同濟大學(xué)-鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原ppt課件

1、鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計軸心受力構(gòu)件接受經(jīng)過構(gòu)件截面形心軸線的軸向力作軸心受力構(gòu)件接受經(jīng)過構(gòu)件截面形心軸線的軸向力作用的構(gòu)件用的構(gòu)件軸向力為拉力時，稱為軸心受拉構(gòu)件，簡稱軸心拉桿軸向力為拉力時，稱為軸心受拉構(gòu)件，簡稱軸心拉桿軸向力為壓力時，稱為軸心受壓構(gòu)件，簡稱軸心壓桿軸向力為壓力時，稱為軸心受壓構(gòu)件，簡稱軸心壓桿 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計應(yīng)同時滿足應(yīng)同時滿足第一極限形狀強度和穩(wěn)定第一極限形狀強度和穩(wěn)定第二極限形狀變形這兩種極限形狀的要求。第二

2、極限形狀變形這兩種極限形狀的要求。對前者經(jīng)過計算實現(xiàn)，對后者經(jīng)過限制長細比來保證。對前者經(jīng)過計算實現(xiàn)，對后者經(jīng)過限制長細比來保證。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計2格構(gòu)式構(gòu)件格構(gòu)式構(gòu)件(1) 普通由兩個或多個分肢用綴件聯(lián)絡(luò)組成普通由兩個或多個分肢用綴件聯(lián)絡(luò)組成兩肢、三肢、四肢兩肢、三肢、四肢采用較多的是兩分肢格構(gòu)式構(gòu)件。采用較多的是兩分肢格構(gòu)式構(gòu)件。(2) 分肢腹板的主軸叫做實軸，分肢腹板的主軸叫做實軸，經(jīng)過分肢綴件的主軸叫做虛軸。經(jīng)過分肢綴件的主軸叫做虛軸。分肢通常

3、采用軋制槽鋼或工字鋼，接受荷載較大時可采用焊分肢通常采用軋制槽鋼或工字鋼，接受荷載較大時可采用焊接工字形或槽形組合截面。接工字形或槽形組合截面。(3) 綴件有綴條或綴板兩種，綴件有綴條或綴板兩種，鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計a)綴條用斜桿組成或斜桿與橫桿共同組成，綴條常采用綴條用斜桿組成或斜桿與橫桿共同組成，綴條常采用單角鋼，與分肢翼緣組成桁架體系，使接受橫向剪力時有單角鋼，與分肢翼緣組成桁架體系，使接受橫向剪力時有較大的剛度。較大的剛度。b)綴板常采用鋼板，與分肢翼緣組成剛架體系。綴板常采用鋼板，與分肢翼緣組成剛架體系。在構(gòu)件產(chǎn)生繞虛軸彎曲

4、而接受橫向剪力時，剛度比綴在構(gòu)件產(chǎn)生繞虛軸彎曲而接受橫向剪力時，剛度比綴條格構(gòu)式構(gòu)件略低。條格構(gòu)式構(gòu)件略低。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計強度計算準那么強度計算準那么截面平均應(yīng)力到達鋼材屈服強度截面平均應(yīng)力到達鋼材屈服強度1無孔洞構(gòu)件無孔洞構(gòu)件強度極限形狀強度極限形狀全截面平均應(yīng)力到屈服強度，毛截面強度計算：全截面平均應(yīng)力到屈服強度，毛截面強度計算：fAN鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計2有孔洞構(gòu)件有孔洞構(gòu)件1應(yīng)力集中景象應(yīng)力集中景象孔洞處截面上應(yīng)力分布不均勻孔洞處截面上應(yīng)力分布不均勻2在彈性階段，孔壁邊緣的最大應(yīng)力能夠到達構(gòu)件在彈性階段，孔壁邊緣的最大應(yīng)力能夠到達構(gòu)件毛截面

5、平均應(yīng)力的毛截面平均應(yīng)力的3倍倍3極限形狀時，凈截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。極限形狀時，凈截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。凈截面強度計算：凈截面強度計算：nNfA截面減弱處的應(yīng)力分布截面減弱處的應(yīng)力分布鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(b)螺栓錯列排列時鋼板的凈面積(a)螺栓并列排列時鋼板的凈面積NNNNNNNN普通螺栓銜接普通螺栓銜接并列布置并列布置, 按按(II截面截面)計算。計算。錯列布置，沿正交截面錯列布置，沿正交截面II破壞，也能夠沿齒狀截而破壞，也能夠沿齒狀截而或或-破壞破壞應(yīng)取應(yīng)取II、或或-的較小面積計算的較小面積計算凈截面面積的計算凈截面面積的計算 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼

