第六章拉弯和压弯构件.pptx

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1、截面形式实腹式、格构式压弯(拉弯)构件的应用：如桁架受节间荷载作用时；多高层结构中的框架柱；厂房柱等验算：拉弯构件：强度和刚度；压弯构件：强度、稳定和刚度。第1页/共58页第二节 拉弯和压弯构件的强度A Af fhwhxMx假设轴向力不变而弯矩增加，截面应力发展分为四阶段：假设轴向力不变而弯矩增加，截面应力发展分为四阶段：NNfy(A)fy(B)fyfy(C)HHNfyfy(D)hhh-2-2h最大应力一侧部分发展塑性；最大应力一侧部分发展塑性；两侧均部分发展塑性；两侧均部分发展塑性；全截面进入塑性。全截面进入塑性。边缘纤维最大应力达屈服点；边缘纤维最大应力达屈服点；第2页/共58页1、强度公

2、式无弯矩作用时，全部净截面屈服的承载力无弯矩作用时，全部净截面屈服的承载力无轴力作用时，净截面塑性弯矩无轴力作用时，净截面塑性弯矩N 或 M 单独作用N Np 或 M M pn 当截面出现塑性铰时当截面出现塑性铰时,根据力平衡条件可得轴心压力与根据力平衡条件可得轴心压力与弯矩的相关方程弯矩的相关方程,绘出曲线绘出曲线,为简化计算且偏于安全为简化计算且偏于安全,采用采用直线作为计算依据直线作为计算依据Mx/Mpx第3页/共58页 当截面出现塑性铰时，构件产生较大变形，只能考虑部分截面发展塑性将将代入，并引入代入，并引入 得：得：双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

3、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-净截面面积净截面面积第4页/共58页2 2、刚度拉弯和压弯构件的允许长细比同轴心受力构件，见表4.14.1、4.24.2。(1)(1)当x xhwhwt tb b（2 2）直接承受动力荷载时，不考虑截面塑性发展注意：不考虑截面塑性发展不考虑截面塑性发展第5页/共58页yXyXMxXXyy第三节第三节 压弯构件的稳定压弯构件的稳定一、弯矩作用平面内的稳定压弯构件的失稳压弯构件的失稳 弯矩作用平面内的弯曲失稳 弯矩作用平面外的弯扭失稳第6页/共58页适用于格构式压弯构件

4、。1、边缘纤维屈服准则以截面的受压最大边缘屈服时的荷载作承载力：第7页/共58页2、最大强度准则边缘开始屈服时还有较大的强度储备，实际容许截面塑性深入，即采用最大强度准则。压弯构件极限承载力曲线：工字形截面两端等弯矩、轴力作用第8页/共58页近似相关公式来描述曲线：第9页/共58页 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；参数；等效弯距系数；平面内对较大受压纤维的毛截面抵抗矩钢规实腹式压弯构件整体稳定计算式：NNM1M2第10页/共58页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 1）悬臂构件）悬臂构件（2 2）框架柱和两端有支撑的

5、构件）框架柱和两端有支撑的构件无横向荷载无横向荷载M M1 1和M M2 2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NNM1M2使构件产生同向曲率时使构件产生同向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NN第11页/共58页注：单轴对称截面（T T型钢、双角钢T T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；第12页/共58页以 的不同比值代入，可

6、绘出 和之间的相关曲线越大，曲线越外凸对常用的双轴对称工字形截面，二、弯矩作用平面外的稳定根据弹性稳定理论的推导，构件在发生弯扭屈曲时，其临界条件：第13页/共58页并引入非均匀弯矩作用时的等效弯矩系数tx，箱形截面的截面影响系数以及抗力分项系数R R:用偏于安全地取第14页/共58页1、工字形截面（含H型钢）：均匀弯曲梁的整体稳定系数 的近似计算公式2、T形截面：（2）弯矩使翼缘受拉时3、箱形截面：注：公式已考虑了构件的弹塑性失稳问题，时不必换算（1）弯矩使翼缘受压时第15页/共58页双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定双轴对称截面柱，如工字形、H型钢、箱型截面，当弯矩作用在两个主平面内时，稳定

