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1、鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7-1 應 用 和 截 面 形 式 7-2 拉 彎 、 壓 彎 構 件 的 強 度 7-3 實 腹 式 構 件 在 彎 矩 平 面 內 的 穩(wěn) 定 7-4 實 腹 式 構 件 在 彎 矩 平 面 外 的 穩(wěn) 定 7-5 實 腹 式 壓 彎 構 件 的 局 部 穩(wěn) 定 7-6 實 腹 式 壓 彎 構 件 的 截 面 設 計 7-7 格 構 式 壓 彎 構 件 的 計 算第 7章 拉 彎 、 壓 彎 構 件 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24NNM2 FN F

2、 NN2MNeNN1MN NN1MeN 1 壓 彎 （ 或 拉 彎 ） 構 件承 受 軸 心 壓 （ 或 拉 ） 力 和 繞 截 面 形 心 主 軸 的 彎 矩 作 用偏 壓 （ 或 偏 拉 ） 構 件 彎 矩 由 偏 心 軸 力 引 起 時 7-1 應 用 和 截 面 形 式 壓 彎 構 件 拉 彎 構 件 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 單 向 壓 彎 （ 或 拉 彎 ） 構 件彎 矩 作 用 在 截 面 的 一 個 主 軸 平 面 內 雙 向 壓 彎 （ 或 拉 彎 ） 構 件彎 矩 作 用 在 兩 個 主 軸 平 面 內3 應

3、 用墻 架 柱工 作 平 臺 柱支 架 柱單 層 廠 房 結 構 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 4 按 其 截 面 形 式 實 腹 式 格 構 式常 用 的 截 面 形 式 ： 熱 軋 型 鋼 截 面 、 冷 彎 薄 壁 型 鋼 截 面 組 合 截 面 5 滿 足 正 常 使 用 極 限 狀 態(tài) 和 承 載 能 力 極 限 狀 態(tài)限 制 構 件 長 細 比 來 保 證 剛 度 要 求承 載 力 極 限 狀 態(tài) .包 括 強 度 、 整 體 穩(wěn) 定 和 局 部 穩(wěn) 定 計 算 . 其 中 整 體 穩(wěn) 定 計 算 包 括 彎 矩 作 用 平

4、 面 內 穩(wěn) 定 和 彎 矩 作 用 平 面 外 穩(wěn) 定 的 計 算 . 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 壓 彎 構 件 應 用 比 較 廣 泛 ， 例 如 ， 有 橫 向 節(jié) 間 荷 載 作 用 的 桁 架 上 弦 桿 、 屋架 天 窗 側 立 柱 、 單 層 廠 房 柱 、 以 及 多 層 或 高 層 房 屋 的 框 架 柱 等 等 都 屬 于 壓 彎 構件 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24單 向 拉 彎 和 壓 彎 構 件 的 截 面 形 式 對 拉 彎 構 件 ， 一 般

5、只 需 計 算 其 強 度 和 長 細 比 ， 不 需 計 算 其 穩(wěn) 定 。 但 在 拉 彎 構 件所 受 彎 矩 較 大 而 拉 力 較 小 時 ， 由 于 其 作 用 已 接 近 受 彎 構 件 ， 就 需 要 驗 算 其 整 體 穩(wěn) 定 ；在 拉 力 和 彎 矩 作 用 下 出 現(xiàn) 翼 緣 板 受 壓 時 ， 也 需 驗 算 翼 緣 板 的 局 部 穩(wěn) 定 。 這 些 當 由 設計 人 員 根 據(jù) 具 體 情 況 加 以 判 斷 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 對 單 向 壓 彎 構 件 ， 根 據(jù) 其 到 達 承 載 能 力

6、 極 限 狀 態(tài) 時 的 破 壞 形 式 ， 應 計算 其 ：（ 1） 強 度 ；（ 2） 彎 矩 作 用 平 面 內 的 穩(wěn) 定 ；（ 3） 彎 矩 作 用 平 面 外 的 穩(wěn) 定 和 組 成 板 件 的 局 部 穩(wěn) 定 ；（ 4） 當 為 格 構 式 構 件 時 還 應 計 算 分 肢 的 穩(wěn) 定 。 為 了 保 證 其 正 常 使 用 ， 則 應驗 算 構 件 的 長 細 比 。 對 兩 端 支 承 的 壓 彎 構 件 跨 中 有 橫 向 荷 載 時 ， 還 應 驗 算 其 撓 度 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 中

7、 拉 彎 構 件 應 用 較 少 ， 桁 架 的 下 弦 桿 有 時 作 用 有 非 節(jié) 點 荷 裁 ，這 種 下 弦 桿 就 是 拉 彎 構 件 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.2.1 拉 彎 、 壓 彎 構 件 的 強 度 計 算一 工 作 階 段 在 軸 心 壓 力 和 繞 主 軸 彎 矩 的 共 同 作 用 下 ， 截 面 上 應 力 發(fā) 展 過 程 ， 構 件 中應 力 最 大 的 截 面 可 能 發(fā) 生 強 度 破 壞 。A w h hx xth fftA =bM yy w w= (b)wx f (a) (1-2 )h