6、結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計3高強度螺栓摩擦型銜接高強度螺栓摩擦型銜接驗算凈截面強度外，應(yīng)驗算毛截面強度驗算凈截面強度外，應(yīng)驗算毛截面強度 fANn)/5 . 01 (1nnNNNNNNN孔NN前傳力n0.5n0.5Nn0.5N軸心力作用下的摩擦型高強度螺栓銜接軸心力作用下的摩擦型高強度螺栓銜接鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計4單面銜接的單角鋼單面銜接的單角鋼 1偏心受力偏心受力2單面銜接的單角鋼按軸心受力計算強度單面銜接的單角鋼按軸心受力計算強度3強度設(shè)計值乘以折減系數(shù)強度設(shè)計值乘以折減系數(shù)0.85。O點為節(jié)點板傳來N的作用點xexyNyeOyxN節(jié)點板單面銜接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件單面銜接的單

7、角鋼軸心受壓構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1正常運用極限形狀正常運用極限形狀2剛度剛度3構(gòu)件剛度用長細比來衡量構(gòu)件剛度用長細比來衡量4當剛度缺乏時當剛度缺乏時在本身自重作用下容易產(chǎn)生過大的撓度在本身自重作用下容易產(chǎn)生過大的撓度在動載作用下易產(chǎn)生振動，在運輸、安裝中易產(chǎn)生彎在動載作用下易產(chǎn)生振動，在運輸、安裝中易產(chǎn)生彎曲。曲。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計5允許長細比允許長細比 ，按構(gòu)件受力性質(zhì)、構(gòu)件類別和荷載確定按構(gòu)件受力性質(zhì)、構(gòu)件類別和荷載確定6構(gòu)件對構(gòu)件對 軸、軸、 軸的應(yīng)滿足下式：軸的應(yīng)滿足下式： xyx0 xxily0yyil鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及

8、設(shè)計軸心受壓構(gòu)件受力后的破壞方式主要有兩類：軸心受壓構(gòu)件受力后的破壞方式主要有兩類：短而粗的受壓構(gòu)件主要是強度破壞。當其某一截短而粗的受壓構(gòu)件主要是強度破壞。當其某一截面上的平均應(yīng)力到達某控制應(yīng)力如屈服點，就以為構(gòu)件面上的平均應(yīng)力到達某控制應(yīng)力如屈服點，就以為構(gòu)件已到達承載才干極限形狀。計算方法與軸心受拉構(gòu)件一已到達承載才干極限形狀。計算方法與軸心受拉構(gòu)件一樣。樣。 長而細的軸心受壓構(gòu)件主要是失去整體穩(wěn)定性而長而細的軸心受壓構(gòu)件主要是失去整體穩(wěn)定性而破壞。破壞。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 構(gòu)件彎曲屈曲構(gòu)件彎曲屈曲 P 較小，直線平衡形狀。較小，直線平衡形狀。 P 漸增，有干擾力使

9、構(gòu)件微彎，當漸增，有干擾力使構(gòu)件微彎，當干擾力移去后，構(gòu)件仍堅持微彎形狀干擾力移去后，構(gòu)件仍堅持微彎形狀而不能恢復(fù)到原來直線平衡形狀而不能恢復(fù)到原來直線平衡形狀 P再略微添加，彎曲變形迅速增大再略微添加，彎曲變形迅速增大構(gòu)件喪失承載才干，稱為構(gòu)件彎曲屈構(gòu)件喪失承載才干，稱為構(gòu)件彎曲屈曲或彎曲失穩(wěn)。曲或彎曲失穩(wěn)。vP鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計軸心受壓構(gòu)件受外力作用后，當截面上的平均應(yīng)軸心受壓構(gòu)件受外力作用后，當截面上的平均應(yīng)力還遠低于鋼材的屈服點時，常由于其內(nèi)力和外力間力還遠低于鋼材的屈服點時，常由于其內(nèi)力和外力間不能堅持平衡的穩(wěn)定性，些微擾動即促使構(gòu)件產(chǎn)生很不能堅持平衡的穩(wěn)定性，