7、性的验算：第16页/共58页三、压弯构件的局部稳定 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，即限制翼缘和腹板的宽厚比及高厚比。高厚比限值见P151P151表6.36.3。第17页/共58页第四节第四节 框架柱的设计框架柱的设计框架柱的计算长度单根受压构件的计算长度可根据构件端部的约束条件，利用计算长度系数来确定，但对框架柱，涉及到框架的整体稳定性的问题。第18页/共58页1、单层等截面框架柱在框架平面内的计算长度框架的可能失稳形式有两种：一种是有支撑框架，其失稳形式为无侧移；一种是无支撑的纯框架，其失稳形式有侧移。有侧移失稳的框架，其临界力比无侧移失稳

8、的框架低得多故框架的承载能力一般以有侧移失稳时的临界力确定。第19页/共58页框架柱上端与横梁刚接。横梁对柱的约束作用取决于相交于柱上端的横梁的线刚度与柱的线刚度的比值，即：对于单层多跨框架的中柱：对于单层单跨框架柱和单层多跨框架的边柱:第20页/共58页确定框架柱的计算长度作了如下近似假定：框架只承受作用于节点的竖向荷载；所有框架柱同时丧失稳定；即同时达到临界荷载。失稳时横梁两端的转角相等。的取值与柱脚和基础的连接、框架支撑形式有关：柱脚刚接有侧移无支撑，12;12;2;无侧移有支撑，180时，为防止腹板在施工和运输中发生变形，应设置间距不大于3h0的横向加劲肋；5、设有纵向加劲肋的同时也应

9、设置横向加劲肋；6、防止施工和运输过程中发生变形，应设置横隔。第29页/共58页格构式压弯构件的设计截面高度较大的压弯构件，采用格构式可以节省材料，所以格构式压弯构件一般用于厂房的框架柱和高大的独立支柱。由于截面的高度较大且受有较大的外剪力。故构件常采用缀条连接。缀板连接的格构式压弯构件很少采用。第30页/共58页常用格构式压弯构件截面当柱中弯矩不大或正负弯矩绝对值相差不大时。可用对称截面形式 图(a)(a)、(b)(b)、(d)(d)如果正负弯矩的绝对值相差较大时，常采用不对称截面 图(c)(c)，并将较大肢放在受压较大的一侧。第31页/共58页压力较大边压力较大边截面中空不能考虑塑性深入发

10、展，适用边缘屈服准则截面中空不能考虑塑性深入发展，适用边缘屈服准则弯矩绕虚轴作用时 弯矩作用平面内的稳定(N、Mx作用下)弯矩作用平面外稳定不作验算，但须验算分肢稳定。第32页/共58页弯矩绕虚轴作用时 分肢的稳定计算(N、Mx作用下作用下)分肢分肢1分肢分肢2xxyy2211MxNy y2 2y y1 1a将缀条柱视为一平行弦桁架，分肢为弦杆，缀条为腹杆，则由内力平衡得：第33页/共58页缀条式压弯构件的分肢按轴心压杆计算。分肢的计算长度，在缀材平面内取缀条体系的节间长度；在缀条平面外，取整个构件两侧向支撑点间的距离。进行缀板式压弯构件的分肢计算时，除轴心力N N1 1(或N N2 2)外，

11、还应考虑由剪力作用引起的局部弯矩，按实腹式压弯构件验算单肢的稳定性。分肢分肢1分肢分肢2xxyy2211MxNy y2 2y y1 1a第34页/共58页弯矩绕虚轴作用时 缀材计算(N、Mx作用下作用下)计算压弯构件的缀材时，应取构件实际剪力和按式(4.35)(4.35)计算所得剪力两者中的较大值。其计算方法与格构式轴心受压构件相同。第35页/共58页弯矩绕实轴作用时的压弯格构柱 由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其平面内、平面外的整体稳定计算均与实腹式压弯构件相同，但在计算弯矩作用平面外的整体稳定时，构件的长细比取换算长细比，b b取1.01.0。第36页/共58页1 1、整体稳定 采用

12、与弯矩绕虚轴作用时压弯构件的整体稳定计算公式相衔接的直线式公式：双向受弯格构式压弯构件式中：W W1y1y在M My y作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；其余符号同前。第37页/共58页2 2、分肢稳定按实腹式压弯构件计算，分肢内力为：分肢分肢1分肢分肢2xxyy2211MxNy y2 2y y1 1aMy第38页/共58页框架梁柱的连接一般用刚接。梁柱连接不仅要求连接能可靠地传递剪力而且能有效地传递弯矩。第五节 框架中梁与柱的连接图(a)(a)的构造是通过上下两块水平板将弯矩传给柱子，梁端剪力则通过支托传递。图(b)(b)是通过翼缘连接焊缝将弯矩全部传给柱子，而剪力则全部由腹板焊缝传递。第

