建筑結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)初步第10章 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件.ppt

1、本章主要內(nèi)容,1.焊縫連接的構(gòu)造要求，對(duì)接焊縫與角焊縫連接的計(jì)算； 2.普通螺栓連接的構(gòu)造要求，普通螺栓連接的計(jì)算，高強(qiáng) 度螺栓連接的構(gòu)造要求； 3.軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算，實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件 的整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性驗(yàn)算；柱頭與柱腳的構(gòu)造要求 4.受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，受彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的概念、設(shè)置加勁肋的規(guī)定及構(gòu)造要求；梁的拼接，次梁與主梁連接的構(gòu)造要求,第十章 鋼 結(jié) 構(gòu) 基 本 構(gòu) 件,1.了解手工電弧焊、自動(dòng)及半自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊的原 理； 2.理解焊縫連接、普通螺栓連接、高強(qiáng)度螺栓連接的概 念、特點(diǎn)及應(yīng)用條件； 3.熟悉焊縫的構(gòu)造要求,教學(xué)目標(biāo),第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的

2、連接,鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種,一 、鋼結(jié)構(gòu)的連接種類(lèi),1.焊縫連接 (1) 優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，節(jié)約鋼材，連接的剛度大，密封性能好，易于采用自動(dòng)化作業(yè)。 （2）缺點(diǎn) 但焊縫連接會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，且連接的塑性和韌性較差。 2.螺栓連接 螺栓連接可分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種,1）普通螺栓連接 普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。 A級(jí)和B級(jí)為精制螺栓。其抗剪性能比C級(jí)螺栓好，但成本高，安裝困難，故較少采用。 C級(jí)螺栓為粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不很準(zhǔn)確，只要求類(lèi)孔（孔徑比螺栓直徑大1.53mm,2）高強(qiáng)度螺栓連接 1）傳遞剪力的機(jī)理 主要是靠被連接板件間的

3、強(qiáng)大摩擦阻力來(lái)傳遞剪力。 2）優(yōu)點(diǎn) 施工簡(jiǎn)便、受力好、耐疲勞、可拆換、工作安全可 靠。 3）應(yīng)用 廣泛用于各種鋼結(jié)構(gòu)連接中，尤其適用于承受動(dòng)力荷 載的結(jié)構(gòu)中,4）高強(qiáng)度螺栓連接受剪力時(shí)，按其傳力方式又可分為摩擦型和承壓型兩種： 摩擦型高強(qiáng)螺栓僅靠被連接板件間的強(qiáng)大摩擦阻力傳遞剪力，以摩擦阻力剛被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。 承壓型高強(qiáng)螺栓是靠被連接板件間的摩擦力和螺栓桿共同傳遞剪力，以螺栓桿被剪壞或被壓（承壓）壞作為承載力的極限。其承載力比摩擦型高，可節(jié)約螺栓,二、鋼結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造與計(jì)算 （一）焊接連接 1. 焊接方法、原理與特點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有電弧焊，包括手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧

4、焊及氣體保護(hù)焊等。 （1）手工電弧焊 1）原理,如下圖所示： 其電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機(jī)和導(dǎo)線(xiàn)等組成,2）焊條 手工焊常用的焊條有碳鋼焊條和低合金鋼焊條。 其牌號(hào)為E43、E50和E55型等，其中E表示焊條，兩位數(shù)字表示焊條熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值（單位為kgf / mm2）。 手工焊采用的焊條應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，焊條的選用應(yīng)與主體金屬相匹配。一般情況下，對(duì)Q235鋼采用E43型焊條，對(duì)Q345鋼采用E50型焊條，對(duì)Q390和Q420鋼采用E55型焊條,3）特點(diǎn) 手工焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，特別是短焊縫或曲折焊縫的焊接時(shí)，或在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高空焊接時(shí)，只能采用手工焊接，所以它是鋼

