鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝（第4版）課件：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件課題1軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件——構(gòu)件承受通過截面形心軸線的軸向力作用。圖

軸心受力構(gòu)件在工程中的應(yīng)用

桁架；(b)塔架；(c)網(wǎng)架1.概述軸心受力構(gòu)件截面形式分為：實腹式和格構(gòu)式實腹式截面格構(gòu)式截面格構(gòu)式構(gòu)件由肢件和綴材組成。肢件就是受力件，一般是型鋼。綴材是把肢件連成整體，并能承擔(dān)剪力，分為綴條、綴板。綴條由角鋼組成橫、斜桿；綴板由鋼板組成。

圖

柱的組成軸心受力構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容應(yīng)滿足承載能力與正常使用兩種極限狀態(tài)的要求。

軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強度剛度強度剛度穩(wěn)定f—鋼材強度設(shè)計值，An—構(gòu)件凈截面面積(a)彈性狀態(tài)應(yīng)力；(b)極限狀態(tài)應(yīng)力2.1強度計算2.軸心受力構(gòu)件的強度和剛度

a）構(gòu)件凈截面面積計算An取Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面的較小面積計算(a)(b)(c)(d)圖

凈截面面積計算孔前傳力Nb）摩擦型高強螺栓連接的構(gòu)件n1—計算截面上的螺栓數(shù)。n—連接一側(cè)螺栓數(shù)；計算截面上的力為：N圖

高強度螺栓的孔前傳力摩擦型高強螺栓凈截面強度：摩擦型高強螺栓還應(yīng)驗算毛截面強度：N′---計算截面上的受到的力保證構(gòu)件在運輸、安裝、使用時不會產(chǎn)生過大變形。2.2剛度計算項次構(gòu)件名稱承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)一般建筑結(jié)構(gòu)有重級工作制吊車的廠房1桁架的桿件3502502502吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐300200—3其他拉桿、支撐、系桿(張緊的圓鋼除外)400350—

表

受拉構(gòu)件的容許長細比受拉構(gòu)件的極限承載力一般由強度控制，設(shè)計時只考慮強度和剛度。所謂的穩(wěn)定是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受載變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。細長的軸心受壓構(gòu)件受外力作用后，不能保持平衡的穩(wěn)定性，構(gòu)件產(chǎn)生變形而喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為喪失整體穩(wěn)定性，或稱屈曲。3.1整體穩(wěn)定3.軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定（1）理想的軸心受壓桿：理想軸心受壓構(gòu)件的屈曲（2）理想軸心壓桿的屈曲形式：

桿件筆直、截面均勻、無初始應(yīng)力、無初偏心、無初彎曲等缺陷。

彎曲屈曲

扭轉(zhuǎn)屈曲

彎扭屈曲1）彎曲屈曲——截面只繞一個主軸旋轉(zhuǎn)，桿縱軸由直線變?yōu)榍€，是雙軸對稱截面常見的失穩(wěn)形式。2）扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)——失穩(wěn)時各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)，是少數(shù)雙軸對稱截面可能發(fā)生的失穩(wěn)形式。3）彎扭失穩(wěn)——單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時，桿件發(fā)生彎曲變形的同時必然伴隨著扭轉(zhuǎn)。理想軸心受壓構(gòu)件的彈性彎曲屈曲兩端鉸支的理想細長壓桿，當(dāng)Ｎ較小時，桿件保持直線平衡狀態(tài)。當(dāng)壓力Ｎ增大時，桿件呈微彎曲平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為平衡的“分枝”。當(dāng)Ｎ超過某一數(shù)值時，桿件產(chǎn)生很大的彎曲變形，隨即破壞，即“屈曲”。根據(jù)平衡方程解得（歐拉臨界力）（歐拉臨界應(yīng)力）在彈性范圍內(nèi)適用，即；屈曲臨界力與抗彎剛度和構(gòu)件長度有關(guān)。構(gòu)件失穩(wěn)時如果截面應(yīng)力超出彈性極限，則構(gòu)件進入彈塑性工作階段，這時應(yīng)按切線模量理論進行分析。理想軸心受壓構(gòu)件的彈塑性彎曲屈曲

