鋼結(jié)構(gòu)設計原理之構(gòu)件截面承載力-強度

第3章構(gòu)件截面承載力—強度鋼結(jié)構(gòu)承載能力的三種形式：構(gòu)件截面承載能力：在荷載作用下截面的應力與構(gòu)件材料相應強度值的比較，即強度單個構(gòu)件的承載能力：構(gòu)件的穩(wěn)定性，與構(gòu)件的剛度有關(guān)整體結(jié)構(gòu)的承載能力：與抗側(cè)力構(gòu)件的剛度有關(guān)或與結(jié)構(gòu)體系中壓桿、壓彎構(gòu)件有關(guān)3.1軸心受力構(gòu)件的強度和截面選擇

1、軸心受力構(gòu)件的應用：分類：軸心受壓構(gòu)件、軸心受拉構(gòu)件應用：桁架：鋼屋架、托架、吊車梁以及制動桁架；塔架：電視塔、氣象塔、輸電線路塔；網(wǎng)架：平面網(wǎng)架、空間網(wǎng)架；柱：操作平臺柱、抗風柱；各種支撐結(jié)構(gòu)：屋面支撐、柱間支撐以上各種結(jié)構(gòu)中的每一根桿件均為軸心受力構(gòu)件。3.塔架1.桁架2.網(wǎng)架軸心受壓柱實腹式軸壓柱與格構(gòu)式軸壓柱二、軸心受壓構(gòu)件的截面形式截面形式可分為：實腹式和格構(gòu)式兩大類。1、實腹式截面2、格構(gòu)式截面截面由兩個或多個型鋼肢件通過綴材連接而成。3、截面選擇的基本原則：滿足強度所需的截面面積；滿足剛度的要求；制作簡便；便于連接三、軸心受力構(gòu)件的強度和剛度

強度計算（承載能力極限狀態(tài)）

N—軸心拉力或壓力設計值；

An—構(gòu)件的凈截面面積；

f—鋼材的抗拉強度設計值。軸心受壓構(gòu)件，當截面無削弱時，強度不必計算。軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強度

（承載能力極限狀態(tài)）剛度

（正常使用極限狀態(tài)）強度剛度

（正常使用極限狀態(tài)）穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)）軸心受壓構(gòu)件的強度計算當壓桿截面無孔洞時，構(gòu)件承載力是由穩(wěn)定來控制，此時強度可不計算；當壓桿截面有孔洞時，構(gòu)件承載力可由強度來控制，此時即要計算凈截面強度又要計算桿件的穩(wěn)定性；梁——承受橫向荷載的受彎實腹式構(gòu)件格構(gòu)式梁——桁架一、類型3.2梁的類型和強度按制作方法分：型鋼梁、組合（截面）梁樓蓋梁平臺梁按功能分吊車梁檁條墻架梁等1.型鋼梁2.組合梁3.單向彎曲梁與雙向彎曲梁4.梁的計算內(nèi)容正常使用極限狀態(tài)剛度(計算撓度小于允許撓度)承載能力極限狀態(tài)強度抗彎強度抗剪強度局部壓應力折算應力整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定構(gòu)件的疲勞驗算：直接承受動力荷載的梁，當n>5×104次時應進行計算。梁的正應力：以工字型截面為例，純彎曲的簡支梁的M-ω曲線。有四個階段：1）彈性工作階段2）彈塑性工作階段3）塑性工作階段4）應變硬化階段3.2.2梁的彎曲、剪切強度(一)抗彎強度1.工作性能（1）彈性階段

x

xσfy彈性階段的最大彎矩:注：需進行疲勞驗算的梁以此作為承載能力極限狀態(tài)；冷彎薄壁梁也以此作為承載能力極限狀態(tài)(2)彈塑性階段

x

xσfyaafyfy分為

和

兩個區(qū)域。

梁翼緣邊緣纖維應力已達到屈服點，開始形成塑性區(qū)，并從翼緣開始逐步向中和軸發(fā)展?？拷泻洼S部分腹板面積仍保持彈性階段。這時所增加的外力ΔM全部由彈性區(qū)來承受。普通鋼結(jié)構(gòu)的受彎構(gòu)件就是以這個階段作為承載力極限狀態(tài)。此時只考慮部分截面塑性發(fā)展。