5、結(jié)構(gòu)中最常用的焊接方法。 但其生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵是焊工的技術(shù)水平，焊縫質(zhì)量的波動(dòng)較大,2）自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊 1）原理,2）特點(diǎn)及應(yīng)用 自動(dòng)埋弧焊焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫內(nèi)部缺陷少，塑性和韌性好，因此其質(zhì)量比手工電弧焊好。 半自動(dòng)埋弧焊質(zhì)量介于自動(dòng)焊和手工焊之間。 3）應(yīng)用 自動(dòng)埋弧焊只適合焊接較長(zhǎng)的直線(xiàn)焊縫。 半自動(dòng)埋弧焊適合于焊接曲線(xiàn)或任意形狀的焊縫。 自動(dòng)焊或半自動(dòng)焊應(yīng)采用與焊件金屬?gòu)?qiáng)度相匹配的焊絲和焊劑。焊絲應(yīng)符合焊接用鋼絲GB1300-77的規(guī)定，焊劑種類(lèi)根據(jù)焊接工藝要求確定,2.焊縫連接的主要優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、節(jié)省鋼材；連接剛度大、密封好、易于采用

6、自動(dòng)化作業(yè) 缺點(diǎn)：熱應(yīng)力影響、殘余應(yīng)力、對(duì)裂紋敏感,3. 焊縫的形式與構(gòu)造 焊縫連接可分為,焊縫的形式是指焊縫本身的截面形式，主要有: 對(duì)接焊縫 角焊縫,1）對(duì)接焊縫 1）特點(diǎn)及截面形式 特點(diǎn) 傳力均勻平順，無(wú)明顯的應(yīng)力集中，受力性能較好。 但對(duì)接焊縫連接要求下料和裝配的尺寸準(zhǔn)確，保證相連板件間有適當(dāng)空隙，還需要將焊件邊緣開(kāi)坡口，制造費(fèi)工,截面形式 I型、單邊V型、V型、J型、U型、K型和 X型等,2）對(duì)接焊縫的構(gòu)造 當(dāng)焊件厚度很小(t 10mm)時(shí)，可采用I型坡口； 對(duì)于一般厚度（t =1020 mm）的焊件，可采用單邊V型或V型坡口，以便斜坡口和間隙b組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的空間，使焊縫易于

7、焊透； 對(duì)于厚度較厚的焊件（t 20mm），應(yīng)采用U型、K型或X型坡口,引弧板：對(duì)接焊縫施焊時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，常因起弧和滅弧出現(xiàn)弧坑等缺陷，此處極易產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中，為避免焊口缺陷，可在焊縫兩端設(shè)引弧板,在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4 mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1/4（對(duì)承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)）或1/2.5（對(duì)承受靜荷載的結(jié)構(gòu)）（右圖）。當(dāng)厚度不同時(shí)，坡口型式應(yīng)根據(jù)較薄焊件厚度來(lái)取用，焊縫的計(jì)算厚度等于較薄焊件的厚度,2）角焊縫 角焊縫位于板件邊緣，傳力不均勻，受力情況復(fù)雜，受力不均勻容易引起應(yīng)力集中； 但因不需開(kāi)坡口，尺寸和位置要求精度稍低，

8、使用靈活，制造方便，故得到廣泛應(yīng)用。 1）截面形式 角焊縫按兩焊腳邊的夾角可分為直角角焊縫和斜角角焊縫兩種,直角角焊縫,斜角角焊縫,在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，最常用的是直角角焊縫，斜角角焊縫 主要用于鋼管結(jié)構(gòu)中,角焊縫按其與外力作用方向的不同可分為平行于外力作用方向的側(cè)面角焊縫、垂直于外力作用方向的正面角焊縫（或稱(chēng)端焊縫）和與外力作用方向斜交的斜向角焊縫三種,2）角焊縫構(gòu)造 最小焊腳尺寸 ，其中為較厚焊件的板厚，單位mm。 對(duì)于自動(dòng)焊，最小焊腳尺寸可減小1 mm；對(duì)于T型連接的單面角焊縫則應(yīng)增加1 mm。當(dāng)焊件厚度等于或小于4 mm時(shí)，則 應(yīng)與焊件同厚,最大焊腳尺寸 角焊縫的最大焊腳尺寸應(yīng)滿(mǎn)足：hf m