實際的軸心受壓構(gòu)件：桿件有初彎曲、荷載作用有初偏心、截面上有殘余應(yīng)力。實際軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定屬于第二類穩(wěn)定問題結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）從受力開始到破壞沒有平衡狀態(tài)分岔，臨界狀態(tài)表現(xiàn)為不能再承受荷載增量。初始缺陷初始缺陷對軸心受壓桿件穩(wěn)定承載力的影響

幾何缺陷：初彎曲、初偏心等力學(xué)缺陷：殘余應(yīng)力、材料不均勻等

軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線壓桿失穩(wěn)時臨界應(yīng)力

cr與長細比之間的關(guān)系曲線稱為柱子曲線。

a類為殘余應(yīng)力影響較小，c類為殘余應(yīng)力影響較大，并有彎扭失穩(wěn)影響，a、c類之間為b類，d類厚板工字鋼繞弱軸。軸心受壓構(gòu)件的截面分類——軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，通過構(gòu)件的長細比

查表得到。

3.2軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算

構(gòu)件長細比

的確定①截面為雙軸對稱的構(gòu)件：xxyy板件的局部穩(wěn)定問題

組成板件在整體失穩(wěn)之前不能保持其平面平衡狀態(tài)而發(fā)生波形凸曲，稱為局部失穩(wěn)。3.3局部穩(wěn)定采用限制板件寬度與厚度之比不要過大，否則臨界應(yīng)力σcr

很低，會過早發(fā)生局部屈曲。使構(gòu)件整體屈曲前其板件不發(fā)生局部屈曲，即局部屈曲臨界應(yīng)力大于或等于整體臨界應(yīng)力，稱作等穩(wěn)定性準則。軸心受壓構(gòu)件組成板件的容許寬厚比板件寬厚比限值

工字形截面：

翼緣為三邊簡支、一邊自由的均勻受壓板腹板為四邊支承板說明：b'—翼緣自由外伸寬度；

λ—構(gòu)件兩方向長細比的較大值。當(dāng)λ＜30時，取λ=30；當(dāng)λ＞100時，取λ=100。圓管截面：箱形截面：

軸壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定不滿足時的解決措施1、增加板件厚度；2、當(dāng)腹板高厚比不滿足以上規(guī)定，在計算構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性時，腹板截面取有效截面，即取腹板計算高度范圍內(nèi)兩側(cè)各為，但計算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時仍取全截面；3、也可采用設(shè)置縱向加勁肋的方法予以加強，以縮減腹板計算高度，縱向加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對配置，其一側(cè)外伸寬度不應(yīng)小于10tw。(1)實腹式軸心壓柱的截面形式熱軋型鋼組合截面4.軸心受壓柱的設(shè)計截面的選取原則2.盡量滿足兩主軸方向的等穩(wěn)定要求，即： ，以達到經(jīng)濟要求；1.截面積的分布盡量展開，增加慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高整體穩(wěn)定性和剛度；3.便于連接，構(gòu)造簡單，易加工制作，易取材。(2)截面的設(shè)計步驟1.截面面積A的確定： 假定λ=50～100，當(dāng)壓力大而桿長小時取小值，反之取大值。2.求兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑：(3).根據(jù)A和ix、iy，優(yōu)先選用軋制型鋼。型鋼截面不滿足時，選用組合截面，組合截面的尺寸可由回轉(zhuǎn)半徑確定:(4).由求得的A、h、b，綜合考慮構(gòu)造、局部穩(wěn)定、鋼材規(guī)格等，確定截面尺寸。

(5)截面驗算：

截面有削弱時，進行強度驗算；整體穩(wěn)定驗算；局部穩(wěn)定驗算；對于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進行局部穩(wěn)定的驗算。剛度驗算；構(gòu)造要求。課題2受彎構(gòu)件實腹式受彎構(gòu)件格構(gòu)式受彎構(gòu)件(1)實腹式受彎構(gòu)件—梁按制作方法梁的分為：型鋼梁、組合梁當(dāng)跨度和荷載較小時，采用熱軋型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁；當(dāng)型鋼梁不滿足要求時，采用組合梁，組合梁用鋼板焊接、鉚接或螺栓連接而成。如工字型梁、箱行梁。1.受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用實腹式受彎構(gòu)件格構(gòu)式受彎構(gòu)件實腹式受彎構(gòu)件格構(gòu)式受彎構(gòu)件

