钢结构设计原理拉弯压弯构件.pptx
1第第六六章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件钢结构中压弯和拉弯构件的应用广泛，例钢结构中压弯和拉弯构件的应用广泛，例如有节间荷载作用的桁架上下弦杆、受风荷载如有节间荷载作用的桁架上下弦杆、受风荷载作用的墙架柱、工作平台柱、支架柱、单层厂作用的墙架柱、工作平台柱、支架柱、单层厂房结构及多高层框架结构中的柱等等。房结构及多高层框架结构中的柱等等。第1页/共77页2第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2 2、截面形式、截面形式 实腹式和格构式实腹式和格构式图图6.2 压弯构件的截面形式压弯构件的截面形式实腹式截面：热轧型钢实腹式截面：热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截截面、冷弯薄壁型钢截面和组合截面。面和组合截面。当构件计算长度较大且当构件计算长度较大且受力较大时，为了提高受力较大时，为了提高截面的抗弯刚度，还常截面的抗弯刚度，还常常采用格构式截面。常采用格构式截面。第2页/共77页3第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3、拉弯、压弯构件的设计内容拉弯、压弯构件的设计内容拉弯构件：拉弯构件：承载能力极限状态：承载能力极限状态：强度强度正常使用极限状态：正常使用极限状态：刚度刚度强度强度稳定稳定实腹式实腹式 格构式格构式 弯矩绕实轴作用弯矩绕实轴作用弯矩绕虚轴作用弯矩绕虚轴作用整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定平面内稳定平面内稳定 平面外稳定平面外稳定 承载能承载能力极限力极限状态状态正常正常使用使用极限极限状态状态刚度刚度压弯构件：压弯构件：第3页/共77页4第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.2 拉弯、压弯构件的强度拉弯、压弯构件的强度对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。图6.5 压弯构件截面应力的发展过程Aw=hwtwMxhwxxyyhfyfyfyfyHHN h h(1-2)hfyfy(a)(b)(c)(d)Af=bt第4页/共77页5第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件构件最危险截面处于塑性工作阶段时，塑性中和轴可能在构件最危险截面处于塑性工作阶段时，塑性中和轴可能在腹板或翼缘内。当腹板或翼缘内。当轴力较小（轴力较小（NAwfy）时时,塑性中和轴在腹板内，塑性中和轴在腹板内，可得可得N和和Mx的相关公式：的相关公式：（6.3）NP屈服轴力，NPAfy;Mpx塑性弯矩，MpxWpxfy=Aw/Af第5页/共77页6第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 当当轴力很大（轴力很大（NAwfy）时时,塑性中和轴位于翼缘塑性中和轴位于翼缘内，可以得到：内，可以得到：（6.4）第6页/共77页7第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图6.6 压弯构件N/Np-Mx/Mpx关系曲线式（7.2.4b）式（7.2.5b）式（6.4）构件的构件的N/Np-Mx/Mpx关关系曲线均呈凸形。与构件系曲线均呈凸形。与构件的截面形状，腹板翼缘面的截面形状，腹板翼缘面积比积比 有关。在设计中简化有关。在设计中简化采用直线关系式，其表达采用直线关系式，其表达式为：式为：第7页/共77页8第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件（6.4）考虑轴心力引起的附加考虑轴心力引起的附加弯矩和剪力的不利影响，规弯矩和剪力的不利影响，规范偏于安全采用一条斜直线范偏于安全采用一条斜直线（图中虚线）代替曲线。（图中虚线）代替曲线。第8页/共77页9第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件（6.5a）1.单向拉弯、压弯构件强度计算公式单向拉弯、压弯构件强度计算公式第9页/共77页10第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件N轴心压力设计值轴心压力设计值 An验算截面净截面面积验算截面净截面面积 Mx、My两个主平面内的弯矩两个主平面内的弯矩Wn,x、Wn,y验算截面对两个主轴的净截面模量验算截面对两个主轴的净截面模量 x、y截面在两个主平面内的截面在两个主平面内的截面塑性发展系数，按表采用截面塑性发展系数，按表采用2.双向拉弯、压弯构件强度计算公式双向拉弯、压弯构件强度计算公式（6.5b）第10页/共77页11第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件对于需要计算疲劳的构件，目前对其截面塑性性能缺乏研究；对于需要计算疲劳的构件，目前对其截面塑性性能缺乏研究；对于格构式构件，当弯矩绕虚轴作用时，由于截面腹部无实对于格构式构件，当弯矩绕虚轴作用时，由于截面腹部无实体部件，塑性开展的潜力不大；体部件，塑性开展的潜力不大；为了保证受压翼缘在截面发为了保证受压翼缘在截面发展塑性时不发生局部失稳，当受压翼缘的宽厚比展塑性时不发生局部失稳，当受压翼缘的宽厚比13b/t15时不时不考虑塑性发展。