9、ax1.2t1，其中t1為較薄焊件的板厚，單位mm,當(dāng)貼著板邊緣施焊時(shí)，尚應(yīng)滿(mǎn)足：當(dāng)焊件邊緣厚度t6 mm時(shí)，取hf max = t ；當(dāng)焊件邊緣厚度t6 mm時(shí)， 取hf max = t -（12）mm。 最小計(jì)算長(zhǎng)度 角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)大于8hf，且不小于40 mm。 側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度 側(cè)焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf（靜荷載）或40hf（動(dòng)荷載）。但當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)則不受此限,在搭接連接中，要求搭接長(zhǎng)度l5t1，且不小于25 mm,4.焊縫的缺陷和質(zhì)量等級(jí),1）焊縫的缺陷 裂紋、焊瘤、燒穿、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透、焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良,2）焊縫質(zhì)

10、量等級(jí) 一級(jí)：100%探傷檢測(cè) 二級(jí)：抽檢比例不小于20%無(wú)損探傷 三級(jí)：例行外觀(guān)檢查 （3）選用：按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）中的規(guī)定選用,5. 焊縫的符號(hào)及標(biāo)注方法,見(jiàn)教材P116-117 表10-1,6. 焊縫的計(jì)算 （1）對(duì)接焊縫 1）軸心受力對(duì)接焊縫的計(jì)算,或,2)軸心受力斜對(duì)接焊縫,或,例10.1】 試驗(yàn)算下圖所示鋼板的對(duì)接焊縫強(qiáng)度。圖中l(wèi)=550mm，t=22mm，軸心力的設(shè)計(jì)值為N=2300kN。鋼材為Q235-BF，手工焊，焊條E43型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三級(jí),附表15,2）直角角焊縫的計(jì)算公式 在通過(guò)焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下 當(dāng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)（正面

11、角焊縫） 當(dāng)力平行于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)（側(cè)面角焊縫,角鋼連接角焊縫的計(jì)算 采用兩側(cè)焊縫連接時(shí)： N1=k1N，N2=k2N k 1、k 2角鋼肢背與肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù),角鋼肢背和肢尖焊縫所需的長(zhǎng)度,b.采用三面圍焊連接時(shí) N1=k1N- N3/2 N2=k2N- N3/2 c.采用L形圍焊縫時(shí),例10.2】在下圖所示角鋼和節(jié)點(diǎn)板采用兩側(cè)面焊縫的連接中，N=660k N（靜荷載設(shè)計(jì)值），角鋼為211010，節(jié)點(diǎn)板厚度t1 =12mm，鋼材為Q235-A.F，焊條E43型，手工焊。試確定所需角焊縫的焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度,4. 焊接應(yīng)力與焊接變形 （1）焊接應(yīng)力與焊接變形的產(chǎn)生 焊接應(yīng)力和焊接變形：在

12、施焊過(guò)程中，焊件由于受到不均勻的電弧高溫作用所產(chǎn)生的變形和應(yīng)力，稱(chēng)為熱變形和熱應(yīng)力。而冷卻后，焊件中所存在的反向應(yīng)力和變形，稱(chēng)為焊接應(yīng)力和焊接變形。 （2）減少焊接應(yīng)力與焊接變形的措施 1）設(shè)計(jì)方面 選用適宜的焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度，最好采用細(xì)長(zhǎng)而不用粗短焊縫,焊縫應(yīng)盡可能布置在結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)位置上，以減少焊接殘余變形。 對(duì)接焊縫的拼接處，應(yīng)做成平緩過(guò)渡，以減少連接處的應(yīng)力集中。 不宜采用帶銳角的板料作為肋板,焊縫不宜過(guò)于集中。 當(dāng)拉力垂直于受力板面時(shí)，要考慮板材有分層破壞的可能,盡量避免三向焊縫相交。應(yīng)采用使次要焊縫中斷而主要焊縫連續(xù)通過(guò)的構(gòu)造。對(duì)于直接承受動(dòng)荷載的吊車(chē)梁受拉翼緣處，尚應(yīng)將加勁肋切短

