2.1.軸心受力構(gòu)件ppt課件

1、18軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件 本章重點講述了軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、本章重點講述了軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、 整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的計算，闡述了實腹式、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的計算，闡述了實腹式、 格構(gòu)式柱的設(shè)計原理和設(shè)計方法以及柱頭、柱腳的格構(gòu)式柱的設(shè)計原理和設(shè)計方法以及柱頭、柱腳的 構(gòu)造措施等，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)重點掌握下列內(nèi)容：構(gòu)造措施等，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)重點掌握下列內(nèi)容： (1) 掌握軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度和剛度的設(shè)計準(zhǔn)則和掌握軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度和剛度的設(shè)計準(zhǔn)則和 計算方法；計算方法； 本章提要本章提要 (2) 了解軸心受力構(gòu)件彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎了解軸心受力構(gòu)件彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎 扭屈曲

2、的產(chǎn)生條件和彎曲屈曲臨界力的確定方法；扭屈曲的產(chǎn)生條件和彎曲屈曲臨界力的確定方法； (3) 掌握軸心受力構(gòu)件整體穩(wěn)定的設(shè)計原理、計掌握軸心受力構(gòu)件整體穩(wěn)定的設(shè)計原理、計 算方法和影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的因素；算方法和影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的因素； (4) 掌握實腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計方法和保證掌握實腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計方法和保證 局部穩(wěn)定的限制措施；局部穩(wěn)定的限制措施； (5) 掌握格構(gòu)柱的截面設(shè)計方法和綴件的計算；掌握格構(gòu)柱的截面設(shè)計方法和綴件的計算； (6)掌握柱頭、柱腳荷載的傳遞路線，掌握實腹掌握柱頭、柱腳荷載的傳遞路線，掌握實腹 柱、格構(gòu)柱及柱頭、柱腳的構(gòu)造要求。柱、格構(gòu)柱及柱頭

3、、柱腳的構(gòu)造要求。 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容 18.1 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度計算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度計算 18.2 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算 18.3 實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計 18.4 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計 18.5 軸心受壓構(gòu)件的柱頭與柱腳軸心受壓構(gòu)件的柱頭與柱腳 18.1 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度計算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度計算 軸心受力構(gòu)件只承受通過其截面形心的軸向力， 分軸心受拉與軸心受壓兩種情況。 鋼結(jié)構(gòu)中的桁架、網(wǎng)架、塔架、屋蓋的支撐體系 等桿系結(jié)構(gòu)，一般均假設(shè)節(jié)點為鉸接，若荷載都作用 于節(jié)點上

4、，則所有的桿件均為軸心拉桿或軸心壓桿， 其截面形式可分為型鋼截面和組合截面，如圖18.1(a) 所示。 18.1.1 工程中的軸心受力構(gòu)件及截面形式工程中的軸心受力構(gòu)件及截面形式 在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的工作平臺、棧橋及管道 支架的柱，是將上部荷載傳給基礎(chǔ)的構(gòu)件，一般按軸 心受壓設(shè)計，稱之為軸心受壓柱。 柱由柱頭(與梁連接部位)、柱身、柱腳(與基礎(chǔ)相 連接的部位)三個部分組成。 組合截面柱按柱身構(gòu)造形式可分為實腹式和格構(gòu) 式兩種，可見圖18.2所示，其截面形式可見圖18.1(b) 和(c)。 圖18.1軸心受力構(gòu)件的截面形式 圖18.2實腹柱與格構(gòu)柱 規(guī)范采用了簡化計算方法，規(guī)定軸心受力構(gòu)件 的

5、強(qiáng)度是以全截面的平均應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度為極限的， 當(dāng)有截面削弱時，應(yīng)采用凈截面。公式如下： =N/Anf 對摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件，其強(qiáng)度按式 (17.35)和式(17.36)計算。 此外，應(yīng)注意在設(shè)計指標(biāo)中所說的某些構(gòu)件與連 接以及對圓鋼、小角鋼輕型鋼結(jié)構(gòu)所規(guī)定的鋼 材與連接強(qiáng)度設(shè)計值的折減系數(shù)。 18.1.2 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計算 規(guī)范根據(jù)長期的實踐經(jīng)驗，對軸心受力構(gòu)件的 剛度以容許長細(xì)比加以控制，即 =l0/i 其中，受拉或受壓構(gòu)件的容許長細(xì)比見表 18.1和表18.2。 型鋼截面桿件，對不同的形心軸，回轉(zhuǎn)半徑不同， 可由附錄型鋼表查出，再由構(gòu)件在該方向 的計算