8、hyf f H NHffy yy(c) (d) h 7-2 拉 彎 、 壓 彎 構 件 的 強 度fy fy 壓 彎 構 件 截 面 應 力 的 發(fā) 展 過 程 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 二 強 度 計 算 準 則 ： 邊 緣 屈 服 準 則 ， 截 面 邊 緣 纖 維 屈 服 的 彈 性 受 力 階 段 極 限 狀 態(tài) 作 為 強 度 計算 的 承 載 能 力 極 限 狀 態(tài) 。 全 截 面 屈 服 準 則 ， 截 面 塑 性 受 力 階 段 極 限 狀 態(tài) 作 為 強 度 計 算 的 承 載 能 力極 限 狀 態(tài) ， 形 成 塑

9、 性 鉸 。 部 分 發(fā) 展 塑 性 準 則 ， 截 面 部 分 塑 性 發(fā) 展 作 為 強 度 計 算 的 承 載 能 力 極 限 狀態(tài)1 邊 緣 屈 服 準 則 令 截 面 屈 服 軸 力 Np=Afy， 屈 服 彎 矩 Mex=Wex fy， 則 得 N和 Mx的 線 性 相關 公 式 ： yexx fWMAN 1exxp MMNN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 全 截 面 屈 服 準 則得 N和 Mx的 相 關 公 式 ： 114 )12( pxx2p22 MMNN 當 軸 力 很 大 （ NAwfy） 時 ， 塑 性 中

10、和 軸 將 位 于 翼 緣 范 圍 內 ， 按 上 述 相 同方 法 可 以 得 到 ： 1)12(2 )14( pxxp MMNN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 因 此 ， 近 似 簡 化 為 以 下 兩 條 直 線 公 式 ， 即 ： 當 時 ， 當 時 , 13.0p NN 1pxx MM13.0 p NN 115.11 pxxy MMAfN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24=1.0NpN xpx+ (7.2.4b) MM44+1 1.0NNp11.02+1 pxxMM(7.2

11、.5b)O (7.2.4a)(7.2.5a)0.13 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 3 部 分 發(fā) 展 塑 性 準 則 偏 安 全 地 采 用 直 線 式 相 關 公 式 ： 一 部 分 進 入 塑 性 ， 另 一 部 分 截 面 還 處 于 彈 性 階 段 采 用 彈 性 截 面 模 量 Wex 當 構 件 部 分 塑 性 發(fā) 展 時 ， 近 似 采 用 直 線 關 系 式 ： 1pxxp MMNN1 exx xp MMNN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.2.2 構 件 強

12、 度 與 剛 度 計 算1 單 向 拉 彎 、 壓 彎 構 件 按 下 式 計 算 截 面 強 度 ： 2 雙 向 拉 彎 、 壓 彎 構 件 計 算 截 面 強 度 ： fWMAN nxx xn fWMWMAN nyy ynxx xn 3 x 1yx 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 1） 計 算 疲 勞 的 實 腹 式 拉 彎 、 壓 彎 構 件2） 格 構 式 構 件 ， 當 彎 矩 繞 虛 軸 作 用 時3） 為 了 保 證 受 壓 翼 緣 在 截 面 發(fā) 展 塑 性 時 不 發(fā) 生 局 部 失 穩(wěn) 受 壓 翼 緣 的 自 由 外

13、伸 寬 度 與 其 厚 度 之 比 限 制 為 當 時 不 考 慮 塑 性 開 展 。4） 剛 度 同 軸 心 構 件 b t yy /23515/23513 ftbf y/23513/ ftb 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7-3 實 腹 式 構 件 在 彎 矩 平 面 內 的 穩(wěn) 定 7.3.1 壓 彎 構 件 整 體 失 穩(wěn) 形 式 單 向 壓 彎 構 件 的 整 體 失 穩(wěn) 分 為 ： 彎 矩 作 用 平 面 內 和 彎 矩 作 用 平 面 外 兩 種 情 況 彎 矩 作 用 平 面 內 失 穩(wěn) 為 彎 曲 屈 曲 彎 矩 作

14、用 平 面 外 失 穩(wěn) 為 彎 扭 屈 曲 雙 向 壓 彎 構 件 則 只 有 彎 扭 失 穩(wěn) 一 種 可 能 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-240e e0N v yAAzN Ax NNExM =Ne x 0 oNux B x x yA-Av Cy M Dvx 單 向 壓 彎 構 件 彎 矩 平 面 作 用 平 面 內 失 穩(wěn) 變 形 和 軸 力 位 移 曲 線 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 有 缺 陷實 際 構 件理 想 構 件無 缺 陷NN xNzA A y0ee0 u My A-

15、A yx x xM = x NNe0 uyo A B CcrN uD或 平 面 外 失 穩(wěn) 變 形 和 軸 力 位 移 曲 線 有 初 始 缺 陷 壓 彎 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 外 失 穩(wěn) 為 極 值 失 穩(wěn)平 面 內 失 穩(wěn) 變 形 和 軸 力 位 移 曲 線單 向 壓 彎 構 件 彎 矩 平 面 作 用 平 面 外 失 穩(wěn) 變 形 和 軸 力 位 移 曲 線 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 計 算 方 法 分 為 兩 大 類 ： 1 極 限 荷 載 計 算 方 法 。 2 相 關 公 式 方 法 。 1 極 限 荷 載