x

xσfyaafyfy(3奏)塑敞性工哥作階狀段彈性出區(qū)消列失，病形成株塑性沸鉸綁。是鋼機結(jié)構(gòu)怠進行塑性盡設計的依攔據(jù)。扎此時兩截面曲出現(xiàn)隔塑性洪鉸，Mxp即為飾塑性別鉸彎去矩。塑性時鉸彎配矩修與彈散性最筑大彎已矩惡之道比:只取決于截面幾何形狀而與材料的性質(zhì)無關(guān)的形狀系數(shù)。對X軸對Y軸XXYYA1Aw（4豈）應檔變硬竹化階來段梁翼名緣的減強度超有所形增加柴，但躁在計布算時贏不利悲用這嘉一階陪段的躬強度客值，潔作為強度哄儲備津。2.號抗彎輩強度居計算梁設廊計時挺只是廉有限那制地奮利用容截面丙的塑翻性，劑如工叮字形傾截面出塑性強發(fā)展壟深度奮取a?！躧杰/8獨。(1錦)單玩向彎毛曲梁(2嘆)雙承向彎妖曲梁

x

xaafy式中強：截面庸塑性破發(fā)展邊系數(shù)首，對坊于工呀字形影截面諷梁:其他誘截面何見表磁3-籮4。當翼政緣外哈伸寬雨度b販與其信厚度t之比喬滿足連:時，需要坊計算輩疲勞浸強度悄的梁愚:XXYYbt（二差）抗慕剪強淺度VmaxMmaxtmax

x

x在荷刃載作降用下方梁截過面既萄有彎矩又有剪力（純拘彎曲是梁除斧外）熄，截米面既惰有正蓮應力甚又有時剪應炒力。對熱軋拉型鋼，由舞于其鑒腹板片較厚裁，若怒腹板言無孔茂洞或您截面鍛削弱昏，一各般情廟況下訪不驗啊算剪孝應力倦；（三挑）局路部壓福應力當梁鍛的翼偵緣受罩有沿蔬腹板按平面液作用掀的固定慰集中搭荷載且荷貌載處萍又未醫(yī)設置凍支承流加勁事肋時忍，或玻有移動針的集陶中荷界載時，龜應驗乓算腹豈板高拋度邊眾緣的娘局部承壓趟強度宵。F——喚集中烤力,斯對動繁力荷德載應厲考慮峽動力擋系數(shù)頂；——集中荷載增大系數(shù)，重級工作制吊車為1.35，其他為1.0；lz--囑集中檢荷載扒在腹遼板計境算高狹度邊耀緣的喜假定蒜分布進長度鋼：a--界集中駕荷載孩沿梁頑跨度堤方向濃的支預承長凱度，豎對吊哄車輪防壓可取為罷50鍬mm研；hy--峽自梁諸承載錯邊緣市到腹露板計殊算高穗度邊碗緣的某距離神；hR--苦軌道胸的高游度，搬計算徹處無公軌道喜時取雷0；a1--鐵梁端狂到支猜座板刑外邊徑緣的犧距離智，按灰實際青取，貼但不緊得大于高2.貝5hy。梁端臺支座免反力權(quán)：跨中見集中丙荷載監(jiān)：腹板棋的計島算高且度ho的規(guī)舟定：1．籍軋制齒型鋼凈，兩蛛內(nèi)孤擱起點齡間距閑;2．牙焊接競組合吩截面從，為祖腹板封高度據(jù);3．開鉚接拔時為樣鉚釘抖間最拒近距繭離。hobt1hobt1ho當驗病算不滋滿足偶時應做采取槳措施怖：1、抵設置芳橫向聰加勁價肋；福（固定笑集中皇荷載）2、秒加大規(guī)腹板氧厚度博；（移動絲式集中跟荷載）（四上）組栗合應焰力（感折算順應力抬）同一肝截面的同一腥部位有多功種應竹力狀躁態(tài)時票，是訪否滿天足強手度要船求。以工吹字型幸截面冊為例做：σma摘x（邊緣）、τma籠x（中和池軸）是同一室截面收的不毒同部故位。此埋外任穴一部掛位都俊有σ、τ，找銀最不糠利的緣瑞部位切。應帶各自符號，拉為正。計算折算應力的設計值增大系數(shù)。異號時，同號時或

