钢结构培训课件:单个构件的承载力稳定性.pptx
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1、1 稳定问题的一般特点材料力学中学习的理想轴心压杆稳定承载力的计算是不考虑任何缺陷的,实际工程中构件存在着几何与物理里格方面的缺陷,因此应该对构件的稳定承载力进行非线性分析。1.2 一阶和二阶分析 单个构件的承载力-稳定性内力与变形之间不存在线性关系,所以迭加原理在稳定分析中不适用1.3 稳定的极限承载力如图所示构件建立平衡微分方程:第1页/共152页1 稳定问题的一般特点1.3 稳定问题的多样性、整体性、相关性 单个构件的承载力-稳定性1、不同的失稳形式耦合在一起相关性2、构件组成的单元作为整体丧失稳定整体性3、受力构件可以有不同的失稳形式多样性第2页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性
2、 单个构件的承载力-稳定性2 轴心受压构件的整体稳定性2.1 理想轴心受压构件理想的轴心压杆等截面、无初始变形、无初偏心、无残余 应力、材质均匀的轴心压杆。由于截面形式不同,轴心受压构件丧失整体稳定的形式有三种:弯曲屈曲:双轴对称截面(工字钢)弯扭屈曲:单轴对称截面(槽钢,等边角钢)扭转屈曲:十字形理想轴心压杆的稳定属于第一类稳定问题理想轴心压杆的稳定属于第一类稳定问题第3页/共152页第4页/共152页第5页/共152页两端铰接的等截面轴心压杆的屈曲临界力为:对于其它支承情况:欧拉临界应力 欧拉(Euler)临界力理想轴心压杆弯曲屈曲临界力理想轴心压杆的稳定曲线 单个构件的承载力-稳定性2
3、轴心受压构件的整体稳定性第6页/共152页2.2 实际轴心受压构件实际轴心受压构件存在初始缺陷,这些初始缺陷包括:初弯曲、初偏心、残余应力由于存在初始缺陷,实际轴心压杆的失稳属于第二类稳定问题由于存在初始缺陷,实际轴心压杆的失稳属于第二类稳定问题2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第7页/共152页 初始缺陷对轴心压杆稳定极限承载力的影响:1)初弯曲和初偏心的影响初弯曲(初偏心)越大,则变形越大,承载力越小。无论初弯曲(初偏心)多么小,压力一开始就产生挠曲,并随荷载增大而增大。2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第8页/共152页2)残余应力的影响按有效截面
4、的惯性矩 近似计算两端铰接的等截面轴压构件的临界力和临界应力:由于由于k1kb2b22 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第15页/共152页2b2btt2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第16页/共152页2000200020002 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第17页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第18页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第19页/共152页600046016500222 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第20页/共152页6000
5、46016500222 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第21页/共152页接例3.2、图所示一焊接工字形轴心受压柱的截面,承受的轴心压力设计值N=4500kN(包括柱自重),绕X轴的计算长度为7米,绕轴的计算长度为3.5米,翼缘钢板为火焰切割边,每块翼缘板上设有两个直径为24毫米的螺栓孔。钢板为Q235-B钢,验算此柱截面。2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第22页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第23页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第24页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性第2
6、5页/共152页2.4 格构式轴压构件整体稳定的计算2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性1.格构柱的截面形式格构柱的截面形式格构柱由缀材和柱肢组成,穿过柱肢板的轴为实轴,穿过缀材平面的轴为虚轴。缀条式格构柱根据缀材的不同,格构柱分为 缀板式格构柱第26页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性2.格构柱绕虚轴的换算长细比格构柱绕虚轴的换算长细比格构柱与实腹式轴压构件的区别:格构柱与实腹式轴压构件的区别:实腹式轴压构件无论因丧失稳定而产生弯曲变实腹式轴压构件无论因丧失稳定而产生弯曲变形或存在初始弯曲,构件中横向剪力总是很小的,形或存在初始弯曲,构件中横
7、向剪力总是很小的,并且实腹式压杆的抗剪刚度很大,因此横向剪力并且实腹式压杆的抗剪刚度很大,因此横向剪力对构件产生的附加变形很小。对构件产生的附加变形很小。格构式轴压构件绕实轴失稳与实腹式轴压构件格构式轴压构件绕实轴失稳与实腹式轴压构件相同相同格构式轴压构件绕虚轴弯曲失稳时,剪力主要格构式轴压构件绕虚轴弯曲失稳时,剪力主要靠缀材承担,剪切变形较大,导致构件产生附加靠缀材承担,剪切变形较大,导致构件产生附加变形,对格构式轴压构件的稳定承载力影响不能变形,对格构式轴压构件的稳定承载力影响不能够忽略。够忽略。格构柱绕实轴的整体稳定计算与实腹柱相同,格构柱绕实轴的整体稳定计算与实腹柱相同,绕虚轴的整体稳
