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1、第五講 軸心受力構(gòu)件和拉彎壓彎構(gòu)件 主講麻子飛 內(nèi)蒙古建筑技術(shù)職業(yè)學(xué)院 5. 1軸心受力構(gòu)件概述 包括：軸心受拉構(gòu)件、軸心受壓構(gòu)件。 常用于：桁架、塔架、網(wǎng)架及工作平臺的支柱。 軸心壓桿也經(jīng)常用作工業(yè)建筑的工作平臺支柱。柱由柱頭、 柱身和柱腳三部分組成。柱頭用來支承平臺梁或桁架，柱腳的作 用是將壓力傳至基礎(chǔ)O  實腹式構(gòu)件 卡卅- -rH 壬卅曲米甘 0) □ L L l_j c_)n_r 格構(gòu)式構(gòu)件 除有孔洞削弱的桿件外，軸壓構(gòu)件主要由穩(wěn)定控 制，因此應(yīng)盡量使截面開展，

2、截面慣性矩增大。 軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個極限狀態(tài): 第一極限狀態(tài) 軸拉：驗算強度 軸壓：驗算強度、穩(wěn)定 整體穩(wěn)定 局部...... 單肢…… 第二極限狀態(tài)：限制構(gòu)件變形（剛度），通過限制 長細比達到。 5. 2軸心受力構(gòu)件的強度和剛度 5.2.1強度計算 N 一般情況下^7 = —< N —軸心壓力或拉力; a A An—凈截面面積 ?普通螺栓連接處構(gòu)件凈截面面積計算 并列布置 錯列布置 I 截面 Anl = A —3dot An = A—n[dt I - II — II截面 4?2 = H 2匂 + 4 J

3、a? + 幺 2 — 5d 丿 III — III 截面 = t（ 2幺]+ 2幺 + — 4〃o ） An 加加{&1人2人3} ?摩擦型高強度螺栓連接處構(gòu)件凈截面強度計算 同時 \ N a =——< A (1-0.5 魚丿 N n Nr ——< 4 5.2.2剛度 軸心受力構(gòu)件的剛度用長細比來衡量 受拉構(gòu)件 受壓構(gòu)件 X —Ox X — ?

4、5 [2] = 350 [2] = 150 = —< [A] 0 5.2.3軸心拉桿的設(shè)計 r 受拉構(gòu)件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定問題，設(shè)計時 只考慮強度和剛度。 ?:?實腹式軸心受拉構(gòu)件截面的選擇 N 根據(jù) < / ,可求&，選擇截面。 鋼材比其他材料更適合于受拉，所以鋼拉桿不但用于鋼結(jié) 構(gòu)，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組合結(jié)構(gòu)。此種組合結(jié)構(gòu) 的受壓構(gòu)件用鋼筋混凝土或木材制作，而拉桿用鋼材做成。 5.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定 5.3.1整體穩(wěn)定的計算 5.3.1.1整體穩(wěn)定的臨界力確定方法 5.3.1.2軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線 200 人〃 y/235

5、 200 人〃 y/235 即壓桿的％九關(guān)系曲線。 3曲線 b曲線 壬 軋制，劭W0. 8,對強軸 除叭c、d以外的其他載面情況 C曲線 y y 焊接,軋制邊，對y軸 焊接■軋制邊/$40■對強軸 d曲線 焊接，『N40,軋制垃，對弱軸 軋制，/>80, b/h>Q.S9對弱軸 壬 焊接,軋制邊，對兩主軸 o軋制，對兩主軸 焊接,板件寬厚比W20,對兩主釉 軋制，40VW8Q,對弱tt,M>0.8 軋制，&80,對強軸,劭>0.8 it. 40 80 160

6、 200 人〃 y/235 営M ? E KtUA小0?8 — y M II — "TV s-sft 書?&V2O) 0 MQ& It s s* ―|-i s$ H H SS3 申毎.4-從 ? SMaM s-5 N &■◎ zx? ss %