原因匠：1?。话櫽芯舟櫟磕虫滭c達腿到塑摩性2．子異號親應力充場有蹈利于竹塑性邪發(fā)展愚——倆提高哭設計飄強度組合煉應力瓜驗算允時應橋注意智：式3灣-3確1、男32暮適用柱于外團荷載拼通過手截面剪心的情嗚況；必須莊是同一遵截面丹同一佳部位的σ、ι、σc；式3附-3遇1、約32馳應用主于特傭定截結(jié)面、舅特定詠部位如：沿梁零長度銳方向：支蘿座處刪、集僅中力汽作用晚處；芹變截計面梁摸截面扭改變艙處,惱均布枕載荷傅不連邀續(xù)的條截面；沿梁洗高度讀方向：翼岡緣和包腹板痕交界腔處；為什影么普狂通鋼籌結(jié)構(gòu)陳中鋼喉梁的桿強度磁不利振用完做全塑辱性而步只考書慮部懇分截痰面的似塑性上變形劍？當截川面發(fā)鋼生塑定性變陶形時逐，將蓄使梁烏的撓度增大絲式而不痰滿足短正常默使用怒的要歲求；梁翼患緣與想腹板纖交接雞處的折算架應力副太大而不卷滿足化要求分；對梁誰的整體飄穩(wěn)定禁和局估部穩(wěn)腦定不利仿?！兑?guī)嶼范》被規(guī)定掙梁的淚正應棋力計染算公重式見宇第5絡4頁方。3.飛4浙按強薦度條曾件選樸擇梁咬截面有一薄個前素提條煩件：峰當梁恐的整體疲穩(wěn)定虜滿足攤要求時“選可以件通過佳強度英條件供選擇遭梁截譯面”晉。初選跌截面熱軋臟型鋼（用抹于跨惰度不揚是很勁大的疼情況棒）：利用跳公式焊接違截面奪（用菌于跨頓度和晃荷載種都較朽大的恰情況壟）：一、艦截面驅(qū)選擇原則巾：強壩度、怨穩(wěn)定紋、剛鍵度、探經(jīng)濟礦性等急要求1、減截面民高度（1跳）容西許最慶大高療度hma詠x—凈牙空要街求；（2埋）容考許最勉小高患度hmi鐵n由剛辰度條神件確牌定，倆以簡叛支梁粱為例步：（3五）梁雜的經(jīng)晶濟高堪度he經(jīng)驗源公式盜：綜上年所述震，梁民的高皇度應稈滿足析：2、腹板敢高度hw因翼尚緣厚煤度較城小，辰可取hw比h稍小辭。hw<1客m時花，取爺50燒的倍夠數(shù)，剩（以牲mm雨計）hw>1劉m時慢，取減10芹0的偵倍數(shù)息，（吳以m今m計甘）3、腹板談厚度tw由抗水剪強伍度確父定：一般浮按上癥式求清出的tw較小櫻，可喂按經(jīng)斑驗公抵式計娃算：構(gòu)造傳要求沒：一般bf以1世0m份m為窄模數(shù)難，t以2興mm羽為模來數(shù)。確定bf、t尚應板考慮殊板材紀的規(guī)愈格及屠局部予穩(wěn)定無要求雕。bfhwh1httwxx4、捷翼緣崇尺寸跑確定功：由Wx及腹提板截疑面面犬積確意定。確定擾翼緣鏈的寬度bf和厚度t：構(gòu)造浸要求脊：1）t取2遼的倍激數(shù)，b取1左0的陰倍數(shù)吩；bmi罩n=18汪0m蓄m（一炕般梁炒）30瘋0m虛m(吊堪車梁還）2)廳并應她盡量優(yōu)寬一映些，犯有利像于梁漂的穩(wěn)憑定；3）泛滿足限局部烏穩(wěn)定沫的要尿求：二、甩截面圍驗算截面催確定懂后，熊求得徑截面戒幾何貪參數(shù)IxWxIyWy等。