13、50100mm，以提高抗疲勞強(qiáng)度。 要注意施焊方便，盡量避免采用仰焊及立焊等,2)制造方面 焊前預(yù)熱或焊后后熱法。對(duì)于小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火加熱至60左右，然后緩慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力與焊接變形。 選擇合理的施焊次序。例如分層施焊，對(duì)角跳焊等等。 施焊前給構(gòu)件施加一個(gè)與焊接變形方向相反的預(yù)變形，使之與焊接所引起的變形相互抵消，從而達(dá)到減小焊接變形的目的,作業(yè)布置： 預(yù) 習(xí)：螺栓連接； 習(xí) 題：10-20,二） 螺栓連接 1.普通螺栓連接的計(jì)算和構(gòu)造 （1）普通螺栓連接的構(gòu)造 1）螺栓的規(guī)格 鋼結(jié)構(gòu)采用的普通螺栓形式為六角頭型，其代號(hào)用字母M和公稱(chēng)直徑的毫米數(shù)表示。螺栓直徑d應(yīng)根據(jù)整

14、個(gè)結(jié)構(gòu)及其主要連接的尺寸和受力情況選定，受力螺栓一般采用M16、M20、M24等,2）螺栓的排列 螺栓的排列有：并列和錯(cuò)列,并列,錯(cuò)列,螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)同時(shí)考慮受力要求、構(gòu)造要求及施工要求。 從受力角度出發(fā)，螺栓端距不能太小，否則孔前鋼板有被剪壞的可能；螺栓端距也不能過(guò)大，螺栓端距過(guò)大不僅會(huì)造成材料的浪費(fèi)，對(duì)受壓構(gòu)件而言還會(huì)發(fā)生壓屈鼓肚現(xiàn)象。 從構(gòu)造角度考慮，螺栓的栓距及線(xiàn)距不宜過(guò)大，否則被連接構(gòu)件間的接觸不緊密，潮氣就會(huì)侵入板件間的縫隙內(nèi)，造成鋼板銹蝕,從施工角度來(lái)說(shuō)，布置螺栓還應(yīng)考慮擰緊螺栓時(shí)所必須的施工空隙。 3）螺栓的其他構(gòu)造要求 每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性的螺栓數(shù)

15、不宜少于兩個(gè)。對(duì)組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個(gè)螺栓。 C級(jí)螺栓宜用于沿其桿軸方向的受拉連接，在下列情況下可用于受剪連接： 承受靜荷載或間接承受動(dòng)荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接； 不承受動(dòng)荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接,臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。 對(duì)直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其它能防止螺帽松動(dòng)的有效措施。 （2）普通螺栓連接的計(jì)算 普通螺栓連接的受力形式分為三類(lèi)：外力與栓桿垂直的受剪螺栓連接；外力與栓桿平行的受拉螺栓連接；同時(shí)受剪和受拉的螺栓連接,受剪螺栓,受拉螺栓,受剪和受拉的螺栓,1）受剪螺栓連接 受力特點(diǎn) 受剪螺栓連接達(dá)到極限承載力時(shí)的五種破壞形式,受剪破壞,擠壓破壞,拉壓破壞,沖剪破

