《钢结构》第6章-拉弯和压弯构件(索小永-安徽工程大学2013版).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,安徽工程大学建筑工程学院,讲解,：,索小永,第,6,章 拉弯和压弯构件,钢结构,Steel Structure,（,2012,版）,目 录,6.1,概述,6.2,拉弯和压弯构件的强度,6.3,压弯构件的稳定,6.4,压弯构件（框架柱）的设计,6.5,框架中梁与柱的连接,6.6,框架柱的柱脚,难点,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。,N,M,N,e,6.1,概述,6.1,概述,6.1,概述,二、截面形式,6.1,概述,三、计算内容,6.1,概述,回顾：轴心受压构件、受弯构件的计算内容,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,6.1,概述,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,(,分肢稳定,),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,压弯构件：,6.1,概述,回顾,:,轴心受压、受弯构件强度公式,6.2,拉弯和压弯构件的强度,6.2,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,：,h,h,w,A,f,A,f,A,w,f,y,(A),(A),弹性工作阶段,6.2,拉弯和压弯构件的强度,6.2,拉弯和压弯构件的强度,H,H,N,h,h,w,A,f,A,f,A,w,f,y,(A),f,y,(B),f,y,f,y,(C),f,y,f,y,(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,h,h,h,-2,h,6.2,拉弯和压弯构件的强度,规范,给定的在,N,、,Mx,作用下的强度计算公式。,规范,给定的在,N,、,Mx,、,My,作用下的强度计算公式。,N,轴心压力设计值,A,n,验算截面净截面面积,M,x,、,M,y,两个主平面内的弯矩,W,n,x,、,W,n,y,验算截面对两个主轴的净截面模量,x,、,y,截面在两个主平面内的截面塑性发展系数。,取值同受弯构件,注意：强度计算拉弯和压弯控制公式同。,6.2,拉弯和压弯构件的强度,一、弯矩作用平面内的整体稳定,6.3,压弯构件的稳定,6.3.1,实腹式压弯构件的稳定,6.3,压弯构件的稳定,回顾：轴心受压构件、受弯构件的稳定计算内容,规范,采用的实腹式压弯构件弯矩作用平面内的稳定计算,6.3,压弯构件的稳定,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，,M1,M2,（,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,=1.0,2,、悬臂构件,:,mx,=1.0,6.3,压弯构件的稳定,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：,6.3,压弯构件的稳定,二、弯矩作用平面外的整体稳定,规范,采用的实腹式压弯构件弯矩作用平面外的稳定计算,N,验算截面处的轴力,A,压弯构件的截面面积,M,x,计算构件段范围内,(,构件侧向支撑点间,),的最大弯矩,h,截面影响系数，箱形截面取,0.7,，其他截面取,1.0,j,y,弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，对单轴对称截面应考虑扭转效应，采用换算长细比确定,b,tx,-,计算弯矩平面外稳定的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,；,j,b,均匀弯曲的受弯构件的整体稳定系数按附录,3.5,计算。,6.3,压弯构件的稳定,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（如：箱形截面）,b=1.0,。,6.3,压弯构件的稳定,三、实腹式压弯构件的局部稳定,规范采用了同轴心受压构件相同的方法，限制板件的宽厚比及高厚比的方法。,6.3,压弯构件的稳定,压弯构件腹板弹性状态受力情况,max,min,a,h,w,板厚,t,w,腹板受力较复杂。同时受不均匀压力和剪力的作用。,腹板的高厚比限值,腹板的局部稳定主要与压应力的不均匀分布的梯度有关。,0,应力梯度,max,腹板计算高度边缘的最大压应力,min,腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力为正，拉应力为负,1.,工字形和,H,形截面的腹板,6.3,压弯构件的稳定,0,(,max,-,min,)/,max,当,1.6,o,2.0,时,:,构件在弯矩作用平面内的长细比；,当,30,时，取,=30,，,100,时，取,=100,。,2.,箱形截面的腹板,考虑到两块腹板可能受力不均，将按上两式确定的高厚比值乘,0.8,的折减系数。但不应小于 。,6.3,压弯构件的稳定,规范,规定工字形和,H,形截面压弯构件腹板高厚比限值：,当,0,o,1.6,时,:,3.T,形截面的腹板,当,0,1.0,时,当,0,1.0,时,当弯矩作用在,T,形截面对称轴内并使腹板自由边受压时：,当弯矩作用在,T,形截面对称轴内并使腹板自由边受拉时：,6.3,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。,6.3.2,格构式,压弯构件的稳定,6.3,压弯构件的稳定,一压弯格构柱弯矩绕虚轴作用时的整体稳定计算,（一）弯矩作用平面内整体稳定,(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：,6.3,压弯构件的稳定,（二）弯矩作用平面外整体稳定,(N,、,Mx,作用下：,),因为平面外弯曲刚度大于平面内（实轴），故整体稳定不必验算，但要进行分肢稳定验算。,（三）分,肢,稳定,(N,、,Mx,作用下：,),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：,分肢,1,分肢,2,x,x,y,y,2,2,1,1,M,x,N,y,2,y,1,a,分肢按轴心受压构件计算。分肢计算长度：,1,）缀材平面内（,11,轴）取节间长度；,2,）缀材平面外，取构件侧向支撑点间的距离。,6.3,压弯构件的稳定,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,。,6.3,压弯构件的稳定,1,、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。,6.3,压弯构件的稳定,2,、分,肢,稳定,按实腹式压弯构件计算，分,肢,内力为：,分肢,1,分肢,2,x,x,y,y,2,2,1,1,M,x,N,y,2,y,1,a,M,y,6.3,压弯构件的稳定,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,6.4,压弯构件的设计,6.4.1,实腹式压弯构件的设计,6.4,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。,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。,6.4.2,格构式压弯构件的设计,6.4,压弯构件的设计,1,）梁与柱的连接节点一般用刚接，少数情况用铰接。,2,）梁与柱的刚性连接节点要能有效传递：,6.5,框架中梁与柱的连接,6.5,框架中梁与柱的连接,剪力,腹板,弯矩,翼缘,3,）对应于梁的上、下翼缘处设置柱的水平加劲肋或横隔。,2,、刚接柱脚：传递轴心压力、剪力、弯矩。,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。,2,）分离式刚性柱脚：适用于分肢间距大的压弯构件。,6.6,框架柱的柱脚,1,、铰接柱脚：传递轴心压力、剪力。具体同轴压柱脚,6.6,框架柱的柱脚,3,、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。,6.6,框架柱的柱脚,3,）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。,a,x,合力点,由,Nt,即可查得锚栓个数和直径,锚栓承担的拉力：,6.6,框架柱的柱脚,注意：,以上计算是假定底板为刚性，计算值偏大；,由于栓径较大，故应考虑螺纹处的应力集中，同时应使其弹性伸长不宜过大，钢材的强度取值应降低，约为抗拉强度的,0.7,倍和,0.6,倍，详见附表,1.3,中锚栓；,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，锚栓通常支承于焊于靴梁的肋板上，肋板上同时搁置水平板和垫板。,6.6,框架柱的柱脚,4,）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：,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,6.6,框架柱的柱脚,C,、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,5,、插入式刚性柱脚的设计,6.6,框架柱的柱脚,本节课结束,