8、定应采用绕虚轴的整体稳定应采用换算长细比换算长细比进行计算。进行计算。第27页/共152页(1)双肢格构柱的换算长细比2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第28页/共152页采用以上公式计算双肢格构柱的换算长细比时应保证:采用以上公式计算双肢格构柱的换算长细比时应保证:斜缀条与柱轴线间斜缀条与柱轴线间的夹角的夹角 应在应在400700之间;之间;2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第29页/共152页 缀板线刚度之和缀板线刚度之和应大于应大于6倍倍的的分肢线刚度分肢线刚度。2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第30页/共152页3 格构式轴
9、心受压构件的分肢稳定分肢稳定承载力不小于整体稳定承载力2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第31页/共152页 缀材设计缀材设计(1)轴心受压格构柱的横向剪力(2)缀条的设计缀条式格构柱可看作桁架体系,柱肢是桁架弦杆,缀条是腹杆。缀条式格构柱可看作桁架体系,柱肢是桁架弦杆,缀条是腹杆。2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第32页/共152页第五章 轴心受力构件5.4 轴心受压柱的设计按轴心压杆选择缀条截面缀条一般采用缀条一般采用单角钢单角钢,考虑到偏心受力和受压时的弯扭,按轴心,考虑到偏心受力和受压时的弯扭,按轴心受力构件设计时,强度设计值应乘以折减系数受力
10、构件设计时,强度设计值应乘以折减系数 :第33页/共152页缀板式格构柱可看作多层框架,柱肢是框架柱,缀板是横梁。缀板式格构柱可看作多层框架,柱肢是框架柱,缀板是横梁。(3)缀板的设计2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第34页/共152页5.柱的横隔横隔一般用钢板或交叉角钢做成。横隔间距截面较大宽度的9倍或8m。每个运输单元的端部都应设置横隔。2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第35页/共152页压柱计算框图格构式轴心受2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第36页/共152页4000200020002 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件
11、的承载力-稳定性第37页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第38页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第39页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第40页/共152页2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第41页/共152页L4542 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第42页/共152页8642 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第43页/共152页8642 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第44页/共152页8642 轴心受压构件的整
12、体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第45页/共152页864焊缝计算截面2 轴心受压构件的整体稳定性 单个构件的承载力-稳定性第46页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳1、梁失去稳定的现象双轴对称工字形截面简支梁纯弯,支座为夹支座(只能绕双轴对称工字形截面简支梁纯弯,支座为夹支座(只能绕x x轴,轴,y y轴转动,不能绕轴转动,不能绕z z轴转动,只能自由挠曲,不能扭转)。轴转动,只能自由挠曲,不能扭转)。梁整体失稳的现象:侧向弯曲,伴随扭转出平面的弯扭屈曲4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第47页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第48页/共152页4
13、 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性2、梁的临界荷载第49页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性 双轴对称工字形截面简支梁纯弯曲时的临界弯矩第50页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性3、梁的整体稳定系数第51页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性公式推广至单轴对称及不同荷载作用下第52页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性公式推广至弹塑性工作阶段时的修正整体稳定系数的近似计算见教材118页第53页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性4、梁的整体稳定性的保证及计算规