考虑塑性发展。对以下三种情况，在设计时采用边缘屈服作为构件强度计算的对以下三种情况，在设计时采用边缘屈服作为构件强度计算的依据，即取依据，即取 x=y=1:第11页/共77页12第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件压弯构件弯矩作用平面内失稳压弯构件弯矩作用平面内失稳 在在N和和M同时作用下，一开始构件就在弯矩同时作用下，一开始构件就在弯矩作用平面内发生变形，呈弯曲状态，当作用平面内发生变形，呈弯曲状态，当N和和M同时增加到一定大小时则到达极同时增加到一定大小时则到达极限状态，超过此极限状态，要维持内外限状态，超过此极限状态，要维持内外力平衡，只能减力平衡，只能减 小小N和和M。在弯矩作用。在弯矩作用平面内只产生平面内只产生弯曲屈曲弯曲屈曲。图 压弯构件的整体失稳6.3 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算 压弯构件整体失稳形式压弯构件整体失稳形式第12页/共77页13第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图 压弯构件的整体失稳压弯构件弯矩作用平面外失稳压弯构件弯矩作用平面外失稳当当构件在弯矩作用平面外没有足够的支构件在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能发生构件可能发生弯扭屈曲弯扭屈曲而破坏，这种而破坏，这种弯扭屈曲又称为压弯构件弯矩作用平弯扭屈曲又称为压弯构件弯矩作用平面外的整体失稳。面外的整体失稳。双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳同时产生双同时产生双向弯曲变形并伴随有扭转变形属向弯曲变形并伴随有扭转变形属弯扭弯扭失稳失稳。第13页/共77页14第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则 以构件截面边缘纤维屈服的弹性受力阶段极限状以构件截面边缘纤维屈服的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态。此时构件处于态作为强度计算的承载能力极限状态。此时构件处于弹性工作阶段。弹性工作阶段。第14页/共77页15第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件边缘屈服准则边缘屈服准则构件处于弹性工作阶段，在最危险截面上，截面边缘处的最大应构件处于弹性工作阶段，在最危险截面上，截面边缘处的最大应力达到屈服点，即：力达到屈服点，即：N、Mx验算截面处的轴力和弯矩；A验算截面处的截面面积；Wex验算截面处的绕截面主轴x轴的截面模量；NP屈服轴力，NPAfy;Mex屈服弯矩，MexWexfy第15页/共77页16第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件规范规定单向压弯构件弯矩作用平面内整体稳定规范规定单向压弯构件弯矩作用平面内整体稳定验算公式为：验算公式为：压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式a)实腹式压弯构件和绕实轴弯曲的格构式压弯构件实腹式压弯构件和绕实轴弯曲的格构式压弯构件（6.13）第16页/共77页17第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件b)对于单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对对于单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对成轴平面内且使较大翼缘受压时，有可能在较小成轴平面内且使较大翼缘受压时，有可能在较小翼缘或无翼缘一侧产生较大的拉应力而出现破坏。翼缘或无翼缘一侧产生较大的拉应力而出现破坏。对于这种情况，除按式对于这种情况，除按式(6.13)计算外，还应补充如计算外，还应补充如下计算下计算第17页/共77页18第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件（6.14）N验算截面处的轴力验算截面处的轴力 A压弯构件的截面面积压弯构件的截面面积 Mx验算截面处的弯矩验算截面处的弯矩 x截面塑性发展系数截面塑性发展系数W1,x、W2x最大受压纤维的毛截面模量和受压较小翼缘或无翼最大受压纤维的毛截面模量和受压较小翼缘或无翼缘端的毛截面模量缘端的毛截面模量 mx-等效弯矩系数等效弯矩系数第18页/共77页19第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1）悬臂构件和在内力分析中未考虑二阶效应的无支）悬臂构件和在内力分析中未考虑二阶效应的无支撑框架和弱支撑框架柱撑框架和弱支撑框架柱 mx=1.02）框架柱和两端支承的构件）框架柱和两端支承的构件 无横向荷载作用时无横向荷载作用时 mx=0.65+0.35M2/M1，M1和和M2是构件两端的弯矩。是构件两端的弯矩。M2 M1。当两。当两端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。