16、計 算 法 彎 矩 作 用 平 面 內 極 限 荷 載 的 方 法 有 解 析 法 和 數(shù) 值 法 解 析 法 是 在 各 種 近 似 假 定 的 基 礎 上 ， 通 過 理 論 方 法 求 得 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面內 穩(wěn) 定 承 載 力 Nux的 解 析 解 ， 解 析 法 很 難 得 到 穩(wěn) 定 承 載 力 的 閉 合 解 ， 使 用 很 不 方便 。7.3.2 單 向 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 的 整 體 穩(wěn) 定 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24e0 0e100 120v0N lN80AeW00.001

17、= 殘 余 應 力 分 布2.04.0 = 0.51.0 =20 40 60vl00.10.00.20.30.80.6uxNyAf 0.40.50.70.91.0 偏 心 壓 桿 的 柱 子 曲 線 數(shù) 值 計 算 方 法 可 求 得 單 一 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 穩(wěn) 定 承 載 力 Nux的 數(shù) 值 解 ， 可以 考 慮 構 件 的 幾 何 缺 陷 和 殘 余 應 力 影 響 ， 適 用 于 各 種 邊 界 條 件 以 及 彈 塑 性 工 作階 段 ， 是 最 常 用 的 方 法 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 相

18、 關 公 式 計 算 法 各 國 設 計 規(guī) 范 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 整 體 穩(wěn) 定 驗 算 多 采 用 相 關 公式 法 ， 得 到 一 個 半 經 驗 半 理 論 公 式 。 利 用 邊 緣 屈 服 準 則 ， 可 以 建 立 壓 彎 構件 彎 矩 作 用 平 面 內 穩(wěn) 定 計 算 的 軸 力 與 彎 矩 的 相 關 公 式 。 m 0 2 02sec 1 (sec 1)2 22(sec 1)8 2(sec 1) 8 2 /2ExN M kly e N N klMl EI klEI NL kl 受 均 勻 彎 矩 作 用 的 壓 彎 構 件 的 中 點 最 大 撓

19、 度 為 ： 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 式 中 為 不 考 慮 （ 僅 受 均 勻 彎 矩 ） 時 簡 支 梁 的 中 點 撓 度 ，方 括 號 項 為 壓 彎 構 件 考 慮 軸 力 影 響 （ 二 階 效 應 ） 的 跨 中 撓 度 放 大 系 數(shù) 。 可 得 ： 對 于 其 他 荷 載 作 用 的 壓 彎 構 件 ， 也 可 導 出 撓 度 放 大 系 數(shù) 近 似為 。 考 慮 二 階 效 應 后 ， 兩 端 鉸 支 構 件 由 橫 向 力 或 端 彎 矩 引 起 的 最大 彎 矩 應 為 ： EIMl 8/20 MN)2/(

20、sec kl NEx/1 12/ )12sec(2 NNklkl )/1/(1 ENN Exxmxxmax1 1 NNMM 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 式 中 Mx構 件 截 面 上 由 橫 向 力 或 端 彎 矩 引 起 的 一 階 彎 矩 ； mx等 效 彎 矩 系 數(shù) ， 將 橫 向 力 或 端 彎 矩 引 起 的 非 均 勻 分 布 彎 矩 當 量 化 為 均勻 分 布 彎 矩 ； 對 均 勻 彎 矩 作 用 的 壓 彎 構 件 ， 考 慮 軸 力 N引 起 二 階 效 應 的 彎 矩 增 大 系 數(shù) ， 為 歐 拉 臨 界

21、荷 載 。進 一 步 考 慮 構 件 初 始 缺 陷 的 影 響 ， 并 將 構 件 各 種 初 始 缺 陷 等 效 為 跨 中 最 大 初彎 曲 v0（ 表 示 綜 合 缺 陷 ） 。 假 定 等 效 初 彎 曲 為 正 弦 曲 線 ， 可 得 ， 考 慮 二 階 效 應 后 由初 彎 曲 產 生 最 大 彎 矩 為 : Ex1 1NN 2x2Ex EAN Ex0 xmax2 1 NNNvM 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 因 此 ,根 據(jù) 邊 緣 屈 服 準 則 ， 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 截 面 最 大 應 力

22、應 滿 足 : 式 中 A、 壓 彎 構 件 截 面 面 積 和 最 大 受 壓 纖 維 的 毛 截 面 模 量 yEx1 0 xmx1x xmax2xmax1 )1( fNNW NvMANW MMAN x xW1 令 式 中 Mx =0， 則 滿 足 式 關 系 的 N成 為 有 初 始 缺 陷 的 軸 心 壓 桿 的 臨 界 力 N0 x，在 此 情 況 下 ， 解 出 等 效 初 始 缺 陷 ： Ex0 x 0 xEx0 xy1x0 NAN NNNAfWv 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 1)1( Exxy1x xmxyx NNfW