10、些微擾動即促使構(gòu)件產(chǎn)生很大的彎曲變形、或改動變形或又彎又扭而喪失承載才大的彎曲變形、或改動變形或又彎又扭而喪失承載才干，這景象就稱為喪失整體穩(wěn)定性，或稱屈曲。干，這景象就稱為喪失整體穩(wěn)定性，或稱屈曲。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計隨遇中性平衡是從穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡的隨遇中性平衡是從穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡的臨界形狀臨界形狀中性平衡時的軸心壓力中性平衡時的軸心壓力 稱為臨界力稱為臨界力相應(yīng)的截面應(yīng)力相應(yīng)的截面應(yīng)力 稱為臨界應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力 平衡形狀的分枝平衡形狀的分枝 臨界力臨界力 臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力4) 穩(wěn)定形狀穩(wěn)定形狀 臨界形狀臨界形狀 無缺陷的軸心受壓構(gòu)件發(fā)生彎曲屈曲時，構(gòu)件

11、的變形無缺陷的軸心受壓構(gòu)件發(fā)生彎曲屈曲時，構(gòu)件的變形發(fā)生了性質(zhì)上的變化，即構(gòu)件由直線方式改動為彎曲方式發(fā)生了性質(zhì)上的變化，即構(gòu)件由直線方式改動為彎曲方式，且這種變化帶有忽然性。，且這種變化帶有忽然性。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計穩(wěn)定性問題穩(wěn)定性問題彎曲屈曲彎曲屈曲改動屈曲改動屈曲彎扭屈曲彎扭屈曲當軸心壓力到達一定值會發(fā)當軸心壓力到達一定值會發(fā)生改動變形而失去承裁才干，這生改動變形而失去承裁才干，這種景象稱為改動失穩(wěn)。種景象稱為改動失穩(wěn)。彎曲與改動同時發(fā)生的彎扭彎曲與改動同時發(fā)生的彎扭失穩(wěn)。失穩(wěn)。NNNNNN(a)彎曲屈曲彎曲屈曲 (b)改動屈曲改動屈曲 (c)彎扭屈曲彎扭屈曲兩端鉸

12、接軸心受壓構(gòu)件的屈曲形狀兩端鉸接軸心受壓構(gòu)件的屈曲形狀鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計構(gòu)造喪失穩(wěn)定時，平衡方式發(fā)生改動的，稱為構(gòu)造喪失穩(wěn)定時，平衡方式發(fā)生改動的，稱為喪失了第一類穩(wěn)定性或稱為平衡分枝失穩(wěn)。喪失了第一類穩(wěn)定性或稱為平衡分枝失穩(wěn)。第二類穩(wěn)定性的特征是構(gòu)造喪失穩(wěn)定時彎曲平第二類穩(wěn)定性的特征是構(gòu)造喪失穩(wěn)定時彎曲平衡方式不發(fā)生改動，只是由于構(gòu)造原來的彎曲變形衡方式不發(fā)生改動，只是由于構(gòu)造原來的彎曲變形增大將不能正常任務(wù)。也稱為極值點失穩(wěn)。增大將不能正常任務(wù)。也稱為極值點失穩(wěn)。6) 第一類穩(wěn)定第一類穩(wěn)定 第二類穩(wěn)定第二類穩(wěn)定 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計分支點失穩(wěn)特征是

13、：臨界形狀時，構(gòu)造從初始的平衡分支點失穩(wěn)特征是：臨界形狀時，構(gòu)造從初始的平衡位形突變到與其臨近的另一平衡位形，表現(xiàn)出平衡位形的分位形突變到與其臨近的另一平衡位形，表現(xiàn)出平衡位形的分岔景象。在軸心壓力作用下的完善直桿以及在中面受壓的完岔景象。在軸心壓力作用下的完善直桿以及在中面受壓的完善平板的失穩(wěn)都屬于這一類型。善平板的失穩(wěn)都屬于這一類型。極值點失穩(wěn)特征是：沒有平衡位形分岔，臨界形狀表極值點失穩(wěn)特征是：沒有平衡位形分岔，臨界形狀表現(xiàn)為構(gòu)造不能再接受荷載增量，由建筑鋼材做成的偏心受壓現(xiàn)為構(gòu)造不能再接受荷載增量，由建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件，在閱歷足夠的塑性開展過程后常呈極值點失穩(wěn)。構(gòu)件，在閱歷足夠