7、 聯(lián)心受圧構(gòu)件的■雷分類（板■ /二伽ID0 表4 W fit 況：. 對工鎮(zhèn) 對丿執(zhí)［ 5 . v ? ? * -*. ? 軋■工字 Cw ?；, .；■* * - ?、 ? 1 ??? & ?3* _ ?? cV80mm ? ? > ? ? ?? ? ■ - . 、??——. ? ■ - < ■-. ■ ■ ?八 -1 b類?； > ?氣. ■ ? ?? 弋 - * ?? ’? 、 ? ? ? ? 一 C類 Q80mm ? C類 d . 丄壬』 壯工裱嗣 翼緣為焰切邊 b類 b類

8、翼緣為軋制或剪切邊 c類 d類 廿 Ljj 焊接箱形截面 1十 板件寬厚比＞20 b類 b類 板件寛厚比W20 c類 c類 5.3.1.3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算 cr N ‘be fy b =——?—?/ A 7r fy （/）-A 其中：A—毛截面面積； e = fy J —軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)表

9、 6.4截面分類和構(gòu)件的長細比按附表 1.1?附表1.4查處。與鋼號、九、及構(gòu)件 的截面形式、加工方法和所繞主軸等 有關(guān)。 _ A + (1 十 St 一— — /y + (1 + q)九 —We cr b cp = — fy 1 ——< 2 1 + (1 + 。)寧 J y 1 + (1 + %)寧 J y 2 一4玉 fy 式中的％值實質(zhì)為考慮初彎曲、殘余應(yīng)力等綜合影響的等效初彎 。對于規(guī)范中采用的四條柱子曲線，％的取值為： a類截面:Sq =0.1522-0.014 b類截面：=0.3002-0.035 C類截面：^=0.5952-0

10、.094 （251.05時） ^ = 0.3022-0.216 仇〉1.05時） d類截面:=0.9152-0.132 （2 <1.05時） 勺=0.4322+0.375 （2 >1.05時） 式中：A = - E——無量綱長細比 * E 上述％值只適用于當(dāng)2〉0.21$相當(dāng)于2〉20J235/Q 時，將以上％值代人上式中，就是附表1.1?1.4中當(dāng) Q0215 時的（p值表達式。 當(dāng)2 <0.215 （即2 <20^235/fv ）時，公式不再適用, 規(guī)范采用一條近似曲線，使其在2 = 0.215和2 = 0相銜接，即: _2 （p-\-axX 系數(shù)W分別等于0.41

11、（a類截面）、0.65 （b類截面）、0.73 （c類 截面）和1.35 （d類截面）。 —b X (a) 在單向壓力作用下，板的臨界應(yīng)力 _亦力滬竹t 2 . “ _ 12(l-v2/ b 丿 式中X——板邊緣的彈性約束系數(shù)； P——屈曲系數(shù)； n——彈性模量折減系數(shù)，根據(jù)軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的 試驗資料，可取為： 5*紳軍—鬥附工與丄肛一 ?mf—terai .tteT—BTiHrfrMWSFjBezftfl：? ?》mAto?ae—nt ?sr Zangj—acgTaatriBg^^ 局部穩(wěn)定驗算考慮等穩(wěn)定性，保證板件的局部失 穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于構(gòu)

12、件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，即 i2 n(i-v2)(b) 式中的（p可用Perry公式表達。由此可確定岀板件 I寬厚比的限值。  (])翼緣 半個翼緣可視為三邊簡支一邊自由的均勻受壓板, ?。?=0.425，% = 1.0o 235 根據(jù) erf =(/) fy fy 經(jīng)簡化得-<(10 + 0.12川二^ 九一構(gòu)件最大長細比， v30時，取30,大于100時,取100。 212 一采用不同鋼號時的換算系數(shù)。 (2)腹板 腹板可視為四邊支承板，卩=4,翼緣對腹板是 彈性嵌固咒=1.3。 根據(jù) bf =(/)fy 經(jīng)簡化得 < (25 + 0.5A) f

13、 l 幾 入一構(gòu)件最大長細比， V30時,取30,大于100時，取100。 (1)腹板 取 0 = 4 龍= 1.0 令曙=0.95兒 可得 ”46 規(guī)范取 (2)翼緣板中間部分  (三)T形截面 235 235 石 翼緣 -<(10 + 0.12) (1)剖分T形截面 腹板 丄5(15 + 0.2刃 腹板的寬厚比比翼緣大得多，受到翼緣的約束作用。 (2)兩板焊接T形截面 腹板 ^-<(13 + 0.172) 相對剖分截面，殘余應(yīng)力較大。 各種截面構(gòu)件的板件寬厚比限值見表。 表5?5 軸心受壓構(gòu)件板件JK厚比限值 截 面 及 板

