第六章 拉弯和压弯构件.pptx

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1、16-1 6-1 概概 述述一、应用 一般工业厂房和多层房屋的框架柱均为拉弯和压弯构件。NMNe第1页/共39页2第2页/共39页3二、截面形式二、截面形式第3页/共39页4三、计算内容拉弯构件：承载能力极限状态：强度 正常使用极限状态：刚度压弯构件：第4页/共39页5强度稳定实腹式 格构式 弯矩作用在实轴上 弯矩作用在虚轴上整体稳定局部稳定平面内稳定 平面外稳定 承载能力极限状态正常使用极限状态刚度平面内稳定 平面外稳定 平面内稳定 平面外稳定(分肢稳定)第5页/共39页66-2 6-2 拉弯和压弯构件的强度拉弯和压弯构件的强度一、截面应力的发展 以工字形截面压弯构件为例：hhwAfAfAw

2、fy(A)(A)弹性工作阶段第6页/共39页7HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工作阶段塑性铰(强度极限)(B)最大压应力一侧截面部分屈服(C)截面两侧均有部分屈服hhh-2h 对于工字形截面压弯构件，由图（D）内力平衡条件可得，N、M无量纲相关曲线：第7页/共39页8 N、M无量纲相关曲线是一条外凸曲线，规范为简化计算采用直线代替，其方程为：01.01.0式中：由于全截面达到塑性状态后，变形过大，因此规范对不同截面限制其塑性发展区域为（1/8-1/4）h 第8页/共39页9 因此，令：，并引入抗力分项系数，得：上式即为规范给定的在N、Mx作用下

3、的强度计算公式。对于在N、Mx、My作用下的强度计算公式，规范采用了与上式相衔接的线形公式：第9页/共39页10如工字形，当直接承受动力荷载时，其他截面的塑性发展系数见教材。两个主轴方向的弯矩两个主轴方向的塑性发展因数第10页/共39页11 一、弯矩作用平面内的稳定 6-3 6-3 实腹式压弯构件的稳定实腹式压弯构件的稳定 在弯矩作用平面内失稳属第二类稳定，偏心压杆的临界力与其相对偏心率 有关，为截面核心矩，大则临界力低。第11页/共39页12实用计算公式的推导：假设两端铰支的压弯构件，变形曲线为正弦曲线,其受压最大边缘纤维应力达到屈服点时，承载力用下式表达：式中:N、Mx轴心压力和沿构件全长

4、均布的弯矩;e0各种初始缺陷的等效偏心距；Np无弯矩作用时，全截面屈服的极限承载 力，Np=Afy；Me无轴心力作用时，弹性阶段的最大弯矩,Me=W1xfy第12页/共39页13 压力和弯矩联合作用下的弯矩放大因数;欧拉临界力;在上式中，令Mx=0，则式中的N即为有缺陷的轴心受压构件的临界力N0，得：第13页/共39页14上式是由弹性阶段的边缘屈服准则导出的，与实腹式压弯构件的考虑塑性发展理论有差别，规范在数值计算基础上给出了以下实用表达式：将式（6-6）代入式（6-5），并令：，经整理得：取 ，考虑抗力分项系数并引入弯矩非均匀分布时的等效弯矩系数mx后，得：第14页/共39页15第15页/共

5、39页16规范mx对作出具体规定：1、框架柱和两端支承构件 （1）没有横向荷载作用时：M1、M2为端弯矩，无反弯点时取同号，否 则取异号，M1M2（2）有端弯矩和横向荷载同时作用时:使构件产生同向曲率时:mx=1.0使构件产生反向曲率时:mx=0.85（3）仅有横向荷载时：mx=1.02、悬臂构件:mx=1.0第16页/共39页17 对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉区可能先受拉出现塑性，为此应满足：第17页/共39页18二、弯矩作用平面外的稳定二、弯矩作用平面外的稳定 弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同，因此其失稳形式也相同平面外弯扭屈曲。基本假定：1、由于平面外截面刚度

6、很大，故忽略该平面的挠曲变形。2杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。3材料为弹性。式中式中:第18页/共39页19（1）工字形（含H型钢）截面 双轴对称时：单轴对称时：tx等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为 计算单元，取值同mx；第19页/共39页20（2）T形截面（M绕非对称轴x作用）弯矩使翼缘受压时：双角钢T形截面：剖分T型钢和两板组合T形截面：弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于 时：第20页/共39页21注意：用以上公式求得的应b1.0；当b 0.6时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；闭口截面b=1.0。第21页/共39页22 对于不产生扭转的双轴对称截面(包括箱形截面)，当弯矩作用

