鋼結(jié)構(gòu)第四章鋼柱與鋼壓桿.ppt

第四章 鋼柱與鋼壓桿,第一節(jié) 應(yīng)用和構(gòu)造形式,一、應(yīng)用 無(wú)節(jié)間荷載的鋼桁架上弦桿和一部分腹桿軸心受壓構(gòu)件 有節(jié)間荷載的鋼桁架上弦桿，框架柱壓彎構(gòu)件,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第一節(jié) 應(yīng)用和構(gòu)造形式,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第一節(jié) 應(yīng)用和構(gòu)造形式,二、構(gòu)造 柱頭 柱身 柱腳,按柱身構(gòu)造形式分為 實(shí)腹柱 格構(gòu)柱,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第一節(jié) 應(yīng)用和構(gòu)造形式,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第二節(jié) 軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的整體穩(wěn)定性,截面設(shè)計(jì),第四章 鋼柱與鋼壓桿,第二節(jié) 軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的整體穩(wěn)定性,一、理想軸心壓桿的臨界力,理想軸心壓桿：,絕對(duì)直桿、材料均質(zhì)、無(wú)荷載偏心、無(wú)初始應(yīng)力,穩(wěn)定平衡：N較小時(shí)，直線平衡狀態(tài) 隨遇平衡（中性平衡）： N增大到某一數(shù)值時(shí)， 保持微彎平衡狀態(tài) 不穩(wěn)定平衡：N再稍有增加，彎曲變形隨即突然增大， 桿件屈曲,第四章 鋼柱與鋼壓桿,軸心壓桿保持微彎平衡狀態(tài)的臨界力,臨界應(yīng)力,：計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)（與桿件支承情況有關(guān)）,第四章 鋼柱與鋼壓桿,兩端鉸支,1.0,一端固定，一端鉸支,0.7,一端固定，一端自由,0.5,2,兩端固定,提高穩(wěn)定性方法：減小計(jì)算長(zhǎng)度 增大截面回轉(zhuǎn)半徑（A一定，增大I）,歐拉公式適用條件：材料處于彈性范圍，即,進(jìn)入非彈性階段，用切線模量,代替E,當(dāng),二、殘余應(yīng)力的影響,第四章 鋼柱與鋼壓桿,焊接工字形截面，翼緣為 軋制邊的殘余應(yīng)力分布：,殘余應(yīng)力： 在桿件尚未承受外荷載前已存在的一種初應(yīng)力， 在截面上自相平衡。,第四章 鋼柱與鋼壓桿,殘余應(yīng)力的影響： 1、在軸心壓力N作用下， 使截面的某些部位提前屈服,當(dāng)平均應(yīng)力,翼緣兩外端達(dá)到,第四章 鋼柱與鋼壓桿,2、將截面分成變形模量不同的兩部分 降低截面剛度。,3、降低壓桿的穩(wěn)定承載能力,第四章 鋼柱與鋼壓桿,4、對(duì)弱軸的影響比對(duì)強(qiáng)軸嚴(yán)重,對(duì)強(qiáng)軸 x- x 軸屈曲,對(duì)弱軸 y-y 軸屈曲,第四章 鋼柱與鋼壓桿,三、實(shí)際軸心壓桿的穩(wěn)定極限承載力,極限承載力理論（壓潰理論或最大強(qiáng)度準(zhǔn)）：,考慮初偏心、初彎曲、殘余應(yīng)力等的影響， 按偏心壓桿的穩(wěn)定理論求其極限荷載,C點(diǎn)之前：穩(wěn)定平衡 C點(diǎn)之后：不穩(wěn)定平衡 C點(diǎn)：穩(wěn)定極限應(yīng)力,規(guī)范：按截面形式，加工方法，彎曲方向不同及相應(yīng)的殘余應(yīng)力，算 出96條穩(wěn)定系數(shù),GB50017的柱子曲線,第四章 鋼柱與鋼壓桿,計(jì)算公式：,：軸心壓桿的穩(wěn)定系數(shù),根據(jù)表4-1的截面分類、構(gòu)件鋼號(hào)、長(zhǎng)細(xì)比,查附錄七,四、剛度驗(yàn)算,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第三節(jié) 軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的局部穩(wěn)定性,在計(jì)算中通常以限值板寬厚比來(lái)保證其局部穩(wěn)定性,計(jì)算原則：局部失穩(wěn)不先于整體失穩(wěn),1、工字形截面翼緣： 三邊簡(jiǎn)支，一邊自由,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第四節(jié) 軸心受壓實(shí)腹式柱設(shè)計(jì),、截面形式,常用截面形式有軋制普通工字鋼、H型鋼、焊接工字形截面、 型鋼和鋼板組合截面、圓管、方管截面等。