(2)格構(gòu)式受彎構(gòu)件—桁架主要承受橫向荷載的受彎構(gòu)件稱為桁架。梁式桁架的形式強度剛度

梁受彎時各階段正應(yīng)力的分布情況

b.彈性階段c.彈塑性階段d.塑性階段2.受彎構(gòu)件的強度和剛度

（1）梁的強度

1）梁的抗彎強度強度剛度Mx、My---繞x軸和y軸的彎矩Wnx、Wny---對x軸和y軸的凈截面模量時，工字截面γx=1.0

當(dāng)抗彎強度不足,用增大梁高h的方法解決。在Mx作用下在Mx和My作用下γx、γy---截面塑性發(fā)展系數(shù),工字截面γx=1.05,γy=1.2

動力荷載作用γx=γy=1.0強度剛度截面塑性發(fā)展系數(shù)γx、γy值強度剛度截面塑性發(fā)展系數(shù)γx、γy值續(xù)表強度剛度I—毛截面慣性矩；S—中和軸以上毛截面對中和軸的面積矩；tw—腹板厚度；fv—鋼材的抗剪強度設(shè)計值。V—計算截面沿腹板平面作用的剪力；maxbτtwmaxτhtbhV=1.5maxτho腹板剪應(yīng)力

2）梁的抗剪強度抗剪強度不足,用增大腹板厚度tw的方法解決。強度剛度

lz–腹板的假定壓力分布長度

F–集中荷載(動荷考慮動力系數(shù))；ψ–系數(shù),重級工作制吊車輪壓1.35,其他1.0；A–支承長度吊車輪壓取50mm

梁中部lz=a+5hy+2hR

梁端

lz=a+2.5hy+a1

hR–軌道高度

hy–自梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離梁的局部受壓3）梁的局部承壓強度強度剛度局部壓應(yīng)力(a)梁端

lz=a+2.5hy+a1強度剛度梁中部lz=a+5hy+2hR

(b)(c)局部壓應(yīng)力強度剛度組合梁腹板計算高度邊緣處,可能同時受較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力σ、σc

、τ—腹板根部同一點處同時產(chǎn)生的應(yīng)力，

σ、σc拉為正，壓為負β1：σ、σc同號取1.1，異號取1.2t1b復(fù)雜應(yīng)力4）梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強度計算強度剛度（2）

梁的剛度v≦[v]V

--由荷載標準值產(chǎn)生的最大撓度[v]--梁的容許撓度或l

–梁的跨度整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證3.梁整體穩(wěn)定的概念強度---彎曲失穩(wěn)—彎曲+扭轉(zhuǎn)MyzMxMzM(b)(a)梁的整體失穩(wěn)整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

臨界彎矩：梁維持穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔(dān)的最大彎矩荷載作用位置有關(guān)。式和橫向荷載類型、梁端支承方梁的側(cè)扭屈曲系數(shù),與—模量；鋼材的彈性模量和剪變—、之間的距離）；（受壓翼緣側(cè)向支承點梁受壓翼緣的自由長度—梁毛截面扭轉(zhuǎn)慣性矩；—性矩；軸（弱軸）的毛截面慣梁對—bGElIyIty1<荷載種類.1荷載作用位置.2

影響臨界彎矩的因素整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證梁的支承情況受壓翼緣側(cè)向支承點間距抗扭剛度側(cè)向抗彎剛度.6.5.4.31lGIEIty整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

1）梁整體穩(wěn)定的保證當(dāng)符合下列情況之一時，梁的整體穩(wěn)定可得到保證：1、有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)移和扭轉(zhuǎn)時。2、工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比

l1/b1不超過下表所規(guī)定的數(shù)值時；工字形截面簡支梁不需計算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值跨中無側(cè)向支承，荷載作用在跨中有側(cè)向支承，不論荷載作用于何處上翼緣下翼緣

整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證Mx—繞強軸作用的最大彎矩；Wx—毛截面模量；φb—梁的整體穩(wěn)定系數(shù)。

