构件的承载能力-强.pptx

主要内容主要内容轴心受力构件的强度梁的强度拉弯、压弯构件的强度重点：重点：按强度条件设计构件截面轴心受力构件的应用和截面选择轴心受力构件的应用和截面选择应用应用：主要承重结构、平台、支柱、支撑等截面形式截面形式 热轧型钢截面热轧型钢截面冷弯薄壁型钢截面冷弯薄壁型钢截面冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢钢结构电梯井钢结构电梯井实腹式组合截面实腹式组合截面格构式组合截面格构式组合截面型钢和钢板的组合截面型钢和钢板的组合截面钢结构抗震墙钢结构抗震墙竣工后竣工后从外面看从外面看施工时施工时型钢和钢板的组合截面型钢和钢板的组合截面-续续 能提供强度所需要的截面积能提供强度所需要的截面积 制作比较简便制作比较简便 便于和相邻的构件连接便于和相邻的构件连接 截面开展而壁厚较薄截面开展而壁厚较薄对截面形式的要求对截面形式的要求承载极限承载极限-截面平均应力达到 fu，但缺少安全储备屈服强度屈服强度-毛截面平均应力超过 fy，结构变形过大钢材的应力应变关系钢材的应力应变关系轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度孔洞处截面应力分布孔洞处截面应力分布轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度设计公式设计公式式中 N轴心拉（压）力设计值设计值；An构件的净净截面面积 f 钢材的抗拉（压）强 度设计值设计值轴心受压构件的轴心受压构件的强度计算与轴心受拉一样不过一般其承载力由稳定控制索的受力性能和强度计算索的受力性能和强度计算采用容许应力法采用容许应力法受弯构件的类型受弯构件的类型柱-200 x200 x12(BCR295)-200 x200 x9(BCR295)梁H-300 x150 x6.5x9（Q235）H-294x200 x8x12（Q235）H-250 x125x6x9（Q235）H-244x175x7x11（Q235）梁梁承受横向荷载的实腹承受横向荷载的实腹式受弯构件。式受弯构件。桁架桁架承受横向荷载的格承受横向荷载的格构式受弯构件。构式受弯构件。两层钢结构住宅两层钢结构住宅受弯构件的类型受弯构件的类型-续续受弯构件一般指为梁梁既承受弯矩又承受剪力常用受弯性能好的截面材料（I较大）按制作方式分：热轧H钢梁、焊接H钢梁、组合梁双向弯曲梁双向弯曲梁 按受力情况分：单向弯曲梁和双向弯曲梁(a)屋面檩条屋面檩条 (b)吊车梁吊车梁受弯构件的类型受弯构件的类型-续续预应力梁预应力梁受拉侧设置高预拉力的钢筋，使梁受荷前反弯曲。制作、施工过程复杂。预应力梁预应力梁截面的强度截面的强度：弯、剪、扭及综合效应。构件构件的的整体稳定整体稳定板件板件的的局部稳定局部稳定直接受重复荷载时，疲劳直接受重复荷载时，疲劳梁的应用范围梁的应用范围房屋建筑和桥梁工程。房屋建筑和桥梁工程。如楼盖梁、平台梁、吊车梁、檩条及大跨斜拉如楼盖梁、平台梁、吊车梁、檩条及大跨斜拉桥、悬索桥中的桥面梁等。桥、悬索桥中的桥面梁等。