号。有关有关 mx取值，规范规定如下：取值，规范规定如下：第19页/共77页20第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 有端弯矩和横向荷载同时作用时有端弯矩和横向荷载同时作用时 使构件产生同向曲率，使构件产生同向曲率，mx=1.0；产生反向曲率，产生反向曲率，mx=0.85。无端弯矩有横向荷载作用时无端弯矩有横向荷载作用时：mx=1.0。第20页/共77页21第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件7.4 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算 单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定 开开口口薄薄壁壁截截面面压压弯弯构构件件的的抗抗扭扭刚刚度度及及弯弯矩矩作作用用平平面面外外的的抗抗扭扭刚刚度度通通常常较较小小，当当构构件件在在弯弯矩矩作作用用平平面面外外没没有有足足够够的的支支撑撑以以阻阻止止其其产产生生侧侧向向位位移移和和扭扭转转时时，构构件件可可能能发发生生弯弯扭扭屈屈曲曲而而破破坏坏，这这种种弯弯扭扭屈屈曲曲称为压弯构件弯矩作用平面外整体失稳。称为压弯构件弯矩作用平面外整体失稳。第21页/共77页22第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件压弯构件弯矩作用平面外整体稳定计算公式压弯构件弯矩作用平面外整体稳定计算公式规范规定单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定规范规定单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定验算公式为：验算公式为：（6.16）第22页/共77页23第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件N验算截面处的轴力验算截面处的轴力 A压弯构件的截面面积压弯构件的截面面积 Mx计算构件段范围内计算构件段范围内(构件侧向支撑点间构件侧向支撑点间)的最大弯矩的最大弯矩 h h截面影响系数，箱形截面取截面影响系数，箱形截面取0.7，其他截面取，其他截面取1.0 y弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，对单轴对称截弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，对单轴对称截面应考虑扭转效应，采用换算长细比确定面应考虑扭转效应，采用换算长细比确定 b均匀弯曲的受弯构件的整体稳定系数按附录均匀弯曲的受弯构件的整体稳定系数按附录3计算，对工形计算，对工形截面和截面和T形截面的非悬臂构件可按受弯构件整体稳定系数的近似形截面的非悬臂构件可按受弯构件整体稳定系数的近似公式计算公式计算(附二表附二表2.8)；对闭口截面取；对闭口截面取1.0 tx-计算弯矩平面外稳定的等效弯矩系数计算弯矩平面外稳定的等效弯矩系数（）第23页/共77页24第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 所计算段内有端弯矩又有横向力作用所计算段内有端弯矩又有横向力作用产生相同曲率时，产生相同曲率时，tx=1.0；产生反向曲率时；产生反向曲率时 tx=0.85 1）在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构件段内荷载和内力情况确定。点间构件段内荷载和内力情况确定。有关有关 tx取值按下列方法采用取值按下列方法采用所计算的段内无横向荷载作用所计算的段内无横向荷载作用 tx=0.65+0.35M2/M1 所计算段内无端弯矩，但有横向力作用所计算段内无端弯矩，但有横向力作用 tx=1.0M1和和M2是构件两端的弯矩。是构件两端的弯矩。M2 M1。当两端弯矩使构件。当两端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。产生同向曲率时，取同号，反之取异号。2）弯矩作用平面外为悬臂构件：弯矩作用平面外为悬臂构件：tx=1.0第24页/共77页25第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.5 实腹式压弯构件的局部稳定实腹式压弯构件的局部稳定 受压翼缘板的宽厚比限值受压翼缘板的宽厚比限值实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力相似，其实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力相似，其局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚比的办法来保证。局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚比的办法来保证。外伸翼缘板外伸翼缘板（6.20）两边支承翼缘板两边支承翼缘板第25页/共77页26第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件压弯构件腹板弹性状压弯构件腹板弹性状态受力情况态受力情况 maxminahw板厚tw 腹板受力较复杂。