6、長度，即可求出最大長細(xì)比。 18.1.3 軸心受力構(gòu)件的剛度計算軸心受力構(gòu)件的剛度計算 表表18.1 受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比 項 次 構(gòu) 件 名 稱 承受靜力荷載或間接承受動 力荷載的結(jié)構(gòu) 直接承受動力 荷載的結(jié)構(gòu) 無吊車和有輕、 中級工作制吊 車的廠房 有重級工作 制吊車的廠 房 1桁架的桿件 350250250 2 吊車梁或吊車桁架 以下的柱間支撐 300200 3 支撐(第2項和張緊 的圓鋼除外) 400350 表表18.2 構(gòu)件的容許長細(xì)比構(gòu)件的容許長細(xì)比 項次構(gòu)件名稱容許長細(xì)比 1 柱、桁架和天窗架構(gòu)件 150 柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱 間支撐 2 支撐(

7、吊車梁或吊車桁架以下的柱間支 撐除外) 200 用以減少受壓構(gòu)件長細(xì)比的桿件 18.2 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算 軸心受壓構(gòu)件往往當(dāng)荷載還沒有達(dá)到按強(qiáng)度計 算的極限狀態(tài)，即平均應(yīng)力尚低于屈服點時，就會 發(fā)生屈曲破壞，這就是軸心受壓構(gòu)件失去穩(wěn)定性的 破壞，也叫“失穩(wěn)”。 18.2.1 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定 18.2.1.1 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定極限承載力軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定極限承載力 (1) 理想軸心受壓構(gòu)件的受力性能 理想軸心受壓構(gòu)件是指桿件本身是絕對直桿，材 料勻質(zhì)、各向同性，無荷載偏心，在荷載作用之前， 內(nèi)部不存在初始應(yīng)力。 在軸心壓力的作用下理想構(gòu)

8、件可能發(fā)生3種形式 的屈曲(即構(gòu)件喪失穩(wěn)定)。一種是彎曲屈曲，構(gòu)件的 軸心線由直線變成曲線，如圖18.4(a)，這時構(gòu)件繞一 個主軸彎曲；一種是扭轉(zhuǎn)屈曲，構(gòu)件繞縱軸線扭轉(zhuǎn)， 如圖18.4(b)；還有一種是構(gòu)件在產(chǎn)生彎曲變形的同時 伴有扭轉(zhuǎn)變形的彎扭屈曲，如圖18.4(c)。 理想軸心受壓構(gòu)件的彈性彎曲屈曲 如圖18.5所示兩端鉸支的理想細(xì)長壓桿，當(dāng)壓力 N較小時，桿件只有軸心壓縮變形，桿軸保持平直。 材料力學(xué)的歐拉公式給出了軸心壓桿的臨界力和 臨界應(yīng)力(臨界狀態(tài)下截面平均應(yīng)力)公式： 22 22 0 22 22 0 () cr cr EIEI N ll EIE l A 理想軸心受壓桿件的彈塑性

9、彎曲屈曲 當(dāng)桿件的長細(xì)比p時，臨界應(yīng)力超過了材料的 比例極限fp，進(jìn)入彈塑性階段，歐拉公式不再適用， 此時可采用切線模量理論計算臨界應(yīng)力： 理想軸心受壓桿件的彈性扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲 受彎構(gòu)件在橫向荷載作用下會產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力， 對于這類構(gòu)件截面彎曲剪應(yīng)力的分布比較復(fù)雜，尤其 構(gòu)件翼緣上的剪應(yīng)力分布與初等材料力學(xué)有很大的差 別。我們將這些剪應(yīng)力的合力作用點叫做剪切中心。 2 2 t cr E (2) 實際軸心受壓桿的受力性能 實際的軸心受壓桿的屈曲性能受許多因素的影響， 主要的因素有截面中的殘余應(yīng)力、桿軸的初彎曲、荷 載作用點的初偏心以及桿端的約束條件等。 殘余應(yīng)力是結(jié)構(gòu)受力前，內(nèi)部就已存在的自相

