钢结构偏心受力构件课件.ppt

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1、关于钢结构偏心受力构件第1页，此课件共43页哦大纲要求大纲要求:1 1、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式；、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式；2 2、了解压弯构件整体稳定的基本原理；、了解压弯构件整体稳定的基本原理；掌握其计算方法；掌握其计算方法；5 5、掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；4 4、掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算;3 3、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理；、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理；掌握其计掌握其计 算方法；算方法；6 6、掌握格构式压弯构件设计方法及其主要的构造要求掌握格构

2、式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；第2页，此课件共43页哦6-1 6-1 概述概述一、应用一、应用 一般工业厂房一般工业厂房和多层房屋的框和多层房屋的框架柱均为架柱均为拉弯和拉弯和压弯构件。压弯构件。NMNe第3页，此课件共43页哦第4页，此课件共43页哦二、截面形式二、截面形式第5页，此课件共43页哦三、计算内容三、计算内容拉弯构件：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：刚度刚度压弯构件：压弯构件：第6页，此课件共43页哦强度强度稳定稳定实腹式实腹式 格构式格构式 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

3、稳定 承载承载能力能力极限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平面外稳定平面外稳定 平面内稳定平面内稳定(分肢稳定分肢稳定)弯矩作用弯矩作用在实轴上在实轴上 弯矩作用弯矩作用在虚轴上在虚轴上整体稳定整体稳定分肢局部稳定分肢局部稳定平面内稳定平面内稳定 平面外稳定平面外稳定 第7页，此课件共43页哦6-2 6-2 拉弯和压弯构件的强度拉弯和压弯构件的强度一、截面应力的发展一、截面应力的发展 以工字形截面压弯构件为例以工字形截面压弯构件为例：h hh hw wA Af fA Af fA Aw wf fy y(A)(A)(A)弹性工作阶段弹性工作阶段第8页，此课件共43页哦HHNh

4、hh hw wA Af fA Af fA Aw wf fy y(A)f fy y(B)f fy yf fy y(C)f fy yf fy y(D)(D)(D)塑性工作阶段塑性工作阶段塑性铰塑性铰(强度极限强度极限)(B)(B)最大压应力一侧截面部分屈服最大压应力一侧截面部分屈服(C)(C)截面两侧均有部分屈服截面两侧均有部分屈服h hh hh h-2-2h h 对于工字形截面压弯构件，由图（对于工字形截面压弯构件，由图（D）内力平衡条件）内力平衡条件可得，可得，N、Mx无量纲相关曲线：无量纲相关曲线：第9页，此课件共43页哦 (1)(1)时：时：式中：式中：(2)(2)时：时：N、M相关曲线如

5、图，其中相关曲线如图，其中 较大时外凸不多。较大时外凸不多。01.01.0式（式（a a）式（式（b b）HHNf fy yf fy y(D)h hh hh h-2-2h h第10页，此课件共43页哦式中：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 简化计算规范采用直线，其方程为：简化计算规范采用直线，其方程为：01.01.0式（式（a a）式（式（b b）第11页，此课件共43页哦 因此，令：因此，令：并引入抗力分项系数，得：并引入抗力分项系数，得：上式即为规范给定的在上式即为规范给定的在N、Mx作用下的强度计算公式。作用下的强度计算

6、公式。对于在对于在N、Mx、My作用下的强度计算公式，规范采用了与上式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：相衔接的线形公式：两个主轴方向的弯矩两个主轴方向的弯矩两个主轴方向的塑性发展因数两个主轴方向的塑性发展因数第12页，此课件共43页哦如工字形，如工字形，当直接承受动力荷载时，当直接承受动力荷载时，其他截面的塑性发展系数见教材。其他截面的塑性发展系数见教材。第13页，此课件共43页哦 一、弯矩作用平面内的稳定一、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，偏心压杆的在弯矩作用平面内失稳属第二类稳定，偏心

7、压杆的临界力与其相对偏心率临界力与其相对偏心率 有关，有关，为截面核心为截面核心矩，矩，大则临界力低。大则临界力低。第14页，此课件共43页哦实用计算公式的推导：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假设两端铰支的压弯构件，变形曲线为正弦曲线,其受压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：最大边缘纤维应力达到屈服点时，承载力用下式表达：式中式中:N N、M Mx x轴心压力和沿构件全长均布的弯矩轴心压力和沿构件全长均布的弯矩;e e0 0各种初始缺陷的等效偏心距；各种初始缺陷的等效偏心距；N Np p无弯矩作用时，全截面屈服的极限承载无弯矩作用时，全截面屈

