宜過大，鋼材的強(qiáng)度取值應(yīng)降低，約為抗拉強(qiáng)度的0.7倍和0.6倍，詳見附表1.3中錨栓；由于底板的剛度不足，錨栓不能直接連于底板，以防止底板變形而使錨栓不能可靠受拉，錨栓通常支承于焊于靴梁的肋板上，肋板上同時(shí)擱置水平板和墊板。

6.6框架柱的柱腳第三十六頁，共39頁。4）靴梁、隔板及其焊縫計(jì)算