【學習課件】鋼結構基本原理及設計拉彎壓彎構件
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1、鋼結構基本原理及設計 拉彎.壓彎構件 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 7-1應用和截面形式 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 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-1應用和截面形式? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-1應用和截面形式?
2、 鋼結構基本原理及設計 壓彎構件 N N Mi Mi P 拉彎構件 丿 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-1應用和截面形式? 鋼結構基本原理及設計 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. 應用 墻架柱 工作平臺柱 支架柱 單層廠房結構 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) C1F4
3、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面內穩(wěn)定和彎矩作用 旅面外穩(wěn)定的計算. atin - 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-1應用和截面形式? 鋼結構基本原理及設計 壓彎構件應用比較廣泛,例如,有橫向節(jié)間荷載作用 2 口 的桁架上弦桿、屋架天窗側立柱、單層廠房柱、以及多層 單向拉彎和壓彎構件的截面形式 對拉彎構件,一般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
4、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具體情況加以判斷。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-1應用和截面形式 對單向壓彎構件,根據其到達承載能力極限狀態(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; 鋼結構基本原理及設計 鋼結構基本原理及設計 (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
5、 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-1應用和截面形式 鋼結構基本原理及設計 鋼結構中拉彎構件應用較少,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。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-1應用和截面形式? 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 鋼結構基本原理及設計 7-2拉彎、壓彎構件的強度 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。 2 - X W 力
6、 = W 4 兀一 * * L r H N (a) fy(c) 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 鋼結構基本原理及設計 二.強度計算準則: ① 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)。 ② 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),形成塑性較。 ③ 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N『A頭,屈服彎^Me=Wexfyt則得N 和陸的線性相關公式: 比+業(yè)_ = A % —+ =
7、 1 理 二 嗆殺演工生丈毋土木工權労就 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 鋼結構基本原理及設計 2. 全截面屈服準則 得N和畋的相關公式: (2^ + 1)2 N2 M 仏+ 1 N;+兀" 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結構基本原理及設計 當軸力很大(N>A/)時,塑性中和軸將位于翼緣范 圍內,按上述相同方法可以得到: 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結
8、構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結構基本原理及設計 m丄=i 尤 2(2。+1) Mpx 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結構基本原理及設計 因此,近似簡化為以下兩條直線公式,即: 當上5 0.13 >0.13 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 鋼結構基本原理及設計 丿 7-2拉彎、壓彎構件的強度A
9、 鋼結構基本原理及設計 3. 部分發(fā)展塑性準則 偏安全地采用直線式相關公式: 旦+翌丄二1 一部分進入塑性, Np Mpx 另一部分截面還處于彈性階段 釆用彈性截面模量 當構件部分塑性發(fā)展時,近似采用直線關系式: N Mx ——+ — N V M p / x ex 7.2.2構件強度與剛度計算 1.單向拉彎、壓彎構件按下式計算截面強度: 厶V 2.雙向拉彎、壓彎構件計算截面強度: N M -1L 土 皿 x + < f A V W V W n / x nx / y ny 3. 人=Yy = 1 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-2拉彎、壓彎構
10、件的強度A 鋼結構基本原理及設計 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) 受壓翼緣的自由外伸寬度b與其厚度t之比限制為 b/f <13j235//; 時不考慮塑性開展。 當 13^235/fy
11、工程禽陀 7-2拉彎、壓彎構件的強度A 鋼結構基本原理及設計 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 單向壓彎構件彎矩平面作用平面內失穩(wěn)變形和軸力一位移曲線 哈金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 平面內失穩(wěn)變形和軸力一位移曲線 單向壓彎構件彎矩平面作用平面外失穩(wěn)變形和軸力一位移曲線
12、 平面外失穩(wěn)變形和軸力一位移曲線 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) 7.3.2單向壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩(wěn)定 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Mx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。 嗆鬆演工生丈摩土木工卷労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定》 鋼結構基本原理及設計 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N謳的數(shù)