8、服的极限承载 力，力，N Np p=Af Afy y；M Me e无轴心力作用时，弹性阶段的最大弯矩无轴心力作用时，弹性阶段的最大弯矩,M Me e=W W1x 1xf fy y第15页，此课件共43页哦 压力和弯矩联合作用下的弯矩放大因数压力和弯矩联合作用下的弯矩放大因数;欧拉临界力欧拉临界力;在上式中，令在上式中，令M Mx x=0=0，则式中的，则式中的N即为有缺陷的轴心受压构件即为有缺陷的轴心受压构件的临界力的临界力N N0 0，得：，得：第16页，此课件共43页哦上式是由边缘屈服准则导出的，与实腹式压弯构件的考虑塑性上式是由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

9、，规范在数值计算基础上给出了以下实用表达发展理论有差别，规范在数值计算基础上给出了以下实用表达式：式：将式（将式（6 6）代入式（）代入式（5 5），并令），并令：N N0 0=x xN Np p，经整理得：经整理得：考虑抗力分项系数并引入弯矩非均匀分布时的等效弯矩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系数mxmx后，后，得得第17页，此课件共43页哦第18页，此课件共43页哦规范规范mxmx对作出具体规定：对作出具体规定：1 1、框架柱和两端支承构件、框架柱和两端支承构件 （1 1）没有横向荷载作用时：）没有横向荷载作用时：M M1 1、M M2 2为端弯矩，无反弯点时取同号，

10、否为端弯矩，无反弯点时取同号，否 则取异号则取异号，M M1 1M M2 2 （2 2）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时使构件产生同向曲率时:mxmx=1.0=1.0使构件产生反向曲率时使构件产生反向曲率时:mxmx=0.85=0.85（3 3）仅有横向荷载时：）仅有横向荷载时：mxmx=1.0=1.02 2、悬臂构件、悬臂构件:mxmx=1.0=1.0第19页，此课件共43页哦对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉区可对于单轴对称截面，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：能先受拉出现塑性，为此应满足：第20页，

11、此课件共43页哦二、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为弯矩作用平面外稳定为“弯扭屈曲弯扭屈曲”，机理与梁机理与梁 整体失稳机理相同。整体失稳机理相同。基本假定：基本假定：1.1.忽略平面外的挠曲变形忽略平面外的挠曲变形;2.2.杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。3.3.材料为弹性。材料为弹性。式中式中:第21页，此课件共43页哦（1）工字形（含）工字形（含H型钢）截面型钢）截面 双轴对称时：双轴对称时：单轴对称时：单轴对称时：txtx等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为 计算单元，取值

12、同计算单元，取值同mxmx ；第22页，此课件共43页哦（2）T形截面（形截面（M M绕非对称轴绕非对称轴x x作用）作用）弯矩使翼缘受压时：弯矩使翼缘受压时：双角钢双角钢T T形截面：形截面：剖分剖分T型钢和两板组合型钢和两板组合T形截面：形截面：弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于 时：时：第23页，此课件共43页哦注意：注意：用以上公式求得的应用以上公式求得的应b1.0；当当b 0.6时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；闭口截面闭口截面b=1.0。第24页，此课件共43页哦 对于不产生扭转的双轴对称截面对于不产生扭转的双

13、轴对称截面(包括箱形截面包括箱形截面)，当，当弯矩作用在两个主平面时，公式可以推广验算稳定：弯矩作用在两个主平面时，公式可以推广验算稳定：及及第25页，此课件共43页哦三、实腹式压弯构件的局部稳定三、实腹式压弯构件的局部稳定规范采用了限制板件的宽厚比的方法。规范采用了限制板件的宽厚比的方法。第26页，此课件共43页哦6.46.4 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。构件，且通常采用缀条柱。第27页，此课件共43页哦一压弯格构柱弯矩绕虚轴作用时的整体稳定计算一压弯格构柱弯

14、矩绕虚轴作用时的整体稳定计算（一）弯矩作用平面内稳定（一）弯矩作用平面内稳定(N N、M Mx x作用下作用下：)因截面中空，不考虑塑性发展系数，故其稳定计算公因截面中空，不考虑塑性发展系数，故其稳定计算公式为：式为：第28页，此课件共43页哦（二）弯矩作用平面外稳定（二）弯矩作用平面外稳定(N N、M Mx x作用下作用下：)因因受压较大分肢所受平均压应力大于全截面压应力受压较大分肢所受平均压应力大于全截面压应力，故分肢在其两主平面不失稳，则构件的弯矩作用平面外整故分肢在其两主平面不失稳，则构件的弯矩作用平面外整体稳定得以保证，即体稳定得以保证，即通过分肢稳定验算来保证构件弯矩作通过分肢稳定