10、平 衡的初應(yīng)力。它是在鋼材軋制、火焰切割、焊接受熱、 冷彎和矯正變形過程中產(chǎn)生的。 初彎曲是桿件在制作、運輸和安裝過程中產(chǎn)生的。 一般桿件中點的撓度矢高約為桿長的1/5001/2000 。 18.2.1.2 整體穩(wěn)定的計算公式整體穩(wěn)定的計算公式 根據(jù)軸心壓桿的穩(wěn)定極限承載力Nu，考慮抗力 分項系數(shù)R后，即得所給的穩(wěn)定性計算公式 規(guī)范通過對200多種桿件的柱子曲線進(jìn)行分析， 選出最常用的柱子曲線，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理及可靠度 分析，將其中數(shù)值相近的分別歸并成為a、b、c、d 4 條曲線，如圖18.6所示。這4條曲線各代表一組截面， 如表18.3和表18.4。 y uu RyR f NNN f AAA

11、f N f A 或 表18.3主要根據(jù)截面形式、對截面哪一個主軸屈 曲、鋼材邊緣加工方法、組成截面板材厚度這4個因 素將截面分為4類 。 由圖18.6及表18.3和表18.4可知，軸心受壓構(gòu)件 整體穩(wěn)定系數(shù)與3個因素有關(guān)：構(gòu)件截面種類、鋼材 品種和構(gòu)件長細(xì)比。 對于桿件長細(xì)比的計算應(yīng)按的有關(guān)規(guī)定 進(jìn)行。 圖18.4 軸心受壓桿件的屈曲形式 (a) 彎曲屈曲；(b) 扭轉(zhuǎn)屈曲；(c) 彎扭屈曲 圖18.5 圖18.6 柱子曲線 表表18.3軸心受壓構(gòu)件的截面分類軸心受壓構(gòu)件的截面分類(板厚板厚t40mm) 表表18.4 軸心受壓構(gòu)件的截面分類軸心受壓構(gòu)件的截面分類(板厚板厚t40mm) 構(gòu)件受壓

12、時，組成構(gòu)件的板件達(dá)到失去維持穩(wěn)定 平衡的狀態(tài)，出現(xiàn)翹曲或鼓曲的現(xiàn)象叫做局部失穩(wěn)。 因而規(guī)定，受壓構(gòu)件中板件的局部穩(wěn)定以 板件屈曲不先于構(gòu)件的整體屈曲為條件，并以限制板 件的寬厚比來加以控制。 (1) 翼緣自由外伸寬厚比的限值 18.2.2 實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定 1 235 (100.1 ) y b tf (2) 腹板高厚比的限值(見圖18.7) 對于工字形及H形截面 對于箱形截面 0 235 (250.5 ) wy h tf 0 235 40 wy h tf 對于T形截面 腹板寬(高)厚比的限值為： 熱軋部分T形鋼 焊接T形鋼 0 235 (150.2 )

13、 wy h tf 0 235 (130.17 ) wy h tf 圖18.7 工字形、T形、箱形截面板件尺寸 實腹柱腹板高厚比h0/tw80時，應(yīng)采用橫向加勁 肋加強(qiáng)抗扭剛度。橫向加勁肋的間距不小于3h0，外 伸寬度bs不小于h0/30+40mm，厚度ts應(yīng)不小于bs/15。 大型實腹柱，在受有較大水平力處的運送單元的 端部應(yīng)設(shè)橫隔(加寬的橫向加勁肋)。橫隔的間距不得 大于柱截面較大外廓尺寸的9倍或8m。實腹式軸壓柱 板件間的焊縫，如翼緣與腹板間的縱向焊縫，只承受 很小的剪力，焊腳尺寸可按構(gòu)造取。 18.3.3 構(gòu)造規(guī)定構(gòu)造規(guī)定 18.4 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面形式如圖18.10所示， 一般多采用雙軸對稱截面，以兩根槽鋼或工字鋼作 為肢件的雙肢柱應(yīng)用較多。 雙肢格構(gòu)柱又分綴板式和綴條式兩種，綴板和 綴條分別為連接兩個肢件的鋼板和角鋼。 圖18.10 雙肢格構(gòu)柱 雙肢格構(gòu)柱的兩個對稱軸，垂直于腹板的y軸叫