14、的塑性開展過程后常呈極值點失穩(wěn)。穩(wěn)定類別穩(wěn)定類別分支點失穩(wěn)分支點失穩(wěn)極值點失穩(wěn)極值點失穩(wěn)鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計研討構(gòu)造極限承載才干，可依屈曲后性能將穩(wěn)定問題分研討構(gòu)造極限承載才干，可依屈曲后性能將穩(wěn)定問題分為如下三類：為如下三類：1)穩(wěn)定分岔屈曲。穩(wěn)定分岔屈曲。分岔屈曲后，構(gòu)造還分岔屈曲后，構(gòu)造還可接受荷載增量?？山邮芎奢d增量。軸心壓力作用下的桿軸心壓力作用下的桿以及中面受壓的平板都具以及中面受壓的平板都具有這種特征。有這種特征。平板具有相當可觀的平板具有相當可觀的屈曲后強度可工程設(shè)計利屈曲后強度可工程設(shè)計利用。用。vPvP鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(2)不穩(wěn)定

15、分岔屈曲不穩(wěn)定分岔屈曲分岔屈曲后，構(gòu)造只能在比臨界荷載低的荷載下分岔屈曲后，構(gòu)造只能在比臨界荷載低的荷載下才干維持平衡位形。接受軸向荷載的圓柱殼，接受均才干維持平衡位形。接受軸向荷載的圓柱殼，接受均勻外壓的球殼都呈不定分岔屈曲方式。長細比不大的勻外壓的球殼都呈不定分岔屈曲方式。長細比不大的圓管壓桿與圓柱殼很類似，薄壁方管壓桿亦有指表現(xiàn)圓管壓桿與圓柱殼很類似，薄壁方管壓桿亦有指表現(xiàn)為不穩(wěn)定分岔屈曲。為不穩(wěn)定分岔屈曲。vP鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(3)躍越屈曲躍越屈曲構(gòu)造以大幅度的變形從一個平衡位形跳到另構(gòu)造以大幅度的變形從一個平衡位形跳到另一個平衡位形。一個平衡位形。鉸接坦拱和油

16、罐的扁球殼頂蓋都屬于這種失鉸接坦拱和油罐的扁球殼頂蓋都屬于這種失穩(wěn)情形。在發(fā)生躍越后，荷載普通還可以顯著添穩(wěn)情形。在發(fā)生躍越后，荷載普通還可以顯著添加，但是其變形大大超出了正常運用極限形狀，加，但是其變形大大超出了正常運用極限形狀，顯然不宜以此為承載才干的極限形狀。顯然不宜以此為承載才干的極限形狀。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計vP1由穩(wěn)定直線平衡形狀過渡到不由穩(wěn)定直線平衡形狀過渡到不穩(wěn)定的彎曲平衡形狀，穩(wěn)定的彎曲平衡形狀，臨界形狀的軸心壓力為臨界力臨界形狀的軸心壓力為臨界力Ncr，軸心壓應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力軸心壓應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力cr，其值低于，其值低于鋼材的屈服強度。鋼材的屈服強度。臨

17、界力的大小取決于軸壓構(gòu)件的截臨界力的大小取決于軸壓構(gòu)件的截面剛度、長度及兩端約束條件等。面剛度、長度及兩端約束條件等。軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計22crcrNEIAlA222Eil222Eli22E其中，其中，IiA是回轉(zhuǎn)半徑；是回轉(zhuǎn)半徑；是壓桿長細比。是壓桿長細比。li歐拉公式歐拉公式2220222cr)EAlEIlEIN（思索剪切影響？思索剪切影響？鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計2 歐拉公式范圍歐拉公式范圍 當截面應(yīng)力超越鋼材的比例極限后，歐拉公式不適用，當截面應(yīng)力超越鋼材的比例極限后，歐拉公式不適用， 處于彈塑性階段，應(yīng)

18、按彈塑性屈曲計算其臨界力。處于彈塑性階段，應(yīng)按彈塑性屈曲計算其臨界力。p22fEppfEpp鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計3 提高穩(wěn)定承載力提高穩(wěn)定承載力 抗彎剛度抗彎剛度 構(gòu)件長度構(gòu)件長度 長細比長細比 資料強度資料強度 2 彈塑性彎曲屈曲彈塑性彎曲屈曲 2t220t2crAElIEN恩格塞爾，切線模量替代歐拉公式中的彈性模量恩格塞爾，切線模量替代歐拉公式中的彈性模量E，將歐拉公式推行運用于非彈性范圍，即將歐拉公式推行運用于非彈性范圍，即 2t2crE鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1E =d/df cra1EOOO craEta cr = E22= cra（a）-曲線（b