23、 MAfN yx0 x AfN 可 得 : 考 慮 了 壓 彎 構 件 的 二 階 效 應 和 構 件 的 綜 合 缺 陷 ， 是 按 邊 緣 屈 服 準 則 得 到 的 ，由 于 邊 緣 屈 服 準 則 以 構 件 截 面 邊 緣 纖 維 屈 服 的 彈 性 受 力 階 段 極 限 狀 態(tài) 作 為 穩(wěn) 定 承載 能 力 極 限 狀 態(tài) ， 因 此 對 于 繞 虛 軸 彎 曲 的 格 構 式 壓 彎 構 件 以 及 截 面 發(fā) 展 塑 性 可 能性 較 小 的 構 件 ， 可 以 直 接 作 為 設 計 依 據(jù) 。 對 于 實 腹 式 壓 彎 構 件 ， 應 允 許 利 用 截 面上 的 塑

24、性 發(fā) 展 ， 經 與 試 驗 資 料 和 數(shù) 值 計 算 結 果 的 比 較 ， 可 采 用 下 列 修 正 公 式 ： 1)8.01( Exy1xx xmxyx NNfW MAfN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24pW fy1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1 MN =204060801001201600.10.30.50.70.9yAfN0.40.20.60.81.0 公 式 （ 7.3.7） 值理 論 值fy 0.75 yfN Mx xM xO 焊 接 工 字 鋼 偏 心 壓 桿 的 相 關 曲 線 鋼 結

25、構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 3 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 整 體 穩(wěn) 定 的 計 算 公 式 單 向 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 內 整 體 穩(wěn) 定 驗 算 公 式 為 ： 繞 虛 軸 （ 軸 ） 彎 曲 的 格 構 式 壓 彎 構 件 實 腹 式 壓 彎 構 件 和 繞 實 軸 彎 曲 的 格 構 式 壓 彎 構 件 x fNNW MAN )1( /Exx1x xmxx fNNW MAN )8.01( /Ex1xx xmxx 對 于 單 軸 對 稱 截 面 （ 如 T形 截 面 ） 壓 彎 構 件 ， 當 彎

26、矩 作 用 在 對 稱 軸 平 面 內且 使 較 大 翼 緣 受 壓 時 ， 有 可 能 在 較 小 翼 緣 （ 或 無 翼 緣 ） 一 側 產 生 較 大 的 拉 應 力而 出 現(xiàn) 受 拉 破 壞 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 對 這 種 情 況 ， 除 計 算 外 ， 尚 應 補 充 如 下 計 算 ： fNNW MAN )25.11( /Ex2xx xmx 式 中 W2x彎 矩 作 用 平 面 內 受 壓 較 小 翼 緣 （ 或 無 翼 緣 端 ） 的 毛 截 面 模量 。 以 上 各 式 中 。 等 效 彎 矩 系 數(shù) 可

27、按 以 下 規(guī) 定 采用 ： 2x2/Ex 1.1 EAN mx 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 （ 1） 懸 臂 構 件 和 在 內 力 分 析 中 未 考 慮 二 階 效 應 的 無 支 撐 框 架 和 弱 支 撐 框 架 柱 ， =1.0。（ 2） 框 架 柱 和 兩 端 支 承 的 構 件 ： 無 橫 向 荷 載 作 用 時 ， =0.65+0.35M2/M1， M1和 M2是 構 件 兩 端 的 彎 矩 ， |M1|M2|； 當 兩 端 彎 矩 使 構 件 產 生 同 向 曲 率 時 取 同 號 ， 使 構 件 產 生 反 向

28、曲 率 （ 有 反 彎 點 ） 時 取 異 號 。 有 端 彎 矩 和 橫 向 荷 載 同 時 作 用 時 ， 使 構 件 產 生 同 向 曲 率 取 =1.0。 使 構 件 產 生 反 向 曲 率 取 =0.85。 無 端 彎 矩 但 有 橫 向 荷 載 作 用 時 ， =1.0。mxmx mxmx mx 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7-4實 腹 式 構 件 在 彎 矩 平 面 外 的 穩(wěn) 定7.4.1 單 向 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平

29、 面 外 的 整 體 穩(wěn) 定 彎 矩 作 用 平 面 外 的 抗 彎 剛 度 通 常 較 小 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 外 沒 有 足 夠 的 支 撐 可 能 發(fā) 生 彎 扭 屈 曲 （ 彎 扭 失 穩(wěn) ） 構 件 彎 矩 作 用 平 面 外 的 整 體 失 穩(wěn)1 壓 彎 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 外 的 彎 扭 屈 曲 1） 彈 性 穩(wěn) 定 理 論 ， 對 兩 端 簡 支 、 兩 端 受 軸 心 壓 力 和 等 彎 矩 作 用 的 雙 軸 對 稱 截 面實 腹 式 壓 彎 構 件 ， 當 構 件 沒 有 彎 矩 作 用 平 面 外 的 初 始 幾 何 缺 陷 時 ， 在

