第6章 拉弯构件和压弯构件2.ppt
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1、钢钢 结结 构构建筑与机械工程系建筑与机械工程系第第6章章拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件本章难点:本章难点:本章难点:本章难点:(1)掌握掌握压弯和拉弯构件的强度计算压弯和拉弯构件的强度计算(2)掌握掌握压弯构件的稳定计算压弯构件的稳定计算(1)拉弯和压弯构件的拉弯和压弯构件的强度强度和和刚度刚度(2)压弯构件压弯构件的的稳定稳定(3)压弯构件压弯构件(框架柱)的(框架柱)的设计设计本章内容:本章内容:本章内容:本章内容:本章重点:本章重点:本章重点:本章重点:压弯构件的稳定压弯构件的稳定 一、压弯(拉弯)构件一、压弯(拉弯)构件一、压弯(拉弯)构件一、压弯(拉弯)构件弯矩产生原因弯矩产生原因:
2、偏心荷载、横向荷载、弯距作用:偏心荷载、横向荷载、弯距作用:偏心荷载、横向荷载、弯距作用:偏心荷载、横向荷载、弯距作用概概述述同时承受轴心力和弯矩的构件。同时承受轴心力和弯矩的构件。同时承受轴心力和弯矩的构件。同时承受轴心力和弯矩的构件。NNNNNPNNN(a)(d)(c)(b)2.压弯构件的应用压弯构件的应用钢屋架下弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架下弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架下弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架下弦杆节点之间有横向荷载时1.拉弯构件的应用拉弯构件的应用钢屋架上弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架上弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架上弦杆节点之间有横向荷载时钢屋架上弦杆节点之间有横向荷载时
3、工业厂房框架柱工业厂房框架柱工业厂房框架柱工业厂房框架柱多高层建筑框架柱多高层建筑框架柱多高层建筑框架柱多高层建筑框架柱二、二、二、二、压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件应用应用应用应用钢屋架钢屋架概概述述三、三、三、三、压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的分类分类分类分类概概述述1.按弯曲变形状况分类按弯曲变形状况分类(1 1)单向单向单向单向压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件(2 2)双向双向双向双向压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件弯矩作用在截面的弯矩作用在截面的
4、弯矩作用在截面的弯矩作用在截面的一个一个一个一个主轴平面内主轴平面内主轴平面内主轴平面内弯矩作用在截面的弯矩作用在截面的弯矩作用在截面的弯矩作用在截面的两个两个两个两个主轴平面内主轴平面内主轴平面内主轴平面内三、三、三、三、压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的分类分类分类分类概概述述2.按截面形式分类按截面形式分类(1 1)实腹式实腹式实腹式实腹式压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件(2 2)格构式格构式格构式格构式压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件压弯(拉弯)构件1.承载能力极限状态承载能力极限状态l拉弯构件:强度
5、;当构件所承受的弯矩较大时,需按受弯拉弯构件:强度;当构件所承受的弯矩较大时,需按受弯构件进行整体稳定和局部稳定计算构件进行整体稳定和局部稳定计算l压弯构件:压弯构件:强度、整体稳定强度、整体稳定和和局部稳定局部稳定计算(整体稳定包计算(整体稳定包括括弯矩作用平面内稳定弯矩作用平面内稳定和和弯矩作用平面外弯矩作用平面外稳定)稳定)2.正常使用极限状态正常使用极限状态l拉弯和压弯构件需保证拉弯和压弯构件需保证刚度刚度要求(要求(限制长细比限制长细比)l拉弯构件与轴心受拉构件相同拉弯构件与轴心受拉构件相同l压弯构件与轴心受压构件相同压弯构件与轴心受压构件相同四、四、四、四、压弯(拉弯)构件的压弯(
6、拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的计算计算计算计算概概述述1.拉弯和压弯构件以截面出现拉弯和压弯构件以截面出现塑性铰塑性铰为其强度极限为其强度极限2.轴向力不变而弯距增加,截面应力发展过程轴向力不变而弯距增加,截面应力发展过程边缘纤维的最大应力达到屈服点边缘纤维的最大应力达到屈服点最大应力一侧塑性部分深入截面最大应力一侧塑性部分深入截面两侧均有部分塑性深入截面两侧均有部分塑性深入截面全截面进入塑性全截面进入塑性强度极限强度极限状态状态6.1拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算fy(a)一、一、一、一、压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构