13、39页/共58页图(c)(c)为梁采用高强度螺栓连于预先焊在柱上的牛腿形成的刚性连接。梁端的弯矩和剪力是通过牛腿的焊缝传递给柱子，而高强度螺栓传递梁与牛腿连接处的弯矩和剪力。第40页/共58页框架柱的柱脚可做成铰接和刚接。铰接柱脚传递轴力、剪力，轴力的计算与轴心受压柱的柱脚相同，由于剪力较大，除由底板与混凝土基础的摩擦力承受歪，一般还要设置抗剪键。第六节 框架柱的柱脚第41页/共58页刚接柱脚分为整体式刚接柱脚和分离式刚接柱脚整体式刚性柱脚 适用于实腹柱及分肢间距小的压弯构，常用形式如图刚接柱脚传递轴力、剪力和弯矩。第42页/共58页分离式刚性柱脚 适用于分肢间距大的压弯构件，常用形式如图。对

14、于分肢间距较大的格构式压弯构件采用分离式刚性柱脚可以节省钢材。每个分肢下的柱脚相当于一个轴心受力的铰接柱脚，为了加强分离式柱脚在运输和安装时的刚度，宜设置缀材把两个柱脚连接起来。第43页/共58页传递弯矩的要求传递弯矩的要求锚栓承受拉力锚栓承受拉力安装调整位置的要求安装调整位置的要求锚栓孔的构造锚栓孔的构造刚接柱脚的构造第44页/共58页第45页/共58页整体式刚性柱脚的设计1 1）底面积确定底板宽度b b由构造确定，c=2030cm;c=2030cm;底板长度l计算确定:2 2）底板厚度确定同轴压柱脚，计算各区格板弯矩时，可取其范围内的最大反力。6M/bl26M/bl2第46页/共58页3

15、3）锚栓计算 承担M M作用下产生的拉力，且锚栓是柱脚与基础牢固连接的关键部件，其直径大小由计算确定。ax合力点合力点由N Nt t即可查得一侧锚栓个数和直径 附录8 8锚栓承担的拉力：第47页/共58页注意：u以上计算是假定底板为刚性，计算值偏大；u由于栓径较大，故应考虑螺纹处的应力集中，钢材的强度取值应降低，详见规范；u由于底板的刚度不足，锚栓不能直接连于底板，以防止底板变形而使锚栓不能可靠受拉，连接处应做构造处理。第48页/共58页4 4）靴梁、隔板及其焊缝计算N NN N1 1N N1 1M M靴梁的高度按柱与其连接焊缝的长度确定，每侧焊缝承担的轴力为：第49页/共58页5)5)分离式

16、刚性柱脚的设计按分肢可能产生的最大压力作为承受轴向力的柱脚设计。两个独立柱脚所承受的最大压力为：第50页/共58页第51页/共58页6)6)插入式柱脚厂房的柱脚即使采用分离式，也可能用钢材较多，可以采用将柱脚端直接插入钢筋混凝土杯形基础的杯口中，杯口的构造要求和插入深度参照钢筋混凝土规范执行。插入式柱脚的要求：a a、验算钢柱脚与二次混凝土之间的粘结力；b b、杯口的抗冲切强度。第52页/共58页例6-1图示一实腹式压弯柱高5m，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N800 kN，在顶端沿Y轴方向作用水平荷载设计值F120kN，钢材Q235BF，截面对X轴为b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Q235钢b类截面轴心受压构件稳定系数 30 35 40 45 50 55 0.936 0.918 0.899 0.878 0.856 0.833面积A16400mm2f215N/mm2，第53页/共58页解：查表该柱在弯矩作用平面内的稳定性不满足f=215N/mm2第54页/共58页例6-2 验算压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定性，钢材为Q235，（设计值），偏心距，跨中有一侧向支撑，对x轴和y轴均为b类截面。第55页/共58页12290第56页/共58页查表第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页