高等鋼結(jié)構(gòu)理論-第三章課件

1、高等鋼結(jié)構(gòu)理論高等鋼結(jié)構(gòu)理論第三章 壓 桿西安科技大學(xué)西安科技大學(xué) 馬尤蘇夫馬尤蘇夫壓桿的極限狀態(tài)3.13.1壓桿的極限狀態(tài)軸心壓桿鋼壓桿的極限狀態(tài)：?jiǎn)适Х€(wěn)定整體問(wèn)題 某個(gè)截面問(wèn)題 軸線(xiàn)受壓構(gòu)件 or 軸壓構(gòu)件3.1.14壓桿的失穩(wěn)形式彎曲屈曲完善彈性直桿失穩(wěn)的臨界力：3.1 壓桿的極限狀態(tài)5兩端鉸支且無(wú)翹曲約束的雙周對(duì)稱(chēng)或極對(duì)稱(chēng)桿件，扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力為：3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)扭轉(zhuǎn)屈曲6？3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)7抗彎剛度EI自由扭轉(zhuǎn)剛度GIt約束扭轉(zhuǎn)剛度EI桿件長(zhǎng)度l桿件長(zhǎng)度l十字形截面構(gòu)件3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)83.1.1

2、壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)十字形截面構(gòu)件9彎曲和扭轉(zhuǎn)同時(shí)發(fā)生單軸對(duì)稱(chēng)截面，剪心S 和形心o 不重合3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)彎扭屈曲10常用單軸對(duì)稱(chēng)截面3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)彎扭屈曲11兩端鉸支且翹曲無(wú)約束的彈性桿的彎扭屈曲臨界力：Ny為繞y 軸的彎曲屈曲臨界力；N為扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力；ys 為剪心的坐標(biāo)；k =1-（ys /i0）2。3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)彎扭屈曲12兩端鉸支且翹曲無(wú)約束的彈性桿的彎扭屈曲臨界力：3.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式彎扭屈曲13兩端鉸支且翹曲無(wú)約束的彈性桿的彎扭屈曲臨界力：取L

3、1006和L10016比較，l =200cm時(shí)：L1006L100163.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式彎扭屈曲14繞兩主軸彎曲均會(huì)發(fā)生彎扭失穩(wěn)，不宜作為軸壓構(gòu)件不等邊單角鋼3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)無(wú)對(duì)稱(chēng)軸截面的彎扭屈曲15NCBNAB以NCB選擇截面AB承載力不足以NAB選擇截面不經(jīng)濟(jì)增加桿件DE，AB可按繞x1屈曲計(jì)算但DE的支撐作用有限！3.1.1壓桿的失穩(wěn)形式3.1 壓桿的極限狀態(tài)等邊單角鋼軸壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)16材料完全彈性，無(wú)幾何缺陷3.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響理論推導(dǎo)現(xiàn)實(shí)中的鋼壓桿幾何缺陷：初彎曲、初偏心力學(xué)缺陷：材料不均勻、殘余應(yīng)力17

4、3.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響NrNt考慮初彎曲時(shí)軸壓構(gòu)件的極限承載力183.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響截面上殘余應(yīng)力的分布規(guī)律較復(fù)雜，導(dǎo)致壓桿性能的不一致。殘余應(yīng)力與軋制后的冷卻、焰割、焊接等過(guò)程有關(guān)，也和材料厚度、截面組成形式有關(guān)。殘余應(yīng)力的分布規(guī)律193.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響1.相對(duì)厚度大的，殘余壓應(yīng)力大；2.焊縫尺寸大的，殘余壓應(yīng)力大；3.殘余應(yīng)力大小與材料強(qiáng)度無(wú)關(guān)。截面尺寸對(duì)殘余應(yīng)力的影響203.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響殘余應(yīng)力沿板厚方向的變化板件厚度對(duì)殘余應(yīng)力的影響厚板外側(cè)殘余壓應(yīng)力大于內(nèi)側(cè)。213.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.