19、）-E 曲線（c） -曲線ABypftapf crayfatEEfpfy craap22 Et crt香萊指出切線模量臨界應(yīng)力是軸心受壓構(gòu)件彈塑性屈曲香萊指出切線模量臨界應(yīng)力是軸心受壓構(gòu)件彈塑性屈曲應(yīng)力的下限，雙模量臨界應(yīng)力是其上限，切線模量臨界應(yīng)力應(yīng)力的下限，雙模量臨界應(yīng)力是其上限，切線模量臨界應(yīng)力更接近實踐的彈塑性屈曲應(yīng)力。更接近實踐的彈塑性屈曲應(yīng)力。 切線模量實際切線模量實際鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1剩余應(yīng)力的產(chǎn)生與分布規(guī)律剩余應(yīng)力的產(chǎn)生與分布規(guī)律 1剩余應(yīng)力產(chǎn)生剩余應(yīng)力產(chǎn)生 2 3量測剩余應(yīng)力量測剩余應(yīng)力 分割法、鉆孔法分割法、鉆孔法 熱軋熱軋H型鋼型鋼火焰切割邊鋼板焊

20、火焰切割邊鋼板焊接接H型鋼型鋼鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計熱軋的寬翼緣工字鋼熱軋的寬翼緣工字鋼(H型型鋼鋼)，翼緣寬度較大，熱軋后冷，翼緣寬度較大，熱軋后冷卻過程中，翼緣兩端由于其暴露卻過程中，翼緣兩端由于其暴露于空氣中的面積較翼緣與腹板交于空氣中的面積較翼緣與腹板交接部分為多而冷卻較快，接部分為多而冷卻較快，腹板中間部位那么因厚度較腹板中間部位那么因厚度較薄而冷卻較快，翼緣與腹板交接薄而冷卻較快，翼緣與腹板交接部位冷卻收縮變形遭到先冷卻部部位冷卻收縮變形遭到先冷卻部分的約束而出現(xiàn)剩余拉應(yīng)力，先分的約束而出現(xiàn)剩余拉應(yīng)力，先冷卻部分那么出現(xiàn)剩余壓應(yīng)力。冷卻部分那么出現(xiàn)剩余壓應(yīng)力。鋼結(jié)

21、構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計上面圖表示一熱軋邊緣的鋼板，上面圖表示一熱軋邊緣的鋼板，板兩端先冷卻，板中間部分后冷卻，板兩端先冷卻，板中間部分后冷卻，其收縮遭到先冷卻部分的約束而受其收縮遭到先冷卻部分的約束而受拉，鋼板兩端那么受壓。拉，鋼板兩端那么受壓。下面一圖表示用這種鋼板為翼下面一圖表示用這種鋼板為翼緣板制造的焊接工字形截面，焊縫緣板制造的焊接工字形截面，焊縫處，由于熱量的高度集中，冷卻后處，由于熱量的高度集中，冷卻后焊縫附近的腹板和翼緣板截面上均焊縫附近的腹板和翼緣板截面上均產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力。產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力。測定這種剩余拉應(yīng)力可達焊縫測定這種剩余拉應(yīng)力可達焊縫金屬的屈服點金屬的屈服點

22、fy。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計邊緣經(jīng)火焰切割的鋼邊緣經(jīng)火焰切割的鋼板，鋼板兩端有剩余拉應(yīng)板，鋼板兩端有剩余拉應(yīng)力，而中間部分為剩余壓力，而中間部分為剩余壓應(yīng)力。應(yīng)力。用這種鋼板制造翼緣用這種鋼板制造翼緣板的焊接工字形截面在焊板的焊接工字形截面在焊縫冷卻后，翼緣板中產(chǎn)生縫冷卻后，翼緣板中產(chǎn)生相反的剩余應(yīng)力，最后構(gòu)相反的剩余應(yīng)力，最后構(gòu)成。成。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計焊接箱形截面的剩余應(yīng)力方式，焊接箱形截面的剩余應(yīng)力方式，四角焊縫附近有較大的剩余拉應(yīng)力，四角焊縫附近有較大的剩余拉應(yīng)力，板中間部位為剩余壓應(yīng)力。板中間部位為剩余壓應(yīng)力。由截面剩余應(yīng)力分布方式的引由截面剩