16、壞,受彎破壞,計(jì)算方法 a. 受剪螺栓連接受軸心力作用時(shí) 首先，計(jì)算出連接所需螺栓數(shù)目。由于軸心拉力通過(guò)螺栓群中心，可假定每個(gè)螺栓受力相等，則連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為,b.螺栓群在軸心力作用下，當(dāng)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處或拼接縫一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向連接長(zhǎng)度過(guò)大，應(yīng)將螺栓承載力設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù),此時(shí),其次，對(duì)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。構(gòu)件開(kāi)孔處凈截面強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足,式中 連接件或構(gòu)件在所驗(yàn)算截面處的凈截面面積,凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算截面應(yīng)選擇最不利截面，即內(nèi)力最大或凈截面面積較小的截面,N 連接件或構(gòu)件驗(yàn)算截面處的軸心力設(shè)計(jì)值,鋼材的抗拉（或抗壓）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,若該連接采用如下圖c所示的螺栓錯(cuò)列布置時(shí)，就有如下6種可能的

17、破壞面,應(yīng)同時(shí)計(jì)算出各種可能破壞面的凈截面面積，并分析各種可能破壞面上所受力的大小，確定最不利截面，然后將凈截面面積和相應(yīng)驗(yàn)算截面處的軸心力設(shè)計(jì)值代入上式驗(yàn)算,2) 受拉螺栓連接,受力特點(diǎn),在受拉螺栓連接接頭中，普通螺栓所受拉力的大小與被連接板件的剛度有關(guān)。假如被連接板件的剛度很大，連接的豎板端受拉力2Nt，因被連接板件無(wú)變形，所以一個(gè)螺栓所受拉力為Nt,但是，實(shí)際被連接板件的剛度常較小，受拉后和拉力垂直的角鋼水平肢會(huì)發(fā)生較大的變形，因而在角鋼水平肢的端部因杠桿作用而產(chǎn)生反力Q，普通螺栓所受拉力將會(huì)增大至Nt+Q/2,受拉螺栓連接受軸心力作用時(shí)的計(jì)算方法 由于受拉螺栓的最不利截面在螺栓削弱處，

18、因此，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)螺紋削弱處的有效直徑de或有效面積Ae來(lái)確定其承載力。 一個(gè)受拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為 式中：de、Ae分別為螺栓螺紋處的有效直徑和有效面積,假定各個(gè)螺栓所受拉力相等， 則連接所需螺栓數(shù)目為,螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,概念：在例如桁架、剛架、排架、塔架及網(wǎng)殼等桿件體系結(jié)構(gòu)中，通常假設(shè)其節(jié)點(diǎn)為鉸接連接，當(dāng)無(wú)節(jié)間荷載作用時(shí)，只有軸向拉力和壓力的作用，分別稱(chēng)為軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件。 截面形式：一般分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是熱軋型鋼截面；第二類(lèi)是型鋼組合截面或格構(gòu)式組合截面,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)軸心受力構(gòu)件,對(duì)軸心受力構(gòu)件截面形式的要求： 能提供強(qiáng)度所需要的截面面積； 制作簡(jiǎn)便；便于和相鄰構(gòu)件連接；

19、 截面寬大而壁厚較薄，以滿(mǎn)足剛度要求,對(duì)軸心受壓構(gòu)件而言，因?yàn)槠浞€(wěn)定性直接取決于它的整體剛度，所以其截面的兩個(gè)主軸方向的尺寸應(yīng)寬大。根據(jù)以上情況，軸心受壓構(gòu)件除經(jīng)常采用雙角鋼和寬翼緣工字形截面外，有時(shí)需要采用實(shí)腹式或格構(gòu)式組合截面。 1軸心受力構(gòu)件的計(jì)算 （1）強(qiáng)度計(jì)算 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)是截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度f(wàn)y,軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度按下式驗(yàn)算 式中 N構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值； An構(gòu)件的凈截面面積； f 鋼材的抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,2）剛度驗(yàn)算 當(dāng)構(gòu)件剛度不足時(shí)：容易在制造、運(yùn)輸和吊裝過(guò)程中產(chǎn)生彎曲或過(guò)大的變形； 在使用期間因其自重而明顯下?lián)希?在動(dòng)力荷載作用