,第四章 鋼柱與鋼壓桿,選擇截面的原則： 1.面積分布盡量開(kāi)展，以增加截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑 （提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度）,2.等穩(wěn)定性,3. 便于與其他構(gòu)件連接，盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工,第四章 鋼柱與鋼壓桿,寬翼緣H型鋼：改善截面對(duì)y 軸的穩(wěn)定性 焊接工字形截面：組合靈活，易使截面分布合理，應(yīng)用廣泛 管形截面：兩個(gè)方向的回轉(zhuǎn)半徑相近，構(gòu)件為封閉式， 內(nèi)部不易生銹， 但與其他構(gòu)件連接較麻煩,第四章 鋼柱與鋼壓桿,二、截面選擇,已知：N，截面形式，鋼號(hào)，,A 與,是相關(guān)聯(lián)的兩未知數(shù)，通過(guò)試算確定A,步驟：,1. 假設(shè)長(zhǎng)細(xì)比,第四章 鋼柱與鋼壓桿,2.確定截面尺寸,（1）利用等穩(wěn)定條件，一般,由近似關(guān)系,第四章 鋼柱與鋼壓桿,特例:,焊接工字形截面,若,由等穩(wěn)條件,，則,形成扁而寬的截面，與其它構(gòu)件連接困難,按構(gòu)造取,第四章 鋼柱與鋼壓桿,（2）由A ，b1 ,h 試選 t, tw,主要由局部穩(wěn)定條件確定,第四章 鋼柱與鋼壓桿,（1）整體穩(wěn)定性,（2）強(qiáng)度（有孔洞削弱）,3、驗(yàn)算（按選定的截面尺寸，求實(shí)際面積和實(shí)際長(zhǎng)細(xì)比）,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第四章 鋼柱與鋼壓桿,1.增加腹板厚度tw（不經(jīng)濟(jì)） 2.設(shè)置縱向加勁肋（減小腹板計(jì)算高度）,3.板屈曲后還有很大承載能力 按有效截面計(jì)算,考慮腹板部分退出工作，腹板截面面積 僅考慮腹板兩側(cè)各,按有效截面計(jì)算整體穩(wěn)定,第四章 鋼柱與鋼壓桿,三、構(gòu)造要求,2. 軸壓構(gòu)件，翼緣與腹板連接焊縫厚度,（偶然性彎曲引起的剪力很?。?（防止腹板在運(yùn)輸和施工過(guò)程中發(fā)生變形， 提高柱的抗扭剛度）,第四章 鋼柱與鋼壓桿,【例題4-1 】某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖所示。柱的上、下端均為鉸接，柱高4.2m，承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為1000kN，鋼材為Q235，翼緣為火焰切割邊，焊條為E43系列，手工焊。試驗(yàn)算該柱是否安全。,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第五節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件的穩(wěn)定性,yy：實(shí)軸（與單肢腹板相垂直的主軸） xx：虛軸（與綴材平面相垂直的主軸）,、特點(diǎn) 繞實(shí)軸y的穩(wěn)定計(jì)算同實(shí)腹式構(gòu)件 (兩個(gè)單肢相當(dāng)于兩個(gè)并排的實(shí)腹式構(gòu)件) 2. 