7、件的应力发展分析应力发展分析应力发展分析应力发展分析fy(b)fyfy(c)fyfy(d)(1 1)边缘纤维屈服准则)边缘纤维屈服准则构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服,便达到强度极构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服,便达到强度极限,构件处在弹性工作阶段。限,构件处在弹性工作阶段。(2 2)全截面屈服准则)全截面屈服准则构件受力最大截面形成构件受力最大截面形成塑性铰塑性铰,便达到强度极限,构件处在,便达到强度极限,构件处在塑性工作阶段。塑性工作阶段。(3 3)部分发展塑性准则)部分发展塑性准则构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进
8、入塑性为强度极限,界面塑性发展深度根据具体情况确定。限,界面塑性发展深度根据具体情况确定。3.强度计算准则强度计算准则6.1拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算二、二、二、二、压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的压弯(拉弯)构件的强度计算强度计算强度计算强度计算6.1拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算2.双向拉弯和压弯构件双向拉弯和压弯构件1.单向拉弯和压弯构件单向拉弯和压弯构件Mx、My-绕绕x轴和轴和y轴的弯矩轴的弯矩Wnx、Wny-对对x轴和轴和y轴的净截面模量轴的净截面模量x、y-截面塑性发展系数截面塑性发展系数,表表5-1An-净截面面积净
9、截面面积x xh hwwt tb b (2)直接承受动力荷载时,不考虑截面塑性发展;直接承受动力荷载时,不考虑截面塑性发展;(3)对格构式构件,对绕虚轴作用的弯矩,不能发展塑性,)对格构式构件,对绕虚轴作用的弯矩,不能发展塑性,对绕实轴作用的弯矩,可考虑发展塑性。对绕实轴作用的弯矩,可考虑发展塑性。(4)关于)关于号的说明号的说明对于单对称截面,弯距绕非对称轴作用时,弯矩使较大对于单对称截面,弯距绕非对称轴作用时,弯矩使较大翼缘受压,会出现两种应力状况。翼缘受压,会出现两种应力状况。6.1拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算(1)当)当时,不考虑截面塑性发展时,不考虑截面塑性发展
10、注注一、一、一、一、边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则6.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算可直接用于计算可直接用于计算冷弯薄壁型钢压弯构件冷弯薄壁型钢压弯构件或格构柱绕虚轴弯曲或格构柱绕虚轴弯曲的平面内整体稳定的平面内整体稳定平面内轴心平面内轴心受压构件受压构件的稳定系数的稳定系数;等效弯矩系数等效弯矩系数;欧拉临界力欧拉临界力;平面内轴心受压构件的稳定系数平面内轴心受压构件的稳定系数;压弯构件的最大弯距设计值压弯构件的最大弯距设计值;参数参数;等效弯矩系数等效弯矩系数;平面内对较大受压纤维的毛截面抵抗矩;平面内对较大受压纤维
11、的毛截面抵抗矩;二、二、二、二、实腹式压弯构件整体稳定公式实腹式压弯构件整体稳定公式实腹式压弯构件整体稳定公式实腹式压弯构件整体稳定公式NNM1M26.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算(6-12)各种情况的等效弯矩系数,规范具体规定如下:各种情况的等效弯矩系数,规范具体规定如下:(1)悬臂构件)悬臂构件(2)框架柱和两端有支撑的构件)框架柱和两端有支撑的构件无横向荷载无横向荷载M1和和M2为端弯矩,使构件件产生同向曲率取同号为端弯矩,使构件件产生同向曲率取同号使构件产生反向曲率时取异号使构件产生反向曲率时取异号NNM1M2使构件产生同向曲率时使构件产生同向
12、曲率时使构件产生反向曲率时使构件产生反向曲率时无端弯矩但有横向荷载作用时无端弯矩但有横向荷载作用时有端弯矩和横向荷载有端弯矩和横向荷载NN6.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算注:注:单轴对称截面(单轴对称截面(T型钢、双角钢型钢、双角钢T形截面),当弯矩形截面),当弯矩作用在对称轴平面内,且使较大翼缘受压时,有可能在作用在对称轴平面内,且使较大翼缘受压时,有可能在受拉侧首先出现塑性,按下列相关公式进行补充验算受拉侧首先出现塑性,按下列相关公式进行补充验算受拉侧最外纤维的毛截面抵抗矩受拉侧最外纤维的毛截面抵抗矩6.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件
13、在弯矩作用平面内的稳定计算(6-13)例例6-1图示一实腹式压弯柱高图示一实腹式压弯柱高5m,在弯矩作用平面外为下端,在弯矩作用平面外为下端固定,上端自由。该柱承受轴压力设计值固定,上端自由。该柱承受轴压力设计值N800kN,在顶,在顶端沿端沿Y轴方向作用水平荷载设计值轴方向作用水平荷载设计值F120kN,钢材,钢材Q235BF,截面对,截面对X轴为轴为b类截面。类截面。试验算该柱在弯矩作用平面内的稳定性。截面几何特性:柱截面试验算该柱在弯矩作用平面内的稳定性。截面几何特性:柱截面Q235钢钢b类截面轴心受压构件稳定系数类截面轴心受压构件稳定系数3035404550550.9360.9180.