5、2缺陷的影響焊接H形鋼翼緣殘余應(yīng)力分布?xì)堄鄳?yīng)力對(duì)軸壓構(gòu)件性能的影響殘余壓應(yīng)力使壓桿一部分提前屈服，削弱了構(gòu)件的剛度。軋制邊焰切邊加載至屈服0.4fy0.4fy = 0.6fy繞y軸為原來(lái)的1/8，繞x軸約為原來(lái)的一半。繞y軸下降較軋制邊小，繞x軸約為原來(lái)的一半。彎曲剛度：223.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響焊接H形鋼壓桿試驗(yàn)結(jié)果殘余應(yīng)力對(duì)軸壓構(gòu)件性能的影響翼緣為軋制邊的壓桿，y軸的穩(wěn)定性?xún)?yōu)于翼緣為焰切邊的壓桿。1.焰切邊，切線(xiàn)模量法；2.軋制邊，切線(xiàn)模量法；2a.軋制邊，極限承載力233.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響退火提高壓桿承載能力改變殘余應(yīng)力提高軸壓構(gòu)件性能改變殘余應(yīng)

6、力加固壓桿243.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響切線(xiàn)模量理論曲線(xiàn)殘余應(yīng)力對(duì)軸壓構(gòu)件性能的影響截面形狀、生產(chǎn)過(guò)程和屈曲軸殘余應(yīng)力分布不同穩(wěn)定系數(shù)值不同253.1 壓桿的極限狀態(tài)3.1.2缺陷的影響矯直前殘余應(yīng)力對(duì)軸壓構(gòu)件性能的影響矯直后壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2273.2 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定確定的兩種方法283.2 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的曲線(xiàn)截面長(zhǎng)細(xì)比5575951301601067根壓桿實(shí)驗(yàn)，承載力取試驗(yàn)平均值減2倍標(biāo)準(zhǔn)差。理論計(jì)算中的幾何缺陷、屈服應(yīng)力和殘余應(yīng)力均來(lái)自于實(shí)測(cè)值。a. 鋼管，b. 焊接箱形截面，c. 軋制H型鋼293.2 壓桿的穩(wěn)定

7、計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的曲線(xiàn)a. 鋼管，b. 焊接箱形截面，c. 軋制H型鋼0.5fya. 鋼管b. 焊接箱形截面c. 軋制H型鋼計(jì)算曲線(xiàn)和試驗(yàn)對(duì)比303.2 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定穩(wěn)定系數(shù)的簡(jiǎn)便計(jì)算公式缺陷因數(shù)：a曲線(xiàn)： =0.206b曲線(xiàn)： =0.339c曲線(xiàn)： =0.489d曲線(xiàn)： =0.489板厚超過(guò)40mma0曲線(xiàn)： =0.125屈服點(diǎn)超過(guò)430N/mm2313.2 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定我國(guó)規(guī)范中的穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)研究計(jì)算分析+=四類(lèi)323.2 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算3.2.1曲線(xiàn)的確定我國(guó)規(guī)范中的穩(wěn)定系數(shù)板厚1.0T0.5573.3 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度3.

8、3.2桁架的計(jì)算長(zhǎng)度交叉腹桿中壓桿面外計(jì)算長(zhǎng)度二、兩桿在交叉節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)CD桿受壓，AB桿受拉。TN 彈簧剛度大， CD=0.5AB桿受力TN 彈簧剛度較弱，CD=1.0我國(guó)規(guī)范中有對(duì)交叉腹桿面外計(jì)算長(zhǎng)度的一系列實(shí)用計(jì)算公式。583.3 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度3.3.2桁架的計(jì)算長(zhǎng)度桿件主軸與桁架平面斜交的腹桿面外計(jì)算長(zhǎng)度屈曲時(shí)繞剛度最弱軸斜向彎曲，對(duì)等邊角鋼規(guī)范規(guī)定計(jì)算長(zhǎng)度=0.9。593.3 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度3.3.2桁架的計(jì)算長(zhǎng)度交叉斜桿共同承擔(dān)水平力的體系的極限荷載試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)兩桿尺寸和材料都相同時(shí)，拉桿可以對(duì)壓桿起不動(dòng)鉸支座作用，計(jì)算長(zhǎng)度取L/2。壓桿屈曲后荷載還能繼續(xù)增大。603.3 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度3.3.2桁架的計(jì)算長(zhǎng)度交叉斜桿共同承擔(dān)水平力的體系的極限荷載試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)兩桿尺寸和材料都相同時(shí)，拉桿可以對(duì)壓桿起不動(dòng)鉸支座作用，計(jì)算長(zhǎng)度取L/2。壓桿屈曲后荷載還能繼續(xù)增大。作作 業(yè)業(yè)1. 設(shè)計(jì)一榀單層單跨平面框架，對(duì)比通過(guò)屈曲分析得到的柱計(jì)算長(zhǎng)度和規(guī)范計(jì)算