14、件 尺 寸 %或亨）w（io+o.u）y霽 辛 W（1E+O.2/1）J薯 yJC（25t 0.6A^^ a Qcz t- r. iS 半W 100 （器） 對兩板焊接T形襪面■其腹板高厚比應(yīng)滿足/“ W (13+0.. ?當(dāng)腹板的高厚比超過規(guī)定限值 時，可通過以下方法解決： 1. 一般調(diào)整厚度或?qū)挾龋? I —些截面高度較大的柱子，經(jīng)計 算認(rèn)為合理時，可在腹板中央設(shè) 一根縱肋; 圖5?13實腹柱的腹板加勁肋 ZX』二1 ha N < 2. 聽任tw不滿足要求，腹板喪 失穩(wěn)定，而在計算構(gòu)件的強 度和穩(wěn)定時，僅考慮腹板各 20幾芳的部

15、分截面工作, 但（P仍按全截面計算。 5.4.1實腹柱設(shè)計 541.1截面形式 實腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對稱截面，以避 免彎扭失穩(wěn)。 常用截面形式有軋制普通工字鋼、H型鋼、焊接工字形截 面、 型鋼和鋼板的組合截面、 管和方管截面等。 ⑴ (?)  選擇軸心受壓實腹柱的截面時，應(yīng)考慮以下幾個 原則： ①面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回 轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度； 亶塑個豐輛効尅戀區(qū)即使J以達到 經(jīng)濟的效果； ③ 便于與其他構(gòu)件進行連接； 盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。 ■ MB ■ Ml 54.1.2截面設(shè)丁 ■ . ■

16、 NFt ?w B rq I p Ta r fll ： * … ?■ 亠 …/ li 亠上 k 紅亠?亠a “ _ 首先按上述原則選定合適的截面形式，再初步選擇截面 尺寸，然后進行強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、剛度等的驗算。 由于仝蘭竊，A、cp均未知，只能先假定九，初選截面， 然后驗算f 1. 截面尺寸的初步確定 (1)假定兒一般取60?100。N大，且1。小時， 九取較小值；反之，九取較大值。 根據(jù)假定的九，查(p,計算岀所需的 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值 表56 (2)確定尺寸，分為兩種情況 ①若采用型鋼截面 根據(jù)屮、if、 匚，按附錄型鋼表，查出大致符合

17、 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值 表56 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值 表56 要求的型鋼號。 ②若采用組合截面 [T X 按表查岀系數(shù)內(nèi)、色，初選組 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值 表56 合截面的輪廓尺寸，F(xiàn) 丄,決 丄，然后由局部 ocx 穩(wěn)定條件和屮選擇板件厚度。 第面 M~1 d |一 — | ^3 卜 ?| 宀 i產(chǎn)a】h 0.43A 0. 38A 0. 38A 0. 40A 0. 3OA 0. 28A 0. 32A =訕 0. 246 0.446 0- 60b 0. 40b 0.2156

18、 0. 246 0. 206 （4） 由所需要的A、h、b等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初選尺寸。 （5） 構(gòu)件強度、穩(wěn)定和剛度驗算。 ①當(dāng)截面有削弱時，需進行強度驗算。 截面驗算 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值 表56 80時，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。 bs > ho/3O + 40mm, 間距< 3h0 6沙/15, （2）翼緣與腹板間焊縫一般

19、按構(gòu)造設(shè)計。 格構(gòu)式柱包括柱肢和綴件兩部分。 綴件 J綴條 ｛綴板 楓 隔 間距W9倍截面的 較大寬度.8m 0 T 橫向加勁肋 間距冬3人。 圖5-27實腹式構(gòu)件的橫 向加勁肋和橫隔 1. 實月 (1) 當(dāng)"o/幾>800寸，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋。 J |間足巨5 3屁| bs > Ao/3O + 40mm, ,h 沙/i5, (2) 在運送單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔。 ■身目距W