23、余應(yīng)力分布方式的引見，可知剩余應(yīng)力在截面上的分布見，可知剩余應(yīng)力在截面上的分布與截面的外形及尺寸、制造方法和與截面的外形及尺寸、制造方法和加工過程等親密相關(guān)。當鋼板厚度加工過程等親密相關(guān)。當鋼板厚度較大時，剩余應(yīng)力沿厚度方向也有較大時，剩余應(yīng)力沿厚度方向也有變化。變化。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1有效比例極限有效比例極限剩余應(yīng)力的存在，使剩余應(yīng)力的存在，使短柱平均應(yīng)力到達短柱平均應(yīng)力到達A點后，點后，出現(xiàn)一過渡曲線出現(xiàn)一過渡曲線ABC，然，然后到達屈服點，亦即剩余應(yīng)后到達屈服點，亦即剩余應(yīng)力的存在降低了構(gòu)件的比例力的存在降低了構(gòu)件的比例極限，使構(gòu)件提早進入彈塑極限，使構(gòu)件提早進入

24、彈塑性任務(wù)。性任務(wù)。A點的應(yīng)力稱為有效比點的應(yīng)力稱為有效比例極限，記為例極限，記為fp 。2剩余應(yīng)力對短柱應(yīng)力剩余應(yīng)力對短柱應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響應(yīng)變曲線的影響鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計f(a)工字形截面(b)應(yīng)力變化規(guī)律ffyy0.3f0.3fy0.4yfy(c)應(yīng)力應(yīng)變曲線fyAN=fy=NA0.8f0.7=NAf =pAN=0yOpfyfyB有殘余應(yīng)力= /EfpAyf- r無殘余應(yīng)力 rC忽略剩余應(yīng)力忽略剩余應(yīng)力 剩余應(yīng)力對軸心受壓短柱平均應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響剩余應(yīng)力對軸心受壓短柱平均應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計tdEd2剩余應(yīng)力影響的切線模量剩余

25、應(yīng)力影響的切線模量EtedN AdNA EeAEAE鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計3降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力 構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變曲線變成非線性關(guān)系，構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變曲線變成非線性關(guān)系， 減小截面的減小截面的 有效面積有效面積 有效慣性矩有效慣性矩 降低穩(wěn)定承載力降低穩(wěn)定承載力 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計3. 剩余應(yīng)力對構(gòu)件穩(wěn)定承載力影響剩余應(yīng)力對構(gòu)件穩(wěn)定承載力影響1平均壓應(yīng)力平均壓應(yīng)力小于小于fp時時構(gòu)件處在彈性任務(wù)階段，屈曲時的臨界應(yīng)力仍與無剩構(gòu)件處在彈性任務(wù)階段，屈曲時的臨界應(yīng)力仍與無剩余應(yīng)力時一樣，對無初始幾何缺陷的軸心受壓構(gòu)件余應(yīng)力時一樣，對無初始幾何

26、缺陷的軸心受壓構(gòu)件可取可取: cr2E/22大于大于fp時時平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再是直線關(guān)系，其臨界應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變關(guān)系不再是直線關(guān)系，其臨界應(yīng)力應(yīng)予修正。予修正。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計當?shù)竭_臨界應(yīng)力后，構(gòu)件開場彎曲當?shù)竭_臨界應(yīng)力后，構(gòu)件開場彎曲可以產(chǎn)生抵抗力矩的只是截面的彈性區(qū)可以產(chǎn)生抵抗力矩的只是截面的彈性區(qū)截面的有效慣性矩將只是彈性區(qū)的截面慣性矩截面的有效慣性矩將只是彈性區(qū)的截面慣性矩Ie，抗，抗彎剛度將由彎剛度將由EI降為降為EIe。此時臨界力為此時臨界力為220ecrEINleEINI220eIEIlI臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力eEII22ecrIEI鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)

27、構(gòu)基本原理及設(shè)計剩余應(yīng)力對構(gòu)剩余應(yīng)力對構(gòu)件整體穩(wěn)定的影響：件整體穩(wěn)定的影響：2使穩(wěn)定臨界力有所降低，使穩(wěn)定臨界力有所降低，降低幅度與降低幅度與Ie/I有關(guān)，有關(guān)，與柱截面的外形、屈曲方向、剩余應(yīng)力的方式和剩余壓與柱截面的外形、屈曲方向、剩余應(yīng)力的方式和剩余壓應(yīng)力的峰值應(yīng)力的峰值cr等有關(guān)。等有關(guān)。1提早進入彈提早進入彈塑性塑性鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計圖圖(a)32 ()12yt mbI 336m tb22xhImb t 24mtbh在同一壓桿截面、同一剩余應(yīng)力方式和峰值下，繞強在同一壓桿截面、同一剩余應(yīng)力方式和峰值下，繞強軸彎曲屈曲和繞弱軸彎曲屈曲的臨界應(yīng)力折減系數(shù)不同。軸彎曲