同时受不均匀压力和剪力的作用。腹板受力较复杂。同时受不均匀压力和剪力的作用。腹板的高厚比限值腹板的高厚比限值腹板的局部稳定主要与压应力的不均腹板的局部稳定主要与压应力的不均匀分布的梯度有关。匀分布的梯度有关。0应力梯度 max腹板计算高度边缘的最大压应力 min腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力为正，拉应力为负 0 (max-min)/max（6.21）1.工字形和工字形和H形截面的腹板形截面的腹板 规范规范规定工字形和规定工字形和H H形截面压弯构件腹板高厚比限值：形截面压弯构件腹板高厚比限值：（6.23a）当0 o 1.6时:第26页/共77页27第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件当当1.6 o2.0时时:（6.23b）构件在弯矩作用平面内的长细比；构件在弯矩作用平面内的长细比；当当 30时，取时，取 =30，100时，取时，取 =100。2.箱形截面的腹板箱形截面的腹板考虑到两块腹板可能受力不均，因而箱形截面高厚比值取为共字考虑到两块腹板可能受力不均，因而箱形截面高厚比值取为共字型截面腹板的型截面腹板的0.8倍。倍。但不应小于但不应小于第27页/共77页28第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.T形截面的腹板形截面的腹板 当当 01.0时时 当 01.0时（6.26a）（6.26b）当弯矩作用在当弯矩作用在T形截面对称轴内并使腹板自由边受压时：形截面对称轴内并使腹板自由边受压时：当弯矩作用在当弯矩作用在T形截面对称轴内并使腹板自由边受拉时：形截面对称轴内并使腹板自由边受拉时：（6.25b）第28页/共77页29第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件截面形式截面形式1.对于对于N大、大、M小的构件，可参照轴压构件初估；小的构件，可参照轴压构件初估；2.对于对于N小、小、M大的构件，可参照受弯构件初估；大的构件，可参照受弯构件初估；6.6 实腹式压弯构件的设计实腹式压弯构件的设计截面验算截面验算1.强度验算强度验算2.整体稳定验算整体稳定验算3.局部稳定验算局部稳定验算组合截面组合截面4.刚度验算刚度验算构造要求构造要求 与实腹式轴心受压构件相似与实腹式轴心受压构件相似第29页/共77页30第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件例题6.1：某压弯构件的简图、截面尺寸、受力和侧向支承情况如图所示，试验算所用截面是否满足强度、刚度和稳定性要求。钢材为Q235钢，翼缘为焰切边；构件承受静力荷载设计值F=100kN和N=900kN。第30页/共77页31第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.内力（设计值）轴心力N=900kN 弯 矩 2.截面特性和长细比：l0 x=16m，l0y=8m 第31页/共77页32第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 3.3.强度验算强度验算满足要求满足要求刚度满足要求第32页/共77页33第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件4.4.在弯矩作用平面内的稳定性验算在弯矩作用平面内的稳定性验算满足要求满足要求第33页/共77页34第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件5.5.在弯矩作用平面外的稳定性验算：在弯矩作用平面外的稳定性验算：AC段（或CB段）两端弯矩为M1=400 kN.m，M20，段内无横向荷载：满足要求满足要求第34页/共77页35第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件讨论：本例题中若中间侧向支承点由中央一个改讨论：本例题中若中间侧向支承点由中央一个改为两个（各在为两个（各在l l/3/3点即点即D D和和E E点），结果如何？点），结果如何？第35页/共77页36第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.6.局部稳定验算局部稳定验算翼缘的宽厚翼缘的宽厚比腹板计算高度边缘的应力腹板计算高度边缘的应力第36页/共77页37第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件腹板高厚比腹板高厚比满足要求满足要求第37页/共77页38第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.7 6.7 格构式压弯构件的计算格构式压弯构件的计算 当偏心受压柱的宽度很大时，常采用格构式。当柱中弯当偏心受压柱的宽度很大时，常采用格构式。当柱中弯矩不大，或柱中可能出现正负号的弯矩但二者的绝对值相差矩不大，或柱中可能出现正负号的弯矩但二者的绝对值相差不大时，可用对称的截面形式不大时，可用对称的截面形式(k、i、m)；当弯矩较大且弯；当弯矩较大且弯矩符号不变，或者正、负弯矩的绝对值相差较大时，常采用矩符号不变，或者正、负弯矩的绝对值相差较大时，常采用不对称截面不对称截面(n、p)，并将截面较大的肢件放在弯矩产生压应，并将截面较大的肢件放在弯矩产生压应力的一侧。