30、彎 矩 作 用 平 面外 的 彎 扭 屈 曲 臨 界 條 件 ： 011 2crx2xEy MMNNNN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 當 實 腹 式 單 向 壓 彎 構 件 在 側 向 沒 有 足 夠 的 支承 時 ， 構 件 可 能 發(fā) 生 側 扭 屈 曲 而 破 壞 。 由 于 考 慮初 始 缺 陷 的 側 扭 屈 曲 彈 塑 性 分 析 過 于 復 雜 ， 目 前我 國 規(guī) 范 中 采 用 的 計 算 公 式 是 按 理 想 的 屈 曲 理 論為 依 據(jù) 的 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08

31、級2021-4-24 時 ， 曲 線 外 凸 ，偏 安 全 地 取 ,得 到 直 線 相 關 方 程 為 ：1Ey NN 1Ey NN 1crxxEy MMNN2） 將 相 關 公 式 中 的 NEy和 Mcrx分 別 用 yAfy和 bW1xfy代 入 ， 并 引 入 等 效 彎矩 系 數(shù) 和 截 面 影 響 系 數(shù) ， 可 以 得 到 平 面 外 穩(wěn) 定 承 載 力 的 實 用 相 關 公 式 ： tx 1y1xb xtxyy fWMAfN 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 越 大 ， 壓 彎 構 件 彎 扭 屈 曲的 承 載 能 力

32、越 高 ， 當 N NEy時 ，相 關 曲 線 變 為 直 線 ：EyNNEyNN crMM 5EyNN 10.50.2 21.0 1.0 1 crEy MMNN 單 向 壓 彎 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 外 失 穩(wěn) 的 相 關 曲 線 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 壓 彎 構 件 彎 矩 作 用 平 面 外 整 體 穩(wěn) 定 的 計 算 公 式考 慮 抗 力 分 項 系 數(shù) ， 規(guī) 范 驗 算 公 式 ： fWMAN 1xb xtxy 式 中 截 面 影 響 系 數(shù) ： 箱 形 截 面 =0.7， 其 他 截 面 =1.0

33、； y 彎 矩 作 用 平 面 外 的 軸 心 受 壓 構 件 穩(wěn) 定 系 數(shù) ， 對 于 單 軸 對 稱 截 面 ， 采 用 換 算 長 細 比 確 定 b均 勻 彎 曲 的 受 彎 構 件 的 整 體 穩(wěn) 定 系 數(shù) 對 工 字 形 截 面 和 T形 截 面 的 非 懸 臂 構 件 可 按 受 彎 構 件 整 體 穩(wěn) 定 系 數(shù) 的 近 似 公 式 計 算 ； 對 閉 口 截 面 b=1.0。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 受 彎 構 件 整 體 穩(wěn) 定 系 數(shù) 的 近 似 計 算 工 字 形 截 面 （ 含 H型 鋼 ） ： 雙

34、軸 對 稱 時 ： 雙 角 鋼 T形 截 面 ： 2354400007.1 2 yyb f 2350017.01 yyb f 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 tx計 算 彎 矩 作 用 平 面 外 穩(wěn) 定 時 的 彎 矩 等 效 系 數(shù) ， (1)在 彎 矩 作 用 平 面 外 有 支 撐 的 構 件 ， 應 根 據(jù) 兩 相 鄰 支 撐 點 間 構 件 段 內 的 荷 載 和內 力 情 況 確 定 ： 構 件 段 無 橫 向 荷 載 作 用 時 ， tx=0.65+0.35M2/M1， M1和 M2是 構 件 段 在 彎 矩 作 用 平

35、面 內 的 端 彎 矩 ，|M1|M2|； 當 使 構 件 段 產 生 同 向 曲 率 時 取 同 號 ， 產 生 反 向 曲 率 時 取 異 號 ； 構 件 段 內 有 端 彎 矩 和 橫 向 荷 載 同 時 作 用 時 使 構 件 段 產 生 同 向 曲 率 取 tx=1.0；使 構 件 段 產 生 反 向 曲 率 取 tx =0.85。 構 件 段 內 無 端 彎 矩 但 有 橫 向 荷 載 作 用 時 ， tx=1.0。(2)彎 矩 作 用 平 面 外 為 懸 臂 構 件 ， tx=1.0。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.4

36、.2 雙 向 壓 彎 構 件 的 穩(wěn) 定 承 載 力 計 算 規(guī) 范 規(guī) 定 ， 彎 矩 作 用 在 兩 個 主 平 面 內雙 軸 對 稱 實 腹 式 工 字 形 截 面 和 箱 形 截 面 的 壓 彎 構 件 ， 其 穩(wěn) 定 按 下 列 公 式 計 算 ： fWMNNW MAN 1yby yty/Ex1xx xmxx )8.01( fWMNNW MAN 1xbx xtx/Ey1yy ymyy )8.01( 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 式 中 Mx、 My所 計 算 構 件 段 范 圍 內 對 x軸 (工 字 形 截 面 和 H型 鋼