28、屈曲和繞弱軸彎曲屈曲的臨界應(yīng)力折減系數(shù)不同。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計圖圖(a)32 ()12yt mbI 336tbm22xhImb t 24tbhm圖圖(b)22424ym bmbIt22xhImb t 24mtbh3228tbmm鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計幾何缺陷：幾何缺陷： 初彎曲初彎曲 初偏心初偏心鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計構(gòu)件在末受力前存在初彎曲，在構(gòu)件在末受力前存在初彎曲，在c截面處為截面處為y0，在軸心壓，在軸心壓力作用下，撓度為力作用下，撓度為y0y，那么產(chǎn)生附加彎矩，那么產(chǎn)生附加彎矩MN( y0y)，1假定初彎曲外形為正弦半波曲線假

29、定初彎曲外形為正弦半波曲線1. 初彎曲的影響初彎曲的影響cy0(v0為構(gòu)件中點初始撓曲值為構(gòu)件中點初始撓曲值)，在在c截面處的平衡微分方程為：截面處的平衡微分方程為：y0v0sin(z /l )0()0EIyN yy鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計中點撓度中點撓度01v vv0EEN vNN00ENvvNN01EvN N令令EN N10mmNvNYM2最大彎矩最大彎矩彎矩放大系數(shù)彎矩放大系數(shù)22EEN鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計初彎曲的存在，使構(gòu)件開場加載就存在附加彎矩，初彎曲的存在，使構(gòu)件開場加載就存在附加彎矩，構(gòu)件臨界承載力低于理想直桿的軸壓臨界力。構(gòu)件臨界承載力低于理

30、想直桿的軸壓臨界力。11EN N11O24681010.20.40.60.81.0N / NE0Y / vmacdb鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計無剩余應(yīng)力僅有初彎曲的軸壓桿，截面開場屈服的條件無剩余應(yīng)力僅有初彎曲的軸壓桿，截面開場屈服的條件是：是：01yNvNfAWyNMfAW受壓最大纖維毛截面受壓最大纖維毛截面抵抗矩抵抗矩3彈塑性彈塑性鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計01yNvNfAW規(guī)范對壓桿初彎曲的取值規(guī)定為：規(guī)范對壓桿初彎曲的取值規(guī)定為：01000lv 引進符號：引進符號：00vW A0v0稱為相對初彎曲。稱為相對初彎曲。稱為截面中心距。稱為截面中心距。鋼結(jié)構(gòu)基本原

31、理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計01yNvNfAW方程方程011yENfAN N 由于桿長細比由于桿長細比li 變?yōu)椋鹤優(yōu)椋轰摻Y(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1110001yENifAN N該式反映：該式反映：初彎曲對不同截面方式桿的承載力影響，初彎曲對不同截面方式桿的承載力影響， 不同不同截面方式的截面方式的 i /不同。不同。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計Ey2E0yE0y02)1 (2)1 (fff佩利佩利(柏利柏利)公式公式 a點點 表示截面邊緣纖維屈服時的荷載表示截面邊緣纖維屈服時的荷載隨著隨著N添加，部分截面進入塑性添加，部分截面進入塑性c點時，截面塑性變形開展深，點時

32、，截面塑性變形開展深，曲線表現(xiàn)出下降段曲線表現(xiàn)出下降段cd。壓潰荷載壓潰荷載與與c點對應(yīng)的極限荷載為有初彎曲構(gòu)件整體穩(wěn)定極點對應(yīng)的極限荷載為有初彎曲構(gòu)件整體穩(wěn)定極限限 承載力，又稱為壓潰荷載承載力，又稱為壓潰荷載不是平衡分枝失穩(wěn)，是極值點失穩(wěn)，不是平衡分枝失穩(wěn)，是極值點失穩(wěn)，屬于第二類穩(wěn)定問題。屬于第二類穩(wěn)定問題。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計兩端鉸接理想直桿，荷載在兩端具有同方向兩端鉸接理想直桿，荷載在兩端具有同方向的初偏心，在恣意點的初偏心，在恣意點c處，其彈性穩(wěn)定平衡微分方處，其彈性穩(wěn)定平衡微分方程為：程為：0()0EIyN ey220yk yk e 0sincosyAkzBk