1、陣強度裕驗算盟：抗盛彎強移度、刺抗剪蜻強度袍、局緣瑞壓強鍋度、壇折算應妙力；2、返整體晝穩(wěn)定向驗算宅；3、迎局部團穩(wěn)定蘇驗算抽，對秧于腹扔板一塞般通安過加渠勁肋蘋來保型證4、棚剛度憲驗算倉；5、窗動荷涂載作捐用，雕必要欲時尚件應進碌行疲圾勞驗堡算。應注蘇意：截爛面驗由算時很應將梁的販自重加進就去。三、劈燕組合炕梁截訴面沿埋長度界的改崖變截面M沿l改變記，為禍節(jié)約神鋼材盜，將M較小和區(qū)段月的梁廟截面崖減小炮，截田面的螞改變相有兩汪種方缸式：1、轟改變倍翼緣益板截私面指受怎強度以控制丑的焊接劈燕截面，可類以沿潛梁的朗長度桌方向虎變化竭。主圾要用依在實腹辭式焊歲接吊涂車梁。bfbf’12.5（4)（a）（b）l~l/6~l/6M1M1M（1悟）單缺層翼栗緣板答，一短般改錦變bf，而t不變慌，做客法如朗圖：（2麻）多毒層翼召緣板驚，可仗采用聲切斷掛外層稅翼緣扣板的標方法必，斷王點求計算圖確定作，做危法如盛圖：為了陶保證珍，斷客點處撤能正斑常工營作，態(tài)實際曉斷點景外伸率長度l1應滿爬足：lM1M1l1l11）之端部有正外面角仁焊縫時：當hf≥0耕.7窩5t1時：l1≥b1當hf<喂0.憶75t1時：l1≥1蝦.5b12）鏈端部無正辮面角再焊縫時：l1≥2b1b1、t1——外層猶翼緣口板的遙寬度登和厚忠度；hf——在焊腳有尺寸悠。lM1M1l1l12、臂改變桌梁高嶄具體吧做法廣如圖娛：h≥h/2h≥h/2抵緊焊接l/6~l/5端部腳腹板倉高度聽應滿起足抗剪縣強度的要披求；梁端部厚高度不小曲于梁糟高的綠一半譽；轉(zhuǎn)折牲點的距校離為雕（1依/5全~1倉/6嗽）梁襪的跨脆度；轉(zhuǎn)折腳點處謎腹板暗設橫向特加勁以肋。梁的誘扭轉(zhuǎn)自由洲扭轉(zhuǎn)：截瞧面之圈間無浴約束眨，可耕以自吳由翹殃曲，秘縱向愛纖維磁無軸袖向應尸變，殊截面只有賤剪應差力。其計藏算公食式為受3-即11伯、3岡-1域2；從式稿3-洲11務中可孫知，It愈大挺，則斷抗扭伸剛度G隸It也愈淡大，發(fā)抗扭瓣性能蒼就愈獨好。將截厭面面磚積相敘同的雄工字弦型截匯面和掠箱形卵截面祖進行聞比較襲。約束喂扭轉(zhuǎn)：桿捏件端地部的脾支承報使截澡面之嘆間互敲相約端束，遣其截傾面的絮翹曲富變形崖受到富約束擾，縱繁向纖腦維有積軸向汽拉伸影或壓該縮，置截面曬除有剪應悅力外，袍還有正應歌力。引起景截面驅(qū)剪應旨力的懼扭矩禮有兩宮部分擦組成恭：自由器扭轉(zhuǎn)李力矩和約束脖扭轉(zhuǎn)筆力矩。其計命算公鏡式為禽3-軋27血。約束懷扭轉(zhuǎn)堅正應移力的峽計算農(nóng)公式紅見第渾61耽頁。3.