14、范规定,当符合下列情况之一时,不必计算梁的整体稳定:规范规定,当符合下列情况之一时,不必计算梁的整体稳定:1.有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘并与其牢固连接,能阻止梁有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘并与其牢固连接,能阻止梁受压翼缘的侧向侧移时;受压翼缘的侧向侧移时;2.工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度 与其宽度与其宽度 之比不之比不超过超过P152,表,表6.2所规定的数值时;所规定的数值时;3.箱形截面简支梁,其截面尺寸满足箱形截面简支梁,其截面尺寸满足 时。时。一、不需验算稳定的条件第54页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性二、稳定验算
15、公式第55页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性 梁的整体稳定系数 的计算(见P316,附录3)1.1.焊接工字形等截面简支梁和扎制焊接工字形等截面简支梁和扎制H H型钢简支梁型钢简支梁第56页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性2.2.轧制普通工字钢简支梁轧制普通工字钢简支梁 双轴对称工字形等截面(含双轴对称工字形等截面(含H H型钢)悬臂梁型钢)悬臂梁3.3.轧制槽钢简支梁轧制槽钢简支梁第57页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性 影响梁整体稳定承载力的因素1.荷载的类型2.荷载作用位置3.梁的截面形式 梁受压翼缘侧向
16、支承点间的距离5.端部支承条件6.初始缺陷7.钢材强度第58页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性6m6m6m第59页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性例3.3 某焊接工字形等截面简支楼盖梁,截面尺寸见图,截面无削弱,在跨度中点和两端设有支撑,材料为Q345-B级钢。集中荷载标准值Pk=330kN,为间接动力荷载,其中永久荷载和可变荷载效应各占一半,作用在梁的顶面,其沿梁跨度方向的支承长度为130毫米,试计算该梁的强度和刚度是否满足要求?第60页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性例7 某简支钢梁跨度为l=6米,跨中无侧
17、向支撑点,截面如图所示。承受均布荷载设计值q=180kN/m,跨中处还有一个集中力,集中荷载设计值P=400kN。两种荷载均作用在梁的上翼缘板上。钢材为Q345钢。第61页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第62页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第63页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第64页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性例8 某焊接工字形截面简支梁。跨度取l=15米,在支座及三分点处各有一个侧向支点,钢材为Q345钢,承受均布荷载作用在上翼缘,永久荷载的标准值为12.5kN/m,可
18、变荷载的标准值为27.5kN/m。验算该梁的整体稳定。第65页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第66页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性第67页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性4-1.计算梁的 时,应用净截面的几何参数?(A)正应力(B)剪应力(C)整体稳定(D)局部稳定4-2.为了提高梁的整体稳定性,什么方法最经济有效?(A)增大截面(B)增加侧向支撑点(C)设置横向加劲肋(D)改变荷载作用位置4-3.单向受弯梁失去整体稳定时是 的失稳?(A)弯曲(B)扭转(C)弯扭(D)双向弯曲第68页/共152页4 受弯构
19、件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性4-跨中无侧向支承的组合梁,当验算整体稳定不足时,宜采用?(A)加大梁的截面积(B)加大梁的高度(C)加大受压翼缘板的宽度(D)加大腹板的厚度 4-5.当梁整体稳定系数 时,用 代替 主要是因为?(A)梁的局部稳定有影响(B)梁已进入弹塑性阶段(C)梁发生了弯扭变形(D)梁的强度降低了4-6.双轴对称工字形截面梁,在弯矩和剪力共同作用下,关于截面中应力的说法正确的是?(A)弯曲正应力最大的点是3点(B)剪应力最大的点是2点(C)折算应力最大的点是1点(D)折算应力最大的点是2点第69页/共152页4 受弯构件的弯扭失稳 单个构件的承载力-稳定性4-7.一承
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