7、在两个主平面时，公式可以推广验算稳定：及第22页/共39页23三、实腹式三、实腹式压弯构件的压弯构件的局部稳定局部稳定规范采用了限制板件的宽厚比的方法。第23页/共39页246.46.4 格构式压弯构件的稳定格构式压弯构件的稳定 对于宽度很大的偏心受压柱为了节省材料常采用格构式构件，且通常采用缀条柱。第24页/共39页25一压弯格构柱弯矩绕虚轴作用时的整体稳定计算（一）弯矩作用平面内稳定(N、Mx作用下：)因截面中空，不考虑塑性性发展系数，故其稳定计算公式为：第25页/共39页26（二）弯矩作用平面外稳定（二）弯矩作用平面外稳定(N、Mx x作用下作用下：)受压较大分肢的截面平均压应力大于全截

8、面压应力，受压较大分肢的截面平均压应力大于全截面压应力，故受压较大分肢在两个方向不失稳，则构件不失稳。故受压较大分肢在两个方向不失稳，则构件不失稳。（三）分（三）分肢肢稳定稳定(N、Mx x作用下作用下：)将缀条柱视为一平行弦桁架，将缀条柱视为一平行弦桁架，分肢为弦杆，分肢为弦杆，缀条为腹杆，则由缀条为腹杆，则由 内力平衡得：内力平衡得：分肢按轴心受压构件计算。分肢按轴心受压构件计算。分肢分肢1分肢分肢2xxyy2211M Mx xN Ny y2 2y y1 1a第26页/共39页27 分肢计算长度：1）缀材平面内（11轴）取缀条体系的节间长度；2）缀材平面外，取构件侧向支撑点间的距离。对于缀

9、板柱在分肢计算时，除N1、N2外，尚应考虑剪力作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。（四）缀材设计同轴压格构柱，柱剪力取实际剪力和假想剪力的大值。二压弯格构柱弯矩绕实轴作用时的整体稳定计算 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取1.0。第27页/共39页281、整体稳定 采用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：三双向受弯格构式压弯构件的整体稳定计算式中：W1y在My作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；其余符号同前。第28页/共39页29 2、

10、分肢稳定 按实腹式压弯构件计算，分肢内力为：分肢1分肢2xxyy2211MxNy2y1aMy第29页/共39页30一、截面选择1、对于N大、M小的构件，可参照轴压构件初估；2、对于N小、M大的构件，可参照受弯构件初估；因影响因素多，很难一次确定。二、截面验算1、强度验算2、整体稳定验算3、局部稳定验算组合截面4、刚度验算三、构造要求6.56.5 实腹式压弯构件的设计实腹式压弯构件的设计第30页/共39页316.66.6 格构式压弯构件的设计格构式压弯构件的设计一、截面选择 1、对称截面（分肢相同），适用于M相近的构件；2、非对称截面(分肢不同)，适用于M相差较大的构件；二、截面验算 1、强度验

11、算 2、整体稳定验算（含分肢稳定）3、局部稳定验算组合截面 4、刚度验算 5、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；计算方法与轴压格构柱的缀材设计相同。第31页/共39页32三、构造要求 1、压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；2、分肢局部稳定同实腹柱。第32页/共39页33一、柱头 自学二、柱脚 1、铰接柱脚：同轴压柱脚 2、刚接柱脚 1）整体式刚性柱脚 适用于实腹柱及分肢间距小的压弯构件，常用形式如图A：2）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B：6.76.7 压弯构件的柱头和柱脚压弯构件的柱头和柱脚第33页/共39页34图A图B第34页/共39

12、页353、整体式刚性柱脚的设计1）底面积确定 底板宽度b由构造确定，c=2030cm;底板长度l计算确定: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。第35页/共39页363）锚栓计算 承担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合力点由Nt即可查得锚栓个数和直径锚栓承担的拉力：第36页/共39页37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，详见教材。3）靴梁、隔板及其焊缝计算 A、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37页/共39页38C、隔板设计 同轴压柱脚，内力可偏于安全按计算处的最大基底反力计算。4、分离式刚性柱脚的设计 自学B、靴梁的强度 按支承于柱边的悬臂梁计算，内力可偏于安全按最大基底反力计算第38页/共39页39感谢您的观看！第39页/共39页