20、下會(huì)發(fā)生較大振動(dòng)； 可能使得構(gòu)件的極限承載力顯著降低； 初彎曲和自重產(chǎn)生的撓度也將對(duì)構(gòu)件的整體穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。 軸心受力構(gòu)件的剛度是以其長(zhǎng)細(xì)比來(lái)衡量的,軸心受力構(gòu)件的剛度按下式驗(yàn)算,式中 構(gòu)件最不利方向的長(zhǎng)細(xì)比 l0 相應(yīng)方向的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度； i 相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑 構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比,3）實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性驗(yàn)算 穩(wěn)定性驗(yàn)算的重要性：若結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輕微擾動(dòng)就將使結(jié)構(gòu)或其組成構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形而最終喪失承載能力,這種現(xiàn)象稱(chēng)為失去穩(wěn)定性。 在軸心受力構(gòu)件中，對(duì)于軸心受拉構(gòu)件，由于在拉力作用下，構(gòu)件總有拉直繃緊的傾向，其平衡狀態(tài)總是穩(wěn)定的，不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 對(duì)于軸心受壓

21、構(gòu)件，截面若沒(méi)有孔洞削弱，一般不會(huì)因強(qiáng)度不足而喪失承載能力；但當(dāng)其長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，穩(wěn)定性是導(dǎo)致其破壞的主要因素,2）整體穩(wěn)定驗(yàn)算 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性按下式驗(yàn)算 式中 N軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值； A構(gòu)件的毛截面面積； f 鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，見(jiàn)附表17,3）局部穩(wěn)定驗(yàn)算 概念：工字型截面軸心受壓構(gòu)件，若腹板及翼緣的板件太寬太薄，當(dāng)軸壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，板件就可能在構(gòu)件喪失強(qiáng)度和整體穩(wěn)定之前不能維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凹凸鼓出變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為板件失去穩(wěn)定，或稱(chēng)板件屈曲,實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計(jì)的步驟：先選擇截面的形式，然后根據(jù)整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等要求選擇截面

22、尺寸，最后進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算,2 軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造 （1）實(shí)腹式軸心受壓柱 截面形式,型鋼截面,組合截面,格構(gòu)式截面,為避免彎扭失穩(wěn)，常采用雙軸對(duì)稱(chēng)截面。 單角鋼截面適用于塔架、桅桿結(jié)構(gòu)和起重機(jī)臂桿或輕便桁架。 雙角鋼便于在不同情況下組成接近于等穩(wěn)定的壓桿截面，常用于由節(jié)點(diǎn)板連接桿件的平面桁架。 H型鋼的寬度與高度相同時(shí)對(duì)強(qiáng)軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸回轉(zhuǎn)半徑的2倍，對(duì)于在中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立柱最適合,焊接工字形截面制造簡(jiǎn)單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應(yīng)用十分廣泛。 焊接工字形截面制造簡(jiǎn)單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應(yīng)用十分廣泛。 十字形截面在兩個(gè)主軸方向的回轉(zhuǎn)

23、半徑是相同的，對(duì)于重型中心受壓柱，當(dāng)兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度相同時(shí)，這種截面最為有利。 方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構(gòu)造復(fù)雜，常用作高大的承重支柱,輕型鋼結(jié)構(gòu)中，可采用各種冷彎薄壁型鋼截面組成壓桿，從而獲得較好經(jīng)濟(jì)效果。 設(shè)置橫向加勁肋：為了提高構(gòu)件的抗扭剛度，防止構(gòu)件在施工和運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變形，當(dāng)h0/tw80時(shí)，應(yīng)在一定位置設(shè)置成對(duì)的橫向加勁肋,設(shè)置橫隔：對(duì)于大型實(shí)腹式柱，為了增加其抗扭剛度和傳布集中力作用，在受有較大水平力處，以及運(yùn)輸單元的端部，應(yīng)設(shè)置橫隔，橫隔間距一般不大于柱截面較大寬度的9倍或8m,2）格構(gòu)式軸心受壓柱 格構(gòu)式構(gòu)件是將肢件用綴材連成一體的一種構(gòu)件