梁的极限承载能力梁的极限承载能力梁的极限承载能力梁的极限承载能力梁的正应力梁的正应力3.2.2 梁的弯曲、剪切强度梁的弯曲、剪切强度梁的梁的M-曲线曲线应力应力-应变关系简图应变关系简图实腹梁的截面正应力发展过程分为实腹梁的截面正应力发展过程分为弹性弹性、弹弹塑性塑性、塑性塑性和和应变硬化应变硬化四个阶段四个阶段梁梁的的正正应应力力分分布布(a)弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢边缘屈服准则(b)弹塑性工作阶段：一般受弯构件有限塑性发展准则(c)塑性工作阶段：塑性铰全截面塑性发展准则(d)应变硬化阶段：一般不利用正应力发展的四个阶段正应力发展的四个阶段工程采用工程采用变形过大变形过大变形过大变形过大梁的抗弯强度弹性设计（需验算疲劳的梁、薄壁杆）（需验算疲劳的梁、薄壁杆）一般的梁允许截面一般的梁允许截面部分发展塑性部分发展塑性，塑性发展区高度塑性发展区高度a0.125h梁的抗弯强度部分发展塑性设计部分发展塑性设计x和 y，取值1.01.2之间。如工字形截面x=1.05，y=1.2；箱形截面x=y=1.05说明说明为了避免梁受压翼缘的局部失稳局部失稳出现在强度破坏强度破坏之前：b受压翼缘板的自由外伸宽度t-受压翼缘的厚度弯曲剪应力分布弯曲剪应力分布fv钢材的抗剪强度设计值S计算剪应力处以上毛截面对中和轴的的面积矩梁的剪应力梁的剪应力剪应力计算公式剪应力计算公式剪应力计算公式剪应力计算公式扭转形式：扭转形式：自由扭转和约束扭转梁的扭转梁的扭转梁的扭转梁的扭转 对于矩形截面杆件，当bt时矩形截面杆件的矩形截面杆件的扭转剪应力扭转剪应力I t扭转常数或扭转惯性矩截面不受任何约束，能够自由产生翘曲变形的扭转。截面不受任何约束，能够自由产生翘曲变形的扭转。自由扭转自由扭转 对于矩形组合开口薄壁截面薄板组合截面薄板组合截面扭转剪力和扭矩扭转剪力和扭矩自由扭转自由扭转 对于热轧型钢开口截面，考虑圆角影响对于热轧型钢开口截面，考虑圆角影响系数系数 k自由扭转自由扭转 对于闭口截面对于闭口截面It1:500 ,30:1闭合截面的循环剪力流闭合截面的循环剪力流截面面积相同的两种截面截面面积相同的两种截面悬臂工字梁的约束扭转悬臂工字梁的约束扭转约束扭转约束扭转:翘曲变形受到约束的扭转翘曲变形受到约束的扭转扭矩平衡方程扭矩平衡方程其中扭转剪应力分布扭转剪应力分布上翼缘的内力上翼缘的内力 B 双弯矩（双力矩）对工形截面梁对工形截面梁对冷弯槽钢等非双轴对称梁约束扭转正应力约束扭转正应力局部压应力局部压应力局部压应力局部压应力局部压应力作用局部压应力作用梁梁的局部压应力和组合应力的局部压应力和组合应力原因：原因：原因：原因：由固定由固定由固定由固定或移动集中荷或移动集中荷或移动集中荷或移动集中荷载引起载引起载引起载引起位置：位置：位置：位置：梁腹板梁腹板梁腹板梁腹板与翼缘交界处与翼缘交界处与翼缘交界处与翼缘交界处局部压应力计算公式局部压应力计算公式问题：梁局部承压强度不满足时问题：梁局部承压强度不满足时对固定荷载：对固定荷载：设置腹板加劲肋设置腹板加劲肋对移动荷载：对移动荷载：增加腹板厚度增加腹板厚度采取措施采取措施一个截面上弯矩和剪力都较大时，需要考虑组合效应一个截面上弯矩和剪力都较大时，需要考虑组合效应梁的弯剪应力组合梁的弯剪应力组合多种应力的组合效应多种应力的组合效应式中 1 与 c异号时取1.2，同号时取1.1 当横向荷载不通过剪心时：验算公式验算公式受弯构件截面强度验算过程受弯构件截面强度验算过程1.1.受力计算简图及支座条件受力计算简图及支座条件2.2.各种内力分布图（各种内力分布图（M M、V)V)3.3.内力分布的不利情况，确定危险截面内力分布的不利情况，确定危险截面4.4.