挽5餃梁的減內(nèi)力詳重分刷布和逮塑性嫌設計內(nèi)力臣重分每布：級對超靜笑定結(jié)職構(gòu)，截渠面出輔現(xiàn)塑性酸鉸后，拋隨著椅荷載啄的增假加，篇結(jié)構(gòu)抵內(nèi)力梯重新順分布籍，使子其他羊截面番出現(xiàn)乒塑性遣鉸，艙直至框形成晴機動桿結(jié)構(gòu)脊。塑性旺設計初：就讓是利考用內(nèi)模力重段分布冰，使裙截面撒達到炕材料懷的屈德服強洲度，鑰充分河發(fā)揮女材料建的潛誘能。鋼材烈性能聾要滿腐足以黨下要屈求：1）δ5≥15孕%；2）εu≥20εy；3)fu/fy≥1.勿2塑性倦設計自適用東范圍段：不味直接司承受而動荷丹載的裙超靜欠定梁鏈；由實爆腹構(gòu)釣件組叮成的喪單層漫和兩艇層框漏架。3.描6獵拉彎教、壓玩彎構(gòu)跑件的卡應用子和強踐度計繁算一、條應用一般趣工業(yè)比廠房拴和多織層房叮屋的共框架充柱均貧為拉彎濤和壓衡彎構(gòu)傭件。NMNe二、漆截面付形式實腹段式拉彎床構(gòu)件歲的截面桃出現(xiàn)購塑性晨鉸是承庸載能緊力的珠極限確狀態(tài)欄；對格構(gòu)譜式拉彎授桿繞錫虛軸樣受彎亡和冷彎球薄壁株型鋼截電面拉鉛彎桿查，把截面慘邊緣誓達到堆屈服紅強度視為沾構(gòu)件釋極限呼狀態(tài)右，以水上屬膝于強度少破壞蠅形式皂；對軸挽心拉橡力很釘小而書彎矩到很大系的拉跨彎桿呈也可鮮能存絨在和以梁類敘似的彎扭坡失穩(wěn)的破柳壞形動式。拉彎歷構(gòu)件圣破壞賠形式壓彎猜構(gòu)件帆的破壞熱形式取決拒于桿五的受力慈條件，桿杜的長度，支承河條件、截面紫的形腹式和尺寸等。革對粗秤短桿恐和截背面有枝嚴重聲削弱景的桿六可能島產(chǎn)生強度誦破壞，此寸外大挑多數(shù)筑壓彎撐構(gòu)件陰總是整體虧失穩(wěn)援破壞。組徹成壓擾彎構(gòu)此件的友板件罰，還上有板判件屈詳曲將亂促使寬構(gòu)件版提前蹈失穩(wěn)鐵的局部封失穩(wěn)睛破壞。三、湖計算呈內(nèi)容拉彎荷構(gòu)件：承載策能力穩(wěn)極限配狀態(tài)樸：強度正常雀使用快極限堪狀態(tài)陳：剛度強度穩(wěn)定實腹式

格構(gòu)式

彎矩作用在實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

承載藏能力圣極限暢狀態(tài)正常慣使用逆極限毀狀態(tài)剛度壓彎首構(gòu)件侄：3.科6.繁2拉彎郊和壓梯彎構(gòu)采件的鏡強度一、街截面貝應力沸的發(fā)碧展以工疏字形核截面浮壓彎倚構(gòu)件崗為例：hhwAfAfAwFy(A)(A對)彈腿性工互作階灣段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D吼)塑哪性工季作階切段—塑性酷鉸(塌強度些極限書)(B厲)最質(zhì)大壓錄應力撇一側(cè)非截面獅部分賴屈服(C登)截寫面兩煩側(cè)均煙有部步分屈棒服ηhηhh-2ηh（A殲）整推個截練