24、。 綴條與綴板： 綴材分綴條和綴板兩種，相應(yīng)地格構(gòu)式構(gòu)件也分為綴條式和綴板式兩種,綴板,綴條,實(shí)軸,虛軸,肢件： 格構(gòu)式受壓構(gòu)件是把肢件布置在距截面形心一定距離的位置上，通過(guò)調(diào)整肢件間距離以使兩個(gè)方向具有相同的穩(wěn)定性。 肢件通常為槽鋼、工字鋼或H型鋼，用綴材把它們連成整體，以保證各肢件能共同工作。 槽鋼肢件的翼緣可以向內(nèi)，也可以向外，前者外觀(guān)平整優(yōu)于后者； 工字鋼作為肢件組成的格構(gòu)式截面柱，適用于柱子承受荷載較大的情況,對(duì)于長(zhǎng)度較大而受力不大的壓桿，如桅桿，起重機(jī)臂桿等，肢件可以由四個(gè)角鋼組成，四周均用綴材連接。 格構(gòu)柱截面的特點(diǎn)：由于材料集中于分肢，與實(shí)腹柱相比，在用料相同的情況下可增大截面

25、慣性矩，提高剛度及穩(wěn)定性，從而節(jié)約鋼材。格構(gòu)柱的橫截面為中部空心的矩形，抗扭剛度較差。 為了提高格構(gòu)柱的抗扭剛度，保證柱子在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中的形狀不變，應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔,橫隔用鋼板,交叉角鋼,3）柱頭 軸心受壓柱柱頭的構(gòu)造方案,梁設(shè)置于柱頂,梁設(shè)置于柱頂,梁連接于柱的側(cè)面,梁連接于柱的側(cè)面,梁連接于柱的側(cè)面,4)柱腳 軸心受壓柱柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳給基礎(chǔ)，并和基礎(chǔ)牢固連接。柱腳設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求構(gòu)造簡(jiǎn)單，并便于安裝固定。 軸心受壓柱的柱腳分為：鉸接柱腳和剛性柱腳,軸承式鉸接柱腳,剛接柱腳,剛接柱腳,平板式鉸接柱腳,第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件 一、受彎構(gòu)件截面形式： 按支承情況的不同，可

26、以分為簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和連續(xù)梁。 按截面形式可以分為型鋼梁和組合梁兩大類(lèi),此外，還可根據(jù)跨度和荷載大小的需要，采用蜂窩梁,根據(jù)梁截面沿長(zhǎng)度方向有無(wú)變化，可以分為等截面梁和變截面梁。 等截面梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作方便，適用于跨度不大的場(chǎng)合。 對(duì)于跨度較大的梁，為節(jié)約鋼材，常采用變截面梁，如下圖的楔形梁,根據(jù)受力情況的不同，還可以分為單向受彎梁和雙向受彎梁（斜彎曲梁,二、梁的強(qiáng)度和剛度,一）鋼梁的強(qiáng)度計(jì)算,1. 梁的抗彎強(qiáng)度按下列公式計(jì)算,單向彎曲時(shí),雙向彎曲時(shí),式中 M彎矩； 截面塑性發(fā)展系數(shù)。對(duì)于工字形截面x=1.05，y=1.2；對(duì)于箱形截面x=y=1.05。 對(duì)其它截面的塑性發(fā)展系數(shù)見(jiàn)表10-11