當(dāng)不滿足前述不必計算整體穩(wěn)定條件時，應(yīng)對當(dāng)梁的整體穩(wěn)定進行計算：2）

梁的整體穩(wěn)定計算方法整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

梁的整體穩(wěn)定系數(shù)的計算

1、焊接工字形等截面簡支梁和H型鋼簡支梁yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ()()軸的慣性矩。翼緣對分別是受拉翼緣和受壓和，加強受拉翼緣：：加強受壓翼緣：對單軸對稱工字型截面對雙軸對稱截面，截面不對稱影響系數(shù)，—yIIIIIbbbbbbb21211/12128.00+=-=-==aahahhh整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證2、軋制普通工字鋼簡支梁4、雙軸對稱工字形等截面（含H型鋼）懸臂梁3、軋制槽鋼簡支梁（2）

梁的局部穩(wěn)定

梁在強度破壞和喪失整體穩(wěn)定之前，梁的組成板件會偏離原來的平面位置而發(fā)生波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為梁喪失局部穩(wěn)定。熱軋型鋼梁，滿足局部穩(wěn)定的尺寸要求，不必驗算。鋼板連成的組合梁，需驗算局部穩(wěn)定。翼緣腹板

梁局部失穩(wěn)腹板的局部穩(wěn)定翼緣的局部穩(wěn)定腹板的局部穩(wěn)定橫向加勁肋：防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)；提高梁腹板局部穩(wěn)定可采取以下措施：①加大腹板厚度—不經(jīng)濟②設(shè)置加勁肋—經(jīng)濟有效腹板的局部穩(wěn)定翼緣的局部穩(wěn)定縱向加勁肋：防止由彎曲壓應(yīng)力引起的腹板失穩(wěn)，通常布置在受壓區(qū)；短加勁肋：防止局部壓應(yīng)力引起的失穩(wěn)，布置在受壓區(qū)。同時設(shè)有橫向和縱向加勁肋時，斷縱不斷橫。腹板的局部穩(wěn)定◆《規(guī)范》對梁腹板加勁肋布置的規(guī)定如下：yftw當(dāng)ho23580/￡(1)可不設(shè),有局部壓應(yīng)力按構(gòu)造設(shè)置橫肋yftw當(dāng)ho23580/>(2)應(yīng)設(shè)置橫肋，并滿足構(gòu)造要求和計算要求局部壓應(yīng)力很大的梁，尚宜在受壓區(qū)配置短橫向加勁肋。支座及上翼緣有較大集中荷載處設(shè)支承加勁肋(3)(5)(4)yftw

ho235250/任何情況下，≤課題3拉彎和壓彎構(gòu)件1.概述

壓彎(拉彎)構(gòu)件：同時承受軸向力和彎矩的結(jié)構(gòu)稱為壓彎(或拉彎)構(gòu)件。拉壓彎構(gòu)件

產(chǎn)生原因：偏心荷載、橫向荷載、彎距作用

拉彎構(gòu)件的承載能力由強度條件控制壓彎構(gòu)件就要同時考慮強度和穩(wěn)定性兩方面的要求。

1．單向拉彎、壓彎構(gòu)件按下式計算截面強度：

2．雙向拉彎、壓彎構(gòu)件計算截面強度：

2.拉彎和壓彎構(gòu)件的強度3.拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度拉彎和壓彎構(gòu)件的允許長細比同軸心受力構(gòu)件計算公式相同。

拉彎和壓彎構(gòu)件的允許長細比[λ]同軸心受力構(gòu)件

4.壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性

(1)彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計算式：彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定—

平面內(nèi)軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；—

壓彎構(gòu)件的最大彎距設(shè)計值；—

參數(shù)；—

等效彎距系數(shù)；—

平面內(nèi)對較大受壓纖維的毛截面抵抗矩NNM1M2各種情況的等效彎矩系數(shù)，規(guī)范具體規(guī)定如下：（1）懸臂構(gòu)件，（2）框架柱和兩端有支撐的構(gòu)件①無橫向荷載M1和M2為端彎矩，使構(gòu)件件產(chǎn)生同向曲率取同號，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時取異號NNM1M2使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時，使構(gòu)件產(chǎn)生