13、值解,可以考慮構件的幾何缺陷和殘余應力影 噲金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 噲金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 2. 相關公式計算法 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。 受均勻彎矩作用的壓彎構件的中點最大撓度為: N ( 7t 兒=勺sec3 \ 一 -ll = ^(sec^-l) N 2
14、 _ kl 1、 Ml2 SEI kl 2(sec —-l) ’蕩亦隔尹)皿[F_] 噲金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 式中=Ml2/SEI為不考慮"(僅受均勻彎矩M)時 簡支梁的中點撓度,方括號項為壓彎構件考慮軸力N影響 (二階效應)的跨中撓度放大系數(shù)??傻茫? kl 2(sec--l) sec 伙〃 2) q kl/2 I-"/% 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1/(1-N/Ne)??紤]二階效應后,兩端較支構件由 橫向力或端彎矩引起的最大彎矩應為: M xmaxl 0
15、』x 1 一 N/Nex 式中陸——構件截面上由橫向力或端彎矩引起的一階彎 矩; 1=1 卩亦——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, 匸#?!紤]軸力N引起二階效應的彎矩增大系數(shù), “歐=響為歐拉臨界荷載。 進一步署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% (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: M xmax2 嗆鬆演工生丈摩土木工卷労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定》 鋼結構基本原理及設計 因此,根據邊緣屈
16、服準則,壓彎構件彎矩作用平面內截 面最大應力應滿足: 上+必綁向+必紳阮=上+ 0哄Mx+M。 4 % A %(1 —N/心)Y 1=1 式中A、Wlv——壓彎構件截面面積和最大受壓纖維的 毛截面模量 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Nop在此情況下,解出等效初始缺陷: V陥仔應汎) NS扎可得: N 1 __ 二 1 久紜WJ(1-狄N/%) 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
17、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。對于實腹式壓彎 III 構件,應允許利用截面上的塑性發(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: 嗆殺慎工生丈毋土木工赧労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 嗆殺慎工生丈毋土木工赧労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 N | 伏皿 代愆人%人(1-0.8"/%) 嗆殺慎工生丈毋土木工赧労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 焊接工字鋼偏心壓桿的相關曲線 嗆殺
18、慎工生丈毋土木工赧労就 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 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(兀軸)彎曲的格構式壓彎構件 N | 伏皿 實腹式壓彎構件和繞實軸彎曲的格構式壓彎構件 N | 久皿 0/ — _ < f g 人%(1-0.8N/NJ) tv: 對于單軸對稱截面(如T形截面)壓彎構件,當彎矩作 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。 對這種情況,除計算外,尚應補充如下計算: N 0哄見 4 人
19、%(1T.25N/X) 式中—-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 N Ex 7T2EA o等效彎矩系數(shù)0啄 可按以下規(guī)定釆用: 哈金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 (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0啄=1.0o (2) 框架柱和兩端支承的構件:①無橫向荷載作用時, 0^=0.65+0.35^2〃"], 和隨是構件兩端的彎矩,^\>\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 曲率(有反彎點)時取異號。②有
20、端彎矩和橫向荷載同時作 用時,使構件產生同向曲率取Anx=l-Oo使構件產生反向曲率 取0mR?85。③無端彎矩但有橫向荷載作用時,Anx=1.0o 哈金澳工蟲丈哮土木工程禽院 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-3實腹式構件在彎矩平面內的穩(wěn)定A 鋼結構基本原理及設計 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
21、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,在彎矩作用平面外的彎扭屈曲臨界 嗆鬆澳工生丈毋土木工赧労就 7-4實腹式構件在彎矩平面外的穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 哈金演工蟲丈學土木工程席院 7?4實腹式構件在彎矩平面外的穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 ―T77< / / J t I t / // 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
22、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 屈曲理論為依據的。 獸~〉1時,曲線外凸, “Ey 偏安全地取 話=1,得到直線相關方程為: 7 N Mx + — = 1 “Ey Mg 2)將相關公式中的Ne、,和陸涼分別用 0厶和 時/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: N _ 0M . F 77 = 1 一 %%/y 哈金演工蟲丈學土木工程席院 7?4實腹式構件在彎矩平面外的穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 單向壓彎構件在彎矩作用平面外失穩(wěn)的相關曲線 2.壓彎構件彎矩作用平面外