37、 x 軸 為 強 軸 )和 y軸 的 最 大 彎 矩 ； x、 y對 x軸 和 y軸 的 軸 心 受 壓 構 件 穩(wěn) 定 系 數(shù) ； bx、 by均 勻 彎 曲 的 受 彎 構 件 整 體 穩(wěn) 定 系 數(shù) ： 對 工 字 形 截 面 （ 含 H型鋼 ） 的 非 懸 臂 （ 懸 伸 ） 構 件 ， bx可 按 受 彎 構 件 整 體 穩(wěn) 定 系 數(shù) 近 似 公 式 計 算 ， by=1.0； 對 閉 口 截 面 ， bx= by=1.0。 等 效 彎 矩 系 數(shù) mx和 my應 按 彎 矩 作 用 平 面 內 穩(wěn) 定 計 算 的 有 關 規(guī) 定 采 用 ； tx、 ty和 應 按 彎 矩 作 用

38、 平 面 外 穩(wěn) 定 計 算 的 有 關 的 規(guī) 定 采 用 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7-5 實 腹 式 壓 彎 構 件 的 局 部 穩(wěn) 定 7.5.1 受 壓 翼 緣 板 的 寬 厚 比 限 值 規(guī) 范 對 壓 彎 構 件 翼 緣 寬 厚 比 的 限 制 規(guī) 定 如 下 ： 外 伸 翼 緣 板 兩 邊 支 承 翼 緣 板 y/23513/ ftb y0 /23540/ ftb 當 構 件 強 度 和 整 體 穩(wěn) 定 計 算 中 取 =1.0時 x y/23515/ ftb 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原

39、理工程管理08級2021-4-24 hwhhhw bb 0 btbw t ttwtt7.5.2 腹 板 的 高 厚 比 限 值 1.工 字 形 和 H形 截 面 的 腹 板 腹 板 的 局 部 穩(wěn) 定 問 題 受 剪 應 力 的 影 響 不 大 ， 引 入 應 力 梯 度 來 考 慮 不 均勻 壓 力 的 影 響 ， 為 此 定 義 ： 0 max minmax0 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 不 均 勻 壓 力 和 剪 力 共 同 作 用 腹 板 彈 性 屈 曲 臨 界 應 力 ： 2022w2ecr )1(12 hvEtK 式 中

40、， Ke為 彈 性 屈 曲 系 數(shù) ， 其 值 與 應 力 梯 度 有 關 ； 根 據(jù) 彈 塑 性 穩(wěn) 定 理 論 ， 彈 塑 性 臨 界 應 力 為 ： 0 2022w2pcr )1(12 hvEtK Kp為 塑 性 屈 曲 系 數(shù) ， 其 值 與 最 大 受 壓 邊 緣 割 線 模 量 和 應 力 梯 度 有 關當 0 1.6時 ， 當 1.6 2.0時 ， 5016/ 0w0 th0 148/ 0w0 th 0 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 當 時 ， 當 時 ， 式 中 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 內 的 長 細 比 ，

41、 當 100時 ， 取 =100。2 箱 形 截 面 的 腹 板 考 慮 兩 塊 腹 板 受 力 可 能 不 完 全 一 致 腹 板 與 翼 緣 采 用 單 側 焊 縫 連 接6.10 0 y0w0 235255.0168.0 fth 26.1 0 y0w0 2352.265.048 fth y0 /23540/ fth w y0w0 235255.016 fth 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 3 T形 截 面 的 腹 板規(guī) 范 規(guī) 定 ： 0.10 yw0 23515 fth 0.10 yw0 23518 fth 當 時當 時 1）

42、自 由 邊 受 壓 2） 自 由 邊 受 拉 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 熱 軋 T形 鋼 yw0 235)2.015( fth 焊 接 T形 鋼 yw0 235)17.013( fth 壓 彎 構 件 的 高 厚 比 不 滿 足 時 ， 可 調 整 厚 度 或 高 度 對 工 字 形 和 箱 形 截面 壓 彎 構 件 的 腹 板 也 可 在 計 算 構 件 的 強 度 和 穩(wěn) 定 性 時 采 用 有 效 截 面 。 可 采 用 縱 向 加 勁 肋 加 強 腹 板 ， 這 時 應 按 上 述 規(guī) 定 驗 算 縱 向 加 勁 肋 與翼

43、緣 間 腹 板 的 高 厚 比 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.6.1 截 面 形 式 受 力 大 小 選 擇 截 面 使 用 要 求 構 造 要 求 寬 肢 薄 壁 平 面 內 和 平 面 外 穩(wěn) 定 性 相 等 原 則7.6.2 截 面 選 擇 及 驗 算 1 初 選 截 面 ： 根 據(jù) 軸 力 N、 彎 矩 M和 構 件 的 計 算 長 度 l0 x、 l0y初 步 確 定 截 面 的 尺 寸 ， 然后 驗 算 ， 參 考 已 有 類 似 設 計 進 行 估 算 。 對 初 選 截 面 驗 算 ： 7-6實 腹 式 壓 彎