力的一侧。格构式压弯构件的截面形式格构式压弯构件的截面形式 第38页/共77页39第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图图6.7.1 格构式压弯构件的截面形式格构式压弯构件的截面形式 由于截面的高度较大且受有较大的外剪力，所由于截面的高度较大且受有较大的外剪力，所以缀板连接的格构式压弯构件很少采用以缀板连接的格构式压弯构件很少采用。第39页/共77页40第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件截面中部空心，不考虑塑性的深入发展。截面中部空心，不考虑塑性的深入发展。1.弯矩平面内的整体稳定计算弯矩平面内的整体稳定计算（6.27）注意：式中注意：式中 x x及及N NExEx均按格构式柱的换算长细比均按格构式柱的换算长细比 0 0 x x 确确定定 ，W W1x1x=I Ix x/y y0 0。y y0 0为为x x轴到较大压力分肢的轴线距离或压力轴到较大压力分肢的轴线距离或压力较大分肢腹板边缘的距离，两者中取较大者（见下图）。较大分肢腹板边缘的距离，两者中取较大者（见下图）。弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件按式（按式（6.27）计算。）计算。第40页/共77页41第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图格构柱计算绕虚轴截面模图格构柱计算绕虚轴截面模量时量时y y0 0的取值的取值第41页/共77页42第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件（6.27）第42页/共77页43第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件双肢缀条式柱：双肢缀条式柱：A A两个肢柱的毛截面面积；两个肢柱的毛截面面积；A A1 1两个斜杆的毛截面面积。两个斜杆的毛截面面积。第43页/共77页44第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件y2y1aNMx112.分肢的稳定计算分肢的稳定计算 构构件件弯弯距距作作用用平平面面外外的的整整体体稳稳定定一一般般通通过分肢的稳定计算来保证而不必验算。过分肢的稳定计算来保证而不必验算。两分肢的轴心力两分肢的轴心力（6.31a）（6.32b）将整个构件视为一平行弦桁架，将整个构件视为一平行弦桁架，分肢为分肢为弦杆，弦杆，两分肢的轴心力则由内力平衡得：两分肢的轴心力则由内力平衡得：第44页/共77页45第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件y2y1aNMx11 缀条式构件的分肢按轴心受压柱计算缀条式构件的分肢按轴心受压柱计算分肢计算长度：分肢计算长度：1 1）缀条平面内（）缀条平面内（1 11 1轴）取缀条体轴）取缀条体系的节间长度系的节间长度l loxox=l l1 1 ；2 2）缀条平面外，取构件侧向支撑点）缀条平面外，取构件侧向支撑点间的距离。不设支承时取间的距离。不设支承时取l loyoy=柱子全高。柱子全高。第45页/共77页46第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 缀板式构件的分肢缀板式构件的分肢 对缀板柱的分肢计算时，除对缀板柱的分肢计算时，除N N1 1、N N2 2外，尚应考外，尚应考虑剪力作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件虑剪力作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。计算。在缀板平面内，分肢的计算长度对焊接缀板，计在缀板平面内，分肢的计算长度对焊接缀板，计算长度取两缀板间的单肢净长。螺栓连接的缀板，则算长度取两缀板间的单肢净长。螺栓连接的缀板，则取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离。取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离。第46页/共77页47第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.3.缀件的设计缀件的设计和格构式轴心受压构件相同。和格构式轴心受压构件相同。当剪力较大时，局部弯矩对缀板柱的不利影响当剪力较大时，局部弯矩对缀板柱的不利影响较大，这时较大，这时采用缀条柱更为适宜采用缀条柱更为适宜。剪力取以下两式的较大者：剪力取以下两式的较大者：实际剪力实际剪力 和和第47页/共77页48第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件弯矩作用平面内屈曲：弯矩作用平面内屈曲：由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其弯矩作用由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其弯矩作用平面内和弯矩作用平面外整体稳定计算均与实腹式压弯构件平面内和弯矩作用平面外整体稳定计算均与实腹式压弯构件相同。