根据截面应力不利情况，确定危险点根据截面应力不利情况，确定危险点5.5.计算危险截面的几何特性计算危险截面的几何特性6.6.计算危险点的应力和折算应力计算危险点的应力和折算应力7.7.强度验算强度验算按强度条件选择梁截面按强度条件选择梁截面初选截面初选截面初选截面初选截面截面验算截面验算截面验算截面验算一、初选截面一、初选截面p 型钢梁型钢梁HW4144051828，Wx=4490cm3，g=233kg/mHM5943021423，Wx=4620cm3，g=175kg/mHN6923001320，Wx=4980cm3，g=166kg/m-p 焊接工字钢梁焊接工字钢梁步骤：估算梁的高度，决定腹板的厚度和翼缘尺寸。步骤：估算梁的高度，决定腹板的厚度和翼缘尺寸。梁的截面高度梁的截面高度按强度条件选择梁截面按强度条件选择梁截面-续续hminhhmax，hhe焊接梁截面焊接梁截面容许建筑最大高度hmax容许最小高度hminHmin/l nl/6000经济高度he均布荷载作用下简支梁的最小高度均布荷载作用下简支梁的最小高度 hmin腹板高度腹板高度hw 腹板高度hw比h略小腹板厚度腹板厚度tw 抗剪可取1.21.5局部稳定局部稳定焊接梁截面焊接梁截面按强度条件选择梁截面按强度条件选择梁截面-续续翼缘尺寸翼缘尺寸b和和t 所需截面模量为：初选时取hh1hw考虑局部稳定，通常取b=25t，且h/2.5bh/6。焊接梁截面焊接梁截面按强度条件选择梁截面按强度条件选择梁截面-续续验算时要验算时要包含自重包含自重产生的效应产生的效应 强度强度 弯曲正应力弯曲正应力单向弯曲时单向弯曲时双向弯曲时梁截面验算梁截面验算 剪应力剪应力 局部压应力局部压应力 折算应力折算应力梁截面验算梁截面验算 弯矩 剪力 加工因素 不考虑整体稳定变截面梁变截面梁 变梁截面考虑的因素：两种变化方式 变截面高度 变翼缘面积梁截面沿长度的变化梁截面沿长度的变化 变翼缘面积变翼缘面积 变翼缘宽度 变翼缘厚度变宽度梁变宽度梁变高度梁变高度梁梁截面沿长度的变化梁截面沿长度的变化端部有正面角焊缝时：hf0.75t,l1b；hf0.75t,l11.5b端部无正面角焊缝时：l12b切断外层翼缘板的梁切断外层翼缘板的梁梁截面沿长度的变化梁截面沿长度的变化变翼缘厚度变翼缘厚度梁的内力重分布和塑性设计梁的内力重分布和塑性设计p塑性设计：塑性设计：只适用于不直接承受动力荷载的固定梁和连续梁。只适用于不直接承受动力荷载的固定梁和连续梁。p前提条件：前提条件：不发生局部屈曲和整体失稳不发生局部屈曲和整体失稳p弯曲强度计算公式：弯曲强度计算公式：p剪切强度计算公式：剪切强度计算公式：p 拉弯、压弯构件的应用拉弯、压弯构件的应用拉弯、压弯构件的应用拉弯、压弯构件的应用 拉弯构件 应用：屋架受节间力下弦杆 承载能力极限状态 截面出现塑性铰(格构式 或冷弯薄壁型钢为截面边缘纤维屈服)、整体失稳、局部失稳 正常使用极限状态 刚度：限值长细比拉弯构件拉弯构件拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件的应用和强度计算的应用和强度计算压弯构件的类型压弯构件的类型压弯（拉弯）构件压弯（拉弯）构件同时承受轴向力和弯矩的构件同时承受轴向力和弯矩的构件 轴向力的偏心作用轴向力的偏心作用弯矩的产生弯矩的产生 端弯矩作用端弯矩作用 横向荷载作用横向荷载作用NNNNMMNNq 应用：应用：厂房框架柱、多高层建厂房框架柱、多高层建筑框架柱、屋架上弦筑框架柱、屋架上弦压弯构件压弯构件 