23、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: 式中 7]——截面影響系數(shù):箱形截面“ =0.7,其他截面“ =1.0; —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,采用換算長細比久確定 0b——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0尸1?0。 墜主 F嗆鬆演工生丈毋土木工拆労就 7-4實腹式構件在彎矩平面外的穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 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): 雙軸對稱時: 才 f 0 =1.07 —
24、?鼻 44000 235 雙角鋼T形截面: 0 嚴 1 — 0.0017 九 7/加5 0 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,應根據兩相鄰支撐點間 構件段內的荷載和內力情況確定: ① 構件段無橫向荷載作用時, 0飯=0?65+0.35必2伽1, 和陸是構件段在彎矩作用平面內 的端彎矩,IMiRIMJ;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; ② 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〃飯=0.85o ③構件段內無端彎矩但有橫向荷載作用時,0
25、 tx=1.0o (2)彎矩作用平面外為懸臂構件,/? tx=1.0o 7.4.2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: 7匹眷" I AnxMx ZxWlx(l-0.8A^/<) N | 0myMy 麗+乙%(1_0.8盼 ) 哈金演工蟲丈學土木工程席院 7?4實腹式構件在彎矩平面外的穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 式中陸、My——所計算構件段范圍內對兀軸(工字形截 面和H型鋼兀軸為強軸)和y軸的最大彎矩; (P X、0y 對兀軸和y軸的軸心受壓構件穩(wěn)定系數(shù);
26、 0bx、——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,0“可按受 彎構件整體穩(wěn)定系數(shù)近似公式計算,%產1?0;對 閉口截面,0bx= %y=l?O。 等效彎矩系數(shù)0噸和0 my應按彎矩作用平面內穩(wěn)定計算 的有關規(guī)定采用;0飯、〃ty和應按彎矩作用平面外穩(wěn)定計算 的有關的規(guī)定采用。 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 b/t<13^235/fy 兩邊支承翼緣板 b0 /1 < 40^2357^ 當構件強度和整體穩(wěn)定計算中取rx "?0時 b〃
27、515j235//y 產M 噲總澳工盈丈垮土木工<1燉陀 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 7?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: 產M 噲總澳工盈丈垮土木工<1燉陀 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 產M 噲總澳工盈丈垮土木工<1燉陀 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 b = K cr e 12(1—長)漏 式中,Ke為彈性屈曲系
28、數(shù),其值與應力梯度勺有關; 彈塑性臨界應力為: 卅Et; 根據彈塑性穩(wěn)定理論, 不均勻壓力和剪力共同作用腹板彈性屈曲臨界應力: 卅Et; %— P 12(1 _ #2)局 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 當叱 %勺?6時, 力0/心=48%-1 當 l?6v % S2.0時,hQ / =16%+50 3 0<0 <1.6 時,空5[16兔+0.52 + 25]型 Y fy S 1.6<0 <2 時,< [486/0 + 0.52 - 26.2] 235 fy 式中2——構件在彎矩作用平面內的長細比,當2 <30時,取 2=30;當
29、2 >100時,取 A =100o 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 — 也 0.8[16兔+0.52 + 25]辱 \ fy h0 / Av < 40丁235/人 產M 噲總澳工盈丈垮土木工<1燉陀 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 3. T形截面的腹板 規(guī)范規(guī)定: 1) 自由邊受壓 當% < 1.0時 當> 1 ?。時 2) 自由邊受拉 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽St 鋼結構基本原理及設計
30、7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 熱軋T形鋼 焊接T形鋼 <(15 + 0.22) 力0 <(13 + 0.172) 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 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。 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 可釆用縱向加勁肋加強腹板 ,
31、這時應按上述規(guī)定 驗算縱向加勁肋與翼緣間腹板的高厚比。 哈永淇工業(yè)丈學止木工<1席院 7-5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定? 鋼結構基本原理及設計 2.整體穩(wěn)定驗算 平面內 平面外 局部穩(wěn)定驗算 剛度驗算 貳噲總澳工蟲丈垮土木工程彥院 "顧二 7?6實腹式壓彎構件的截面設計k 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格
32、構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 7-7格構式壓彎構件的計算 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。 1丨 |y I 1 I I ?!? + — * I I Z L: J ■■7 (C) —H J- I y (a) I y (b) 彎矩繞虛軸作用的格構式壓彎構件截面 1. 彎矩作用平面內的整體穩(wěn)定計算 N | 0Z 二 久A Wlx(l-^x A^/<)- 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
33、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 桿分肢軸心力計算: 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 分肢的內力計算 分肢1 N嚴N% +M\ a a 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 鋼結構基本原理及設計 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 分肢 2 N2=N-N, 1) 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, J在綴條平面內(分肢繞1-1軸)綴條體系節(jié)間長度; [在