繞虛軸x的穩(wěn)定性比有同樣實(shí)腹式構(gòu)件小,第四章 鋼柱與鋼壓桿,二、繞虛軸x的整體穩(wěn)定性計(jì)算,軸壓構(gòu)件失穩(wěn)時(shí)與梁的彎曲相同，產(chǎn)生彎矩和剪力， 對(duì)實(shí)腹式構(gòu)件，剪力由通長(zhǎng)的腹板承受，剪切變形很小，可忽略 格構(gòu)式構(gòu)件，單肢每隔一定的距離用綴材聯(lián)系，柱是中空的， 繞虛軸失穩(wěn)時(shí)，剪力引起的變形比實(shí)腹式構(gòu)件大，,第四章 鋼柱與鋼壓桿,考慮剪力對(duì)臨界力降低的影響,臨界應(yīng)力公式：, 單位剪切角（剪力V1是產(chǎn)生的剪切角）,實(shí)腹式構(gòu)件,格構(gòu)式構(gòu)件：,繞虛軸x的臨界應(yīng)力,第四章 鋼柱與鋼壓桿, 用加大長(zhǎng)細(xì)比的辦法考慮剪切變形的影響,計(jì)算繞虛軸整體穩(wěn)定性的公式：,第四章 鋼柱與鋼壓桿,雙肢綴條柱,A格構(gòu)柱截面面積 A1 （兩個(gè)綴條平面）斜綴條毛截面面積之和 單斜式 A1兩根斜綴條面積之和 雙斜式 A1 四根斜綴條面積之和,第四章 鋼柱與鋼壓桿,雙肢綴板式柱,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),截面形式,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),截面形式,綴條式格構(gòu)柱： 綴條與兩單肢構(gòu)成桁架體系， 剛性較大，用于受力較大的柱 綴板式格構(gòu)柱： 綴板與兩單肢構(gòu)成剛架體系， 變形時(shí)各桿均有彎曲變形大，用于受力較小的柱,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),一、雙肢格構(gòu)柱截面選擇,1、繞實(shí)軸y的穩(wěn)定性選擇截面（同實(shí)腹式構(gòu)件）,假定長(zhǎng)細(xì)比,第四章 鋼柱與鋼壓桿,雙肢綴條柱：,預(yù)先估計(jì)斜綴條A1,一般用角鋼405或506,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),雙肢綴板柱：,為柱單肢對(duì)自身最小剛度軸11軸長(zhǎng)細(xì)比,構(gòu)造要求：兩槽鋼的凈間距,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),構(gòu)造要求：兩槽鋼的凈間距,第四章 鋼柱與鋼壓桿,第六節(jié) 軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件設(shè)計(jì),二、設(shè)計(jì)綴材（綴條或綴板）,當(dāng)軸壓格構(gòu)柱達(dá)到臨界狀態(tài)繞虛軸彎曲時(shí)， 綴條或綴板受橫向剪力,1、確定剪力,假設(shè)繞虛軸彎曲時(shí)的撓曲線為正弦曲線,第四章 鋼柱與鋼壓桿,V呈余弦曲線，最大值在構(gòu)件兩端,由臨界狀態(tài)時(shí)，受壓側(cè)柱肢全部屈服條件決定：,第四章 鋼柱與鋼壓桿,:繞虛軸整體穩(wěn)定性系數(shù),規(guī)范采用,計(jì)算時(shí): 假定剪力V沿全長(zhǎng)不變， 由綴條或綴板面共同分擔(dān),第四章 鋼柱與鋼壓桿,2、綴條設(shè)計(jì),單斜式綴條 雙斜式綴條,剪力由綴條面共同承擔(dān),綴條可視為以柱肢為弦桿的桁架的腹桿,每根斜綴條的內(nèi)力：,單斜式綴條：,雙斜式綴條,第四章 鋼柱與鋼壓桿,a. 按軸心壓桿計(jì)算,: 單根綴條截面面積,采用單角鋼405或506，與柱肢連接存在偏心，將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減,等邊角鋼折減系數(shù),短邊相連的不等邊角鋼,長(zhǎng)邊相連的不等邊角鋼,第四章 鋼柱與鋼壓桿,: 斜綴條長(zhǎng)細(xì)比,: 斜綴條幾何長(zhǎng)度,:單角鋼最小回轉(zhuǎn)半徑,b、綴條與柱肢連接焊縫計(jì)算,第四章 鋼柱與鋼壓桿,3、綴板設(shè)計(jì),綴板與兩單肢視為一多層剛架，整體撓曲時(shí)， 假定各層肢段的中點(diǎn)和綴板中點(diǎn)為反彎點(diǎn),反彎點(diǎn)處M0，僅受剪力,取一段脫離體分析， 由力矩平衡條件得綴板受的垂直剪力,：兩綴板中心間距,第四章 鋼柱與鋼壓桿,綴板與柱肢連接處彎矩：,a、綴板內(nèi)力不大，截面尺寸由構(gòu)造要求確定,b、綴板