截面形式截面形式双轴对称截面：同拉弯构件双轴对称截面：同拉弯构件单轴对称截面：受弯矩较大单轴对称截面：受弯矩较大时采用时采用压弯构件压弯构件压弯构件截面形式压弯构件截面形式实腹式截面实腹式截面弯矩小、轴压力大的构件弯矩小、轴压力大的构件一般可采用轴心受压构件的一般可采用轴心受压构件的双对双对称截面称截面弯矩相对较大的构件弯矩相对较大的构件除采用除采用截面高度较大的双对称截截面高度较大的双对称截面面外，也可以采用外，也可以采用单对称截面单对称截面格构式截面格构式截面变截面压弯构件变截面压弯构件(a)阶形柱阶形柱(b)楔形柱楔形柱高大厂房常用高大厂房常用变截面压弯构件变截面压弯构件 压弯构件极限状态压弯构件极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态强度强度:端弯矩很大或截面有较大削弱端弯矩很大或截面有较大削弱平面内弯曲失稳平面内弯曲失稳平面外弯扭失稳平面外弯扭失稳局部稳定局部稳定正常使用极限状态正常使用极限状态 刚度刚度:限制长细比限制长细比 压弯构件整体破坏形式压弯构件整体破坏形式强度破坏、强度破坏、弯曲失稳、弯扭失稳弯曲失稳、弯扭失稳压弯构件失效形式压弯构件失效形式失稳失稳强度计算准则强度计算准则压弯构件截面的受力状态压弯构件截面的受力状态拉弯、压弯构件的强度计算拉弯、压弯构件的强度计算边缘纤维边缘纤维屈服准则屈服准则部分发展部分发展塑性准则塑性准则全截面屈全截面屈服准则服准则截面出现塑性铰时的应力分布截面出现塑性铰时的应力分布强度计算公式推导：以矩形截面为例强度计算公式推导：以矩形截面为例偏于安全且计算简便，以直线关系表示压弯构件强度计算相关曲线压弯构件强度计算相关曲线全截面屈服压力则有全截面的塑性铰弯矩 边缘屈服准则：GB50018规范采用 全截面屈服准则：塑性设计 部分发展塑性准则：GB50017规范采用双向压弯（拉弯）构件单向压弯（拉弯）构件 GB50017规范规定：规范规定：强度计算准则强度计算准则截面塑性发展系数截面塑性发展系数 x、y值值截面塑性发展系数截面塑性发展系数 x x、y y值值-续前表续前表F轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度 准则：净截面的平均应力不超过屈服强度准则：净截面的平均应力不超过屈服强度 规范公式规范公式F梁的强度梁的强度 弯曲正应力弯曲正应力 剪应力剪应力 扭转扭转 局部压应力局部压应力 组合应力组合应力本章内容复习本章内容复习 弯曲正应力弯曲正应力 四个工作阶段四个工作阶段 设计准则设计准则 边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则 全截面塑性准则全截面塑性准则 部分塑性发展准则部分塑性发展准则 GB50017GB50017公式公式 梁的剪应力梁的剪应力本章内容复习梁的扭转梁的扭转自由扭转自由扭转约束扭转约束扭转梁的局部应力梁的局部应力折算应力折算应力按强度选择梁截面的过程按强度选择梁截面的过程F拉弯、压弯构件的强度拉弯、压弯构件的强度准则：受力最不利的截面出现塑性铰准则：受力最不利的截面出现塑性铰规范：考虑部分塑性发展规范：考虑部分塑性发展本章内容复习本章内容复习例3.2、图4.1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。