34、綴條平面外(分肢繞y-y軸),構件兩側向支撐點間距離。 ID 綴板式構件分肢計算時,除軸心力M(或R)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"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 尋m爭— 一 一 蔭*哈朱澳工蟲丈垮土木工程修院 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 7.7.2彎矩繞實軸作用的格構式壓彎構件 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, 1.平面內 N |
35、 廠… 二f r 亞由乩 宀 ZxWlx(l-0.8^/O" 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 O 2L+沁 <廣 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;My彎矩在兩分肢間的分配與分肢對實軸和的 慣性矩成正比、與分肢軸線至虛軸X軸的距離成反比。 即: y9 分肢1的軸心力:N、=N—— a 分肢1的彎矩:M . y IJ VI $2 山—My 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的
36、計算k 鋼結構基本原理及設計 分肢2的軸心力:N2=N-N, 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 分肢2的彎矩: My2 h My — My] 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 式中“ /2 分肢1和分肢2對y軸的慣性矩; My
37、■ ■ ?—? 11 J分肢1 7 1 t -V1 1 a 4 1 9 X (b) 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 彎矩繞實軸作用的格構式壓彎構件截面 7.7.3雙向受彎的格構式壓彎構件 1.整體穩(wěn)定計算 “ N _1 QmxM x Ay y < f 不叱x(l-小龍)% — 分肢1 [d |1 分肢2 雙向受彎格構柱 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算
38、k 鋼結構基本原理及設計 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。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?7格構式壓彎構件的計算k 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳 一. 柱頭設計 IU 二. 柱腳設計 承受軸心壓力、水平剪力和彎矩,需與基礎剛接。 1. 整體式柱腳 2. 分離式柱腳 Vi 分離式鋼柱腳,用于格構式柱且兩柱肢間距大于或等于 l?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。 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l?5m時。
39、 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。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 工宇形柱 肋板 水平板 錨栓支 底板 錨栓 中心線 ■ / "N : = 1 :板 水平隔板 / * : ? ! Z 1 :eaj 1 LJ — :t 1 L 1 1 = = 錨栓支 架肋板
40、 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 工字形柱 (b) 噲總澳工蟲丈垮土木工程禽81 7-8
41、柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? "max 1)柱腳底板尺寸的確定 底板長度和寬度 內力由柱身傳給靴梁再傳 至底板。 同注彎矩和軸力作用 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: N 6M 1 7 BD BD2 N 6M BD BD2 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽陀 鋼結構基本原理及設計 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳?
42、 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 X ~ "rmx "max + ^nin 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 使久迪小于或等于基礎混凝土的軸心抗壓強度設 計值/
43、c,由此解得底板長度0。 底板尺寸B和D都應取cm的整數(shù),并應使DS2B。 如不符合此條件時,可重新設定B后再作計算。 柱腳底板的厚度 計算與軸壓柱腳相同。 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 o 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。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 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,因
44、而必須按計 算設置錨栓。 哈總澳工蟲丈垮土木工程, 鋼結構基本原理及設計 鋼結構基本原理及設計 7-8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 b^ax nin N —— BD 6M BD2 x = ^max bfnax + ^nin
45、 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 對受壓區(qū)壓應力合力C的作用點取力矩使刀M=0,可 得錨拴中拉力卩為: ” AT D X I M - N ——一一 (2 3丿 D-c- — 3 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N], z N M N、= —— +—— 1 2 h 靴梁高度由焊縫長度確定,其高度不宜小于450mmo 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。 EJ 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。 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳? 鋼結構基本原理及設計 哈總澳工蟲丈垮土木工程禽st 7?8柱頭和柱腳?
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