44、構 件 的 截 面 設 計 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 驗 算1 強 度 2 整 體 穩(wěn) 定 驗 算 平 面 內 平 面 外3 局 部 穩(wěn) 定 驗 算4 剛 度 驗 算7.6.3 構 造 要 求實 腹 式 壓 彎 構 件 的 構 造 要 求 與 實 腹 式 軸 心 受 壓 構 件 相 似1 當 腹 板 的 h0/tw80時 ， 為 防 止 腹 板 在 施 工 和 運 輸 中 發(fā) 生 變 形 ， 應 設 置間 距 不 大 于 3h0的 橫 向 加 勁 肋 。2 設 有 縱 向 加 勁 肋 的 同 時 也 應 設 置 橫 向 加 勁

45、肋 。3 防 止 施 工 和 運 輸 過 程 中 發(fā) 生 變 形 ， 應 設 置 橫 隔 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.7.1 彎 矩 繞 虛 軸 作 用 的 格 構 式 壓 彎 構 件 格 構 式 壓 彎 構 件 當 彎 矩 繞 虛 軸 (x軸 )作 用 時 ， 應 進 行 彎 矩 作 用 平 面 內 的 整 體 穩(wěn)定 計 算 和 分 肢 的 穩(wěn) 定 計 算 。 1x yy(a) (b)yxM y x0 yx 1 Mx (c)yxx M x y x0y y 0 7-7格 構 式 壓 彎 構 件 的 計 算彎 矩 繞 虛 軸 作

46、 用 的 格 構 式 壓 彎 構 件 截 面 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 1 彎 矩 作 用 平 面 內 的 整 體 穩(wěn) 定 計 算 2 分 肢 的 穩(wěn) 定 計 算 彎 矩 繞 虛 軸 作 用 的 壓 彎 構 件 ， 在 彎 矩 作 用 平 面 外 的 整 體 穩(wěn) 定 性 一 般 由分 肢 的 穩(wěn) 定 計 算 得 到 保 證 ， 故 不 必 再 計 算 整 個 構 件 在 彎 矩 作 用 平 面 外 的整 體 穩(wěn) 定 性 。 整 個 構 件 為 平 行 弦 桁 架 ， 分 肢 看 作 桁 架 體 系 的 弦 桿 分 肢 軸 心 力 計

47、 算 ： fNNW MAN )1( /Exx1x xmxx 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 分 肢 22N yx 分 肢 11NN y1y a2 M yxx 1M 1x2y y1a分 肢 的 內 力 計 算分 肢 1 aMayNN x21 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 12 NNN 分 肢 21） 綴 條 式 壓 彎 構 件 的 分 肢 按 軸 心 壓 桿 計 算2） 分 肢 的 計 算 長 度 ，在 綴 條 平 面 內 （ 分 肢 繞 1-1軸 ) 綴 條 體 系 節(jié) 間 長 度

48、 ；在 綴 條 平 面 外 （ 分 肢 繞 軸 )， 構 件 兩 側 向 支 撐 點 間 距 離 。綴 板 式 構 件 分 肢 計 算 時 ， 除 軸 心 力 N1(或 N2)外 ， 還 考 慮 由 綴 板 的 剪 力 作 用 引 起 局部 彎 矩 ， 按 實 腹 式 壓 彎 構 件 驗 算 單 肢 的 穩(wěn) 定 性在 綴 板 平 面 內 分 肢 的 計 算 長 度 （ 分 肢 繞 1-1軸 )取 綴 板 間 凈 距3 綴 材 的 計 算 與 格 構 式 軸 心 受 壓 構 件 相 同 yy 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.7.2 彎

49、矩 繞 實 軸 作 用 的 格 構 式 壓 彎 構 件1 平 面 內 格 構 式 壓 彎 構 件 當 彎 矩 繞 實 軸 (y軸 )作 用 時 ， 與 實 腹 式 壓 彎 構 件 完 全 相 同 。彎 矩 作 用 平 面 內 整 體 穩(wěn) 定 計 算 與 實 腹 式 構 件 相 同 ，2 平 面 外 計 算 彎 矩 作 用 平 面 外 的 整 體 穩(wěn) 定 時 ， 長 細 比 應 取 換 算 長 細 比 ， 整 體 穩(wěn) 定 系數(shù) 取 =1.0。 b fNNW MAN )8.01( /Ex1xx xmxx fWMAN 1yb ytyx 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理0

50、8級2021-4-24 7.7.2 彎 矩 繞 實 軸 作 用 的 格 構 式 壓 彎 構 件3） 分 肢 穩(wěn) 定 按 實 腹 式 壓 彎 構 件 計 算 軸 心 壓 力 N在 兩 分 肢 間 的 分 配 與 分 肢 軸 線 至 虛 軸 X軸 的 距 離 成 反 比 ； 彎 矩在 兩 分 肢 間 的 分 配 與 分 肢 對 實 軸 Y軸 的 慣 性 矩 成 正 比 、 與 分 肢 軸 線 至 虛 軸 X軸 的距 離 成 反 比 。 即 ： yM 分 肢 1的 軸 心 力 ： 分 肢 1的 彎 矩 ： ayNN 21 y2211 11y1 / / MyIyI yIM 鋼 結 構 基 本 原 理