20、9力或8m ^>b/2-tw/2 ■氣魁匚=8?12mm > r A ■、 翼緣與腹板間焊縫一般按構(gòu)造設(shè)計。 2. 格構(gòu)式 設(shè)置橫隔與實腹式相同。 綴條  5. 5軸心受壓柱的柱頭和柱腳 設(shè)計原則： 傳力明確、傳力過程簡捷、安全可靠、 經(jīng)濟合理，有足夠的剛度而構(gòu)造又不復(fù)雜。 ? 「構(gòu)造設(shè)計 柱頭和柱腳的設(shè)計包括彳傳力過程分析 卞E i I各零部件與連接的計算 ■ a X - ■ ?■ - ■ ? ■■ ■ ? ? ? r ■ A rWM| 梁與柱較接。 梁支承在柱頂上。（單層） fl 一填板 頂板 加勁肋 隔板

21、 IB ⑹ ? 頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取16?20mm。為了 的翼緣。兩相鄰梁之間留一空隙，以便于 安裝，最后用夾板和構(gòu)造螺栓連接。這種 連接方式構(gòu)造簡單，對梁長度尺寸的制作 要求不高。缺點是當(dāng)柱頂兩側(cè)梁的反力不 等時將使柱偏心受壓。 梁的反力通過端部加勁肋的突出部分 如傳給柱的軸線附近，因此即使兩相鄰梁 的反力不等，柱仍接近于軸心受壓。梁端 加勁肋的底面應(yīng)刨平頂緊于柱頂板。由于 梁的反力大部分傳給柱的腹板，因而腹板 不能太薄且必須用加勁肋加強。兩相鄰梁 之間可留一些空隙，安裝時嵌入合適尺寸 - 格構(gòu)式柱，為了保證傳力均勻并托 住頂板，應(yīng)在兩柱肢之

22、間設(shè)置豎向隔板。 綴板 柱頂板 曠加勁肋 1 連于柱的側(cè)面。（多層） 支托可采用T形、也可用厚鋼板做成。用厚鋼板做支托的方 案適用于承受較大的壓力，但制作與安裝的精度要求較高。支托 的端面必須刨平?？紤]到荷載偏心的不利影響，支托與柱的連接 焊縫按梁支座反力的1.25倍計算。梁端與柱間應(yīng)留空隙加填板并 設(shè)置構(gòu)造螺栓。當(dāng)兩側(cè)梁的支座反力相差較大時，按壓彎柱計算。 10 ?20 □實腹式

23、柱頭設(shè)計 1?構(gòu)造設(shè)計 /填板 墊圈 加勁肋/ 墊板 /V/2 必 突緣 2?傳力過程分析 N端面 柱頂扳/ …底面_ “丄一端面承壓③—焊縫②_ — 承壓①_ /極 承壓②-丁人極 或焊縫oT 加動肋 枉身 4 梁與柱剛接 （看書） 552柱腳 使柱身的內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ)，并和基礎(chǔ)牢固連接。 較接柱腳 底板 [it思菲I 隔板 (6) C

24、) (d) —T Z|  (Q) □l A A lU A A M 都增設(shè)一些中間傳力零件，如靴梁、隔板和肋板等，以］ 增加柱與底板的連接焊縫長度，并且將底板分隔成幾個區(qū)格， 使底板的彎矩減小，厚度減薄。 實腹蟹；（C）格構(gòu)式柱； 靴梁外側(cè)設(shè)置肋板，底板做成正方形或接近正方形。 布置連接焊縫時，應(yīng)考慮施焊的方便與可能。如隔板的里 抗剪鍵 圖5. 27柱腳的抗剪健 較接柱腳不承受彎矩，只 承受軸向壓力和剪力。g力通 常由底板與基礎(chǔ)表面的摩擦力 傳遞。當(dāng)此摩擦力不足以承受 水平剪力時，應(yīng)在柱腳底板下 設(shè)置抗剪鍵，抗剪鍵可用方鋼、 短T字鋼或H型鋼做成。 □格構(gòu)式柱腳設(shè)計 1.構(gòu)造設(shè)計 6> 2?傳力過程分析