相同。弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件第48页/共77页49第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件弯矩作用平面外屈曲：弯矩作用平面外屈曲：但计算平面外稳定时，对虚轴的长细比应取换但计算平面外稳定时，对虚轴的长细比应取换算长细比来求算长细比来求 x x ，b b应取应取1.01.0。第49页/共77页50第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 分肢稳定按分肢稳定按实腹式压弯构件计算实腹式压弯构件计算。轴心压力。轴心压力N N在两分肢间在两分肢间的分配与分肢轴线至虚轴的分配与分肢轴线至虚轴x x轴的距离成反比；弯矩轴的距离成反比；弯矩M My y在两分肢在两分肢间的分配与分肢对实轴间的分配与分肢对实轴y y轴的惯性矩成正比；与分肢轴线至虚轴的惯性矩成正比；与分肢轴线至虚轴轴x x轴的距离成反比轴的距离成反比。yy yxx211 分肢2 分肢1y2y1a第50页/共77页51第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件yy yxx211 分肢2 分肢1y2y1a第51页/共77页52第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.1.截面选择截面选择1 1）对称截面（分肢相同），适用于）对称截面（分肢相同），适用于MM相近的构件；相近的构件；2 2）非对称截面（分肢不同），适用于）非对称截面（分肢不同），适用于MM相差较大的构件；相差较大的构件；格构式压弯构件的设计格构式压弯构件的设计2.2.截面验算截面验算1 1）强度验算）强度验算2)2)整体稳定验算（含分肢稳定）整体稳定验算（含分肢稳定）3)3)局部稳定验算局部稳定验算组合截面组合截面第52页/共77页53第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.3.构造要求构造要求1)1)压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；2)2)分肢局部稳定同实腹柱。分肢局部稳定同实腹柱。4)4)刚度验算刚度验算5)5)缀材设计缀材设计 设计内力取柱的实际剪力和轴压格构柱剪力的大值；计算设计内力取柱的实际剪力和轴压格构柱剪力的大值；计算方法与轴压格构柱的缀材设计相同。方法与轴压格构柱的缀材设计相同。第53页/共77页54第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件例例6.2 图示上端自由，下端固定的压弯构件，长度为图示上端自由，下端固定的压弯构件，长度为5m，作，作用的轴心压力为用的轴心压力为500kN，弯矩为，弯矩为Mx，截面由两个，截面由两个I25a型钢组型钢组成，缀条用成，缀条用L505，在侧向构件的上下端均为铰接不动点，钢，在侧向构件的上下端均为铰接不动点，钢材为材为Q235钢，要求确定构件所能承受的弯矩钢，要求确定构件所能承受的弯矩Mx的设计值。的设计值。L505xx40011y400y5000AAI25aNM1.对虚轴计算确定Mx截面特性：截面特性：第54页/共77页55第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件查表，此独立柱绕虚轴的计算长度系数查表，此独立柱绕虚轴的计算长度系数 2 2。缀条面积：缀条面积：A A1 1=24.8=24.89.6cm9.6cm2 2。换算长细比：换算长细比：第55页/共77页56第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件按按b b类查附表类查附表悬臂柱悬臂柱 mxmx=1=1第56页/共77页57第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件对虚轴的整体稳定：对虚轴的整体稳定：第57页/共77页58第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2.2.对单肢计算确定对单肢计算确定M Mx x右肢的轴线压力最大右肢的轴线压力最大第58页/共77页59第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件按按a a类查附表类查附表4.14.1单肢稳定计算单肢稳定计算 经比较可知，此压弯构件所能承受的弯矩设经比较可知，此压弯构件所能承受的弯矩设计值为，整体稳定和分肢稳定的承载力基本一致。计值为，整体稳定和分肢稳定的承载力基本一致。