27、 f 鋼材抗彎矩強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載且需計(jì)算疲勞的梁，考慮塑性發(fā)展會(huì)使鋼材硬化，促使疲勞斷裂提早出現(xiàn)。 當(dāng)梁的受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比較大時(shí)，考慮塑性發(fā)展對(duì)翼緣局部穩(wěn)定有不利影響,對(duì)下列情況，規(guī)范不允許截面有塑性發(fā)展，而以彈性極限彎矩作為設(shè)計(jì)極限狀態(tài)，即取=1.0,式中 V計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力； I梁的毛截面慣性矩； S中和軸以上或以下截面對(duì)中和軸的面積矩，按毛截面計(jì)算； tw腹板厚度； fv鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 對(duì)于軋制工字鋼和槽鋼，當(dāng)無(wú)較大截面削弱時(shí)，可不必驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度,2 抗剪強(qiáng)度,3 局部承壓強(qiáng)度,式中 F集中荷載，對(duì)動(dòng)力荷載應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)； 集中荷載增大系

28、數(shù)，對(duì)重級(jí)工作制吊車(chē)梁=1.35；對(duì)其它梁=1.0。 lz 集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的假定分布長(zhǎng)度， lz=a+2hy a 集中荷載沿梁跨方向的支承長(zhǎng)度，對(duì)吊車(chē)梁可取50mm,hy 自吊車(chē)梁軌頂或其它梁頂面至腹板計(jì)算高度上邊緣 的距離,4 復(fù)合應(yīng)力 在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，或同時(shí)受有較大的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)驗(yàn)算其折算應(yīng)力。折算應(yīng)力驗(yàn)算公式為,式中 驗(yàn)算點(diǎn)處正應(yīng)力； 驗(yàn)算點(diǎn)處剪應(yīng)力； M驗(yàn)算截面的彎矩； y驗(yàn)算點(diǎn)至中和軸的距離； c 驗(yàn)算點(diǎn)處局部壓應(yīng)力。當(dāng)驗(yàn)算截面處設(shè)有加勁肋或無(wú)集中荷載時(shí)，取c=0； 1計(jì)算折算應(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。當(dāng)與

29、c 異號(hào)時(shí)，取1 =1.2；當(dāng)與c 同號(hào)或c =0時(shí)，取1 =1.1,二）剛度驗(yàn)算 v v 或 v /lv / l,式中 v 梁的容許撓度。 梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計(jì)算時(shí)應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對(duì)動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值也不乘動(dòng)力系數(shù),三、鋼梁的整體穩(wěn)定,圖 10-34,概念：在最大剛度平面內(nèi)受有垂直荷載作用的梁，當(dāng)荷載增加到某一數(shù)值時(shí)，梁將突然發(fā)生側(cè)向彎曲（繞弱軸的彎曲）和扭轉(zhuǎn)，并喪失繼續(xù)承載的能力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為梁的彎曲扭轉(zhuǎn)屈曲（彎扭屈曲）或梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定。 使梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定的彎矩或荷載稱(chēng)為臨界彎矩或臨界荷載。 影響因素： 梁的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度愈大，梁的臨界彎矩越大,梁受壓翼緣自由長(zhǎng)度愈小，梁的側(cè)彎及扭轉(zhuǎn)變形愈小，因此梁的臨界彎矩也愈大； 荷載作用位置,梁的上翼緣,梁的下翼緣,整體穩(wěn)定驗(yàn)算,式中,Mx、荷載設(shè)計(jì)值在梁內(nèi)產(chǎn)生的繞強(qiáng)軸（x軸）作 用的最大彎矩及最大壓應(yīng)力,Wx按受壓纖維確定的梁毛截面模量,梁的整體穩(wěn)定系數(shù),整體穩(wěn)定性的保證措施 在實(shí)際工程中，梁的整體穩(wěn)定常由鋪板或支撐來(lái)保證，梁常與其它構(gòu)件相互連接，有利于阻止梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定。 規(guī)范規(guī)定，當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，都不必計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性： 有鋪板（各種