51、及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 分 肢 2的 軸 心 力 ： 分 肢 2的 彎 矩 ： 式 中 I1， I2分 肢 1和 分 肢 2對 y軸 的 慣 性 矩 ；12 NNN y1yy2 MMM x (b)y xyM y(a) y yxa2y y1 1x 1yM 分 肢 1分 肢 2 彎 矩 繞 實 軸 作 用 的 格 構 式 壓 彎 構 件 截 面 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 7.7.3 雙 向 受 彎 的 格 構 式 壓 彎 構 件1 整 體 穩(wěn) 定 計 算 fWMNNW MAN y1 yty/Exx1x

52、 xmxx )1( ax1yM yx 1 yM x 分 肢 2分 肢 1 y 2y 1 雙 向 受 彎 格 構 柱 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2 分 肢 的 穩(wěn) 定 計 算7.7.4 格 構 式 壓 彎 構 件 的 設 計構 件 宜 采 用 綴 條 連 接 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 承 受 軸 心 壓 力 、 水 平 剪 力 和 彎 矩 ， 需 與 基 礎 剛 接 。 2 分 離 式 柱 腳1 整 體 式 柱 腳 7-8 柱 頭 和 柱 腳一 . 柱 頭 設 計 鋼

53、結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 分 離 式 鋼 柱 腳 ， 用 于 格 構 式 柱 且 兩 柱 肢 間 距 大 于 或 等 于 1.5m時 。 分 離 式 柱腳 實 質 上 是 兩 個 軸 心 受 壓 柱 的 柱 腳 用 連 系 構 件 連 成 整 體 ， 連 系 構 件 按 構 造 設 置 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 整 體 式 柱 腳 ， 主 要 用 于 實 腹 柱 或 格 構 柱 當 柱 的 分 肢 間 距 小 于 1.5m 時 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計

54、鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 柱 腳 的 主 要 組 成 部 分 與 軸 心 受 壓 柱 柱 腳 一 樣 ， 包 括 底 板 、 靴 梁 、 隔 板 、 肋 板 、錨 栓 等 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本

55、原理工程管理08級2021-4-24 1） 柱 腳 底 板 尺 寸 的 確 定 2max 6BDMBDN 2min 6BDMBDN 內 力 由 柱 身 傳 給 靴 梁 再 傳 至 底 板 。同 時 彎 矩 和 軸 力 作 用拉 力 由 錨 栓 來 承 受假 定 柱 腳 底 板 與 基 礎 接 觸 面 的 壓 應力 成 直 線 分 布 ， 底 板 下 的 最 大 壓 應 力 按下 式 計 算 ： 底 板 長 度 和 寬 度 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24maxmin minmaxmax Dx xDc 31 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設

56、 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 使 max小 于 或 等 于 基 礎 混 凝 土 的 軸 心 抗 壓 強 度 設 計 值 fc， 由 此 解 得底 板 長 度 D。 底 板 尺 寸 B和 D都 應 取 cm的 整 數(shù) ， 并 應 使 D2B。 如 不 符 合 此 條 件時 ， 可 重 新 設 定 B后 再 作 計 算 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24靴 梁 、 隔 板 、 肋 扳 等 的 布 置 等 有 關 計 算 ， 都 和 軸 心 受 壓 柱 柱 腳 設 計中 相 似 。 柱 腳 底 板 的 厚 度 計 算 與

57、 軸 壓 柱 腳 相 同 。 計 算 各 區(qū) 格 底 板 的 彎 矩 值 時 ， 可 以 偏 于 安 全 地 按 該 區(qū) 格 的 最 大 壓 應 力 計 算 。 底 板 的 厚 度 一 般 不 小 于 20mm。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2） 錨 栓 的 計 算 當 柱 腳 底 板 下 應 力 分 布 如 圖 (a)所 示 時 ， 錨 栓 可 按 構 造 設 置 ， 柱 子每 邊 一 般 設 兩 個 直 徑 大 于 20mm的 錨拴 。 在 剛 接 住 腳 中 底 板 下 的 應 力 分布 極 大 部 分 如 圖 (b)所 示 ，

58、 因 而 必 須按 計 算 設 置 錨 栓 。 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 2minmax 6BDMBDN Dx minmax max 對 受 壓 區(qū) 壓 應 力 合 力 C的 作 用 點 取 力 矩 使 M 0,可 得 錨 拴 中 拉 力 T為 :3 32 xcD xDNMT 鋼 結 構 基 本 原 理 及 設 計 鋼結構基本原理工程管理08級2021-4-24 3） 靴 梁 、 隔 板 、 肋 板 及 其 連 接 焊 縫 的 計 算 柱 身 與 靴 梁 連 接 焊 縫 的 最 大 內 力 N1， 靴 梁 高 度 由 焊 縫 長 度 確 定 ， 其 高 度 不 宜 小 于 450mm。 靴 梁 按 雙 懸 臂 簡 支 梁 驗 算 強 度 。 靴 梁 與 底 板 焊 縫 按 承 受 底 板 不 均 勻 反 力 最 大 值 設 計 。 隔 板 、 肋 板 連 接 設 計 與 軸 心 受 壓 柱 腳 相 似 不 均 勻 反 力 受 荷 范 圍 的 最 大 值 計算 。 hMNN 21