第59页/共77页60第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1 1、拉弯、压弯构件的应用和截面形式、拉弯、压弯构件的应用和截面形式2 2、拉弯、压弯构件的强度、拉弯、压弯构件的强度3 3、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算4 4、实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算、实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算5 5、实腹式压弯构件的局部稳定、实腹式压弯构件的局部稳定6 6、实腹式压弯构件的截面设计、实腹式压弯构件的截面设计7 7、格构式压弯构件的计算、格构式压弯构件的计算小结小结第60页/共77页61第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件的设计内容拉弯、压弯构件的设计内容拉弯构件：拉弯构件：承载能力极限状态：承载能力极限状态：强度强度正常使用极限状态：正常使用极限状态：刚度刚度强度强度稳定稳定实腹式实腹式 格构式格构式 弯矩绕实轴作用弯矩绕实轴作用弯矩绕虚轴作用弯矩绕虚轴作用整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定平面内稳定平面内稳定 平面外稳定平面外稳定 承载能承载能力极限力极限状态状态正常正常使用使用极限极限状态状态刚度刚度压弯构件：压弯构件：第61页/共77页62第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.2 拉弯、压弯构件的强度拉弯、压弯构件的强度对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件，对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。需要进行强度计算。拉弯、压弯构件的强度计算准则拉弯、压弯构件的强度计算准则边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则;全截面屈服准则全截面屈服准则;部分发展塑性准则部分发展塑性准则第62页/共77页63第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件单向拉弯、压弯构件强度计算公式单向拉弯、压弯构件强度计算公式拉弯、压弯构件强度与刚度计算拉弯、压弯构件强度与刚度计算 对于三种情况，在设计时采用边对于三种情况，在设计时采用边缘屈服作为构件强度计算的依据。缘屈服作为构件强度计算的依据。第63页/共77页64第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.3 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算 压弯构件弯矩作用平面内失稳压弯构件弯矩作用平面内失稳 压弯构件整体失稳形式压弯构件整体失稳形式压弯构件弯矩作用平面外失稳压弯构件弯矩作用平面外失稳双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳 单向压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定单向压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定相关公式计算法相关公式计算法压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式第64页/共77页65第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件b)b)实腹式压弯构件和绕实轴弯曲的格构式压弯构件实腹式压弯构件和绕实轴弯曲的格构式压弯构件（6.39）a)a)绕虚轴弯曲的格构式压弯构件绕虚轴弯曲的格构式压弯构件（6.38）第65页/共77页66第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件c)c)对于单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对成轴平对于单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对成轴平面内且使较大翼缘受压时，有可能在较小翼缘或无翼缘一面内且使较大翼缘受压时，有可能在较小翼缘或无翼缘一侧产生较大的拉应力而出现破坏。对于这种情况，除按式侧产生较大的拉应力而出现破坏。对于这种情况，除按式计算外，还应补充如下计算计算外，还应补充如下计算（6.10）第66页/共77页67第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.4 6.4 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算 规范规定单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定规范规定单向压弯构件弯矩作用平面外整体稳定验算公式为：验算公式为：（）（）第67页/共77页68第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件N验算截面处的轴力验算截面处的轴力 A压弯构件的截面面积压弯构件的截面面积 Mx计算构件段范围内计算构件段范围内(构件侧向支撑点间构件侧向支撑点间)的最大弯矩的最大弯矩 h h截面影响系数，箱形截面取截面影响系数，箱形截面取0.7，其他截面取，其他截面取1.0 y弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，对单轴对弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，对单轴对称截面应考虑扭转效应，采用换算长细比确定称截面应考虑扭转效应，采用换算长细比确定 