14、8990.8780.8560.833面积面积A16400mm2f215N/mm2,6.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算解:解:查表查表该该柱在弯矩作用平面内的柱在弯矩作用平面内的稳稳定性不定性不满满足足f=215N/mm26.2压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算弯矩作用平面外的稳定计算公式:弯矩作用平面外的稳定计算公式:弯距作用平面外弯距作用平面外轴心受压构件轴心受压构件的稳定系数;的稳定系数;所计算构件段范围内的最大弯距设计值;所计算构件段范围内的最大弯距设计值;均匀弯曲梁均匀弯曲梁的整体稳定系数。的整体稳定系数。截面影
15、响系数截面影响系数,箱形截面取,箱形截面取0.7,其他截面取,其他截面取1.0等效弯矩系数;等效弯矩系数;6.3压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算p压弯构件整体稳定系数近似计算公式压弯构件整体稳定系数近似计算公式p工字形截面(含工字形截面(含H型钢)型钢)双轴对称时双轴对称时单轴对称时单轴对称时式中式中I1和和I2分别为受压翼缘和受拉翼缘对分别为受压翼缘和受拉翼缘对y轴的惯性矩轴的惯性矩6.3压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算T形截面形截面弯距使翼缘受压时:弯距使翼缘受压时:双角钢双角钢T形:形:两板组合两板组合T形(含形(含
16、T型钢)型钢)弯距使翼缘受拉时弯距使翼缘受拉时6.3压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算例例6-2图示一实腹式压弯柱高图示一实腹式压弯柱高5m,在弯矩作用平面外为下端,在弯矩作用平面外为下端固定,上端自由。该柱承受轴压力设计值固定,上端自由。该柱承受轴压力设计值N800kN,在顶,在顶端沿端沿Y轴方向作用水平荷载设计值轴方向作用水平荷载设计值F120kN,钢材,钢材Q235BF,柱高中部有一侧向支撑,柱高中部有一侧向支撑,截面对,截面对X轴为轴为b类截面。类截面。试验算该柱在弯矩作用平面外的稳定性。截面几何特性:柱截面试验算该柱在弯矩作用平面外的稳定性。截面几何
17、特性:柱截面Q235钢钢b类截面轴心受压构件稳定系数类截面轴心受压构件稳定系数3035404550550.9360.9180.8990.8780.8560.833面积面积A16400mm2f215N/mm2,解:解:查表查表取取该柱在弯矩作用平面外的稳定性不满足该柱在弯矩作用平面外的稳定性不满足一、端部约束条件简单的压弯构件的计算长度一、端部约束条件简单的压弯构件的计算长度 与轴心受力构件相同与轴心受力构件相同二、框架柱在框架平面内的计算长度二、框架柱在框架平面内的计算长度1有侧移框架有侧移框架由附表由附表5.1查得查得2无侧移框架无侧移框架由附表由附表5.2查得查得6.4压弯构件的计算长度压
18、弯构件的计算长度三、框架柱在框架平面外的计算长度三、框架柱在框架平面外的计算长度柱的计算长度可取柱的全长柱的计算长度可取柱的全长当有侧向支撑时,取支撑点之间的距离当有侧向支撑时,取支撑点之间的距离6.4压弯构件的计算长度压弯构件的计算长度 如果组成构件的板件过薄,薄板可能会先于构件整体如果组成构件的板件过薄,薄板可能会先于构件整体失稳,与轴心受压构件和受弯构件相同,即失稳,与轴心受压构件和受弯构件相同,即限制翼缘和腹限制翼缘和腹板的宽厚比及高厚比板的宽厚比及高厚比。一、一、受压翼缘的局部稳定受压翼缘的局部稳定受力情况与受力情况与受弯构件基受弯构件基本相同本相同6.5压弯构件的板件稳定压弯构件的
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