15、验算来保证构件弯矩作用平面外整体稳定用平面外整体稳定。第29页，此课件共43页哦 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 Ny2 2y1 1a（三）分（三）分肢肢稳定稳定(N N、M Mx x作用下作用下：)分肢计算长度：分肢计算长度：1）缀材平面内（）缀材平面内（11轴）取缀条体系的节间长度；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。）缀材平面外，取构件侧向支撑点间的距离。第

16、30页，此课件共43页哦 对于缀板柱在分肢计算时，除对于缀板柱在分肢计算时，除N N1 1、N N2 2外，尚应考虑剪力作用外，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。下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。二压弯格构柱弯矩绕实轴作用时的整体稳定计算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，作用平面外的整体稳定时，构件的长

17、细比取换算长细比，b b取取1.01.0。（四）缀材设计（四）缀材设计 同轴压格构柱，缀材内力计算时取柱截面实际剪同轴压格构柱，缀材内力计算时取柱截面实际剪 力及力及 的较大值。的较大值。第31页，此课件共43页哦1 1、整体稳定、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：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三双向受弯格构式压弯构件的整体稳定计算式中：式中：W W1y 1y在在M My y作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；其余符号同前。其余符号同前。第

18、32页，此课件共43页哦 2 2、分、分肢肢稳定稳定 按实腹式压弯构件计算，按实腹式压弯构件计算，分分肢肢内力为：内力为：分肢分肢1分肢分肢2xxyy2211M Mx xN Ny y2 2y y1 1aM My y第33页，此课件共43页哦一、截面选择一、截面选择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；因影响因素多，很难一次确定。因影响因素多，很难一次确定。二、截面验算二、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

19、3 3、局部稳定验算、局部稳定验算组合截面组合截面4 4、刚度验算、刚度验算三、构造要求三、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34页，此课件共43页哦6.66.6 格构式压弯构件的设计格构式压弯构件的设计一、截面选择一、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M M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M M相差较大的构相差较大的构件；件；二、截面验算二、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

20、稳定验算组合截面组合截面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；计算方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。法与轴压格构柱的缀材设计相同。第35页，此课件共43页哦三、构造要求三、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。第36页，此课件共43页哦一、柱头一、柱头 自学自学二、柱脚二、柱脚 1 1、铰接柱脚：同轴压柱脚、铰接柱脚：同轴压柱脚 2 2、刚接柱脚、刚接柱脚 1 1）整体式刚

21、性柱脚）整体式刚性柱脚 适用于实腹柱及分肢间距小的压弯构件，常适用于实腹柱及分肢间距小的压弯构件，常 用形式如图用形式如图A A：2 2）分离式刚性柱脚）分离式刚性柱脚 适用于分肢间距大的压弯构件，常用形式如图适用于分肢间距大的压弯构件，常用形式如图B 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37页，此课件共43页哦图图A图图B第38页，此课件共43页哦3 3、整体式刚性柱脚的设计、整体式刚性柱脚的设计1 1）底面积确定）底面积确定 底板宽度底板宽度b b由构造确定，由构造确定，c=20c=20 30cm;30cm;底板长度底板长度ll计算确定计算确定:2 2）底板厚度确定

22、）底板厚度确定同轴压柱脚，计算各区格板弯同轴压柱脚，计算各区格板弯矩时，可取其范围内的最大反矩时，可取其范围内的最大反力。力。第39页，此课件共43页哦3 3）锚栓计算）锚栓计算 承担承担M M作用下产生的拉力，且锚栓是柱脚与基础牢作用下产生的拉力，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。固连接的关键部件，其直径大小由计算确定。a ax x合力点合力点由由N Nt t即可查得锚栓个数和直径即可查得锚栓个数和直径锚栓承担的拉力：锚栓承担的拉力：第40页，此课件共43页哦注意：注意：以上计算是假定底板为刚性，计算值偏大；以上计算是假定底板为刚性，计算值偏大；由于栓径较大，故应考

23、虑螺纹处的应力集中，钢材的强由于栓径较大，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；度取值应降低，详见规范；由于底板的刚度不足，锚栓不能直接连于底板，以防止底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。见教材。第41页，此课件共43页哦C C、隔板设计、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。反力计算。4 4、分离式刚性柱脚的设计、分离式刚性柱脚的设计（自学）（自学）3 3）靴梁、隔板及其焊缝计算）靴梁、隔板及其焊缝计算A A、靴梁的高度、靴梁的高度按柱与其连接焊缝的长度确定，每侧焊缝承担按柱与其连接焊缝的长度确定，每侧焊缝承担的轴力为：的轴力为：B B、靴梁的强度靴梁的强度 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底反力计算第42页，此课件共43页哦感感谢谢大大家家观观看看第43页，此课件共43页哦