b均匀弯曲的受弯构件的整体稳定系数按附录均匀弯曲的受弯构件的整体稳定系数按附录3计算，计算，对工行截面和对工行截面和T形截面的非悬臂构件可按受弯构件整体稳定形截面的非悬臂构件可按受弯构件整体稳定系数的近似公式计算系数的近似公式计算(附录附录3.5)；对闭口截面取；对闭口截面取1.0 tx-计算弯矩平面外稳定的等效弯矩系数计算弯矩平面外稳定的等效弯矩系数第68页/共77页69第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.5 6.5 实腹式压弯构件的局部稳定实腹式压弯构件的局部稳定 受压翼缘板的宽厚比限值受压翼缘板的宽厚比限值实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力相似，实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力相似，其局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚比的办法来保证。其局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚比的办法来保证。外伸翼缘板外伸翼缘板（6.5.1b）（6.5.1a）两边支承翼缘板两边支承翼缘板第69页/共77页70第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件当构件强度和整体稳定不考虑截面塑性发展时，式（）当构件强度和整体稳定不考虑截面塑性发展时，式（）可放宽至：可放宽至：第70页/共77页71第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件腹板的高厚比限值腹板的高厚比限值腹板的局部稳定主要与压应力的不均匀分布的梯度有关。腹板的局部稳定主要与压应力的不均匀分布的梯度有关。0 0 应力梯度应力梯度s smaxmax腹板计算高度边缘的最大压应力腹板计算高度边缘的最大压应力s sminmin腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力为正，腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力为正，拉应力为负拉应力为负 0 (max-min)/max第71页/共77页72第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 规范规范规定工字形和规定工字形和H H形截面压弯构件腹板高厚比限值：形截面压弯构件腹板高厚比限值：当当00 o o1.61.6时时:当当1.61.6 o o2.02.0时时:第72页/共77页73第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件截面形式截面形式1.1.对于对于N N大、大、M M小的构件，可参照轴压构件初估；小的构件，可参照轴压构件初估；2.2.对于对于N N小、小、M M大的构件，可参照受弯构件初估；大的构件，可参照受弯构件初估；6.6 6.6 实腹式压弯构件的设计实腹式压弯构件的设计截面验算截面验算1.1.强度验算强度验算2.2.整体稳定验算整体稳定验算第73页/共77页74第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件截面形式截面形式1.对于对于N大、大、M小的构件，可参照轴压构件初估；小的构件，可参照轴压构件初估；2.对于对于N小、小、M大的构件，可参照受弯构件初估；大的构件，可参照受弯构件初估；6.6 实腹式压弯构件的设计实腹式压弯构件的设计截面验算截面验算1.强度验算强度验算2.整体稳定验算整体稳定验算3.局部稳定验算局部稳定验算组合截面组合截面4.刚度验算刚度验算构造要求构造要求 与实腹式轴心受压构件相似与实腹式轴心受压构件相似第74页/共77页75第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.1.截面选择截面选择1 1）对称截面（分肢相同），适用于）对称截面（分肢相同），适用于MM相近的构件；相近的构件；2 2）非对称截面（分肢不同），适用于）非对称截面（分肢不同），适用于MM相差较大的构件；相差较大的构件；格构式压弯构件的设计格构式压弯构件的设计2.2.截面验算截面验算1 1）强度验算）强度验算2)2)整体稳定验算（含分肢稳定）整体稳定验算（含分肢稳定）3)3)局部稳定验算局部稳定验算组合截面组合截面第75页/共77页76第六章第六章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.3.构造要求构造要求1)1)压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；2)2)分肢局部稳定同实腹柱。分肢局部稳定同实腹柱。4)4)刚度验算刚度验算5)5)缀材设计缀材设计 设计内力取柱的实际剪力和轴压格构柱剪力的设计内力取柱的实际剪力和轴压格构柱剪力的大值；计算方法与轴压格构柱的缀材设计相同。大值；计算方法与轴压格构柱的缀材设计相同。第76页/共77页77感谢您的观看。第77页/共77页