33、zee0NN2. 初偏心的影響初偏心的影響鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計初偏心對軸心受壓構(gòu)件初偏心對軸心受壓構(gòu)件的影響與初彎曲影響類似，的影響與初彎曲影響類似，且更加不利，由于構(gòu)件任一且更加不利，由于構(gòu)件任一截面都存在附加彎矩截面都存在附加彎矩N e0，使其最大承載力低于理想直使其最大承載力低于理想直桿彈性臨界力。桿彈性臨界力。000tansincos2KLyekzekze0sec12meNyeNe0=0鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計由于初彎曲和初偏心產(chǎn)生的由于初彎曲和初偏心產(chǎn)生的影響類似，在制定設(shè)計規(guī)范時，為影響類似，在制定設(shè)計規(guī)范時，為了簡化計算，常只思索其中一個缺了簡

34、化計算，常只思索其中一個缺陷來模擬兩個缺陷都存在的影響。陷來模擬兩個缺陷都存在的影響。規(guī)范對軸心受壓桿件思索了初彎曲規(guī)范對軸心受壓桿件思索了初彎曲影響。影響。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計一一. . 思索剩余應(yīng)力和初彎曲影響思索剩余應(yīng)力和初彎曲影響二二. 極限承載力實際極限承載力實際 極限荷載或壓潰荷載極限荷載或壓潰荷載 Ny初始狀態(tài)ym0vz ONuNpNa1ac c1b dd 1初彎曲 初彎曲 初彎曲 Ym0vym+=v0v0v0v0彈性曲線無殘余應(yīng)力有殘余應(yīng)力極限承載力實際極限承載力實際鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1理想軸心受壓構(gòu)件理想軸心受壓構(gòu)件 臨界力在彈性階段

35、是長細比的函數(shù)臨界力在彈性階段是長細比的函數(shù) 彈塑性階段彈塑性階段 切線模量實際計算切線模量實際計算 實踐軸心受壓構(gòu)件受剩余應(yīng)力、初彎曲、初偏實踐軸心受壓構(gòu)件受剩余應(yīng)力、初彎曲、初偏 心的影響心的影響 2 2數(shù)值法用計算機求解。數(shù)值法用計算機求解。3 3柱子曲線，不同截面外形和尺寸柱子曲線，不同截面外形和尺寸 不同加工條件和剩余不同加工條件和剩余應(yīng)力分布應(yīng)力分布 1/1000 1/1000的初彎曲的初彎曲 算近算近200200條柱子曲線條柱子曲線鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 a、b、c、d四條柱子曲線。稱為多條柱子曲線四條柱子曲線。稱為多條柱子曲線ycryuy/)/ffAfNu（稱

36、為軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)稱為軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)規(guī)范規(guī)范GB500172003的柱子曲線的柱子曲線鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計fffAN RyycrRcr0.215時，時， n211n 0. 215時，時， 222202024)1 ()1(nnnn22223223224)()(nnnnnnnfAN 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計相對長細比相對長細比正那么化長細比正那么化長細比yfEn鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計6.4.3 整體穩(wěn)定計算的構(gòu)件長細比 引言改動屈曲和彎扭屈曲 (1)改動屈曲改動屈曲 對雙軸對稱截面的軸心壓桿，能夠產(chǎn)對雙軸對稱截面的軸心壓桿

37、，能夠產(chǎn)生繞縱軸生繞縱軸z-z改動失穩(wěn)。當桿件兩端鉸接，改動失穩(wěn)。當桿件兩端鉸接，端部不能改動但截面可以自在翹曲，按彈端部不能改動但截面可以自在翹曲，按彈性屈曲實際，得到改動屈曲的臨界力為：性屈曲實際，得到改動屈曲的臨界力為：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計式中式中 20221)(ilEIGINzwwt翹曲慣性矩翹曲慣性矩,對工字形截面對工字形截面2)2(hIIywtI自在改動慣性矩自在改動慣性矩,可取為各組成板可取為各組成板 件改動慣性矩之和。件改動慣性矩之和。 wI鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計niiittbkI133 ， 為第為第i塊板件的寬度和厚度；塊板件的寬度和厚度

38、；k思索熱軋型鋼在板件交接處凸出部分的有利影響，思索熱軋型鋼在板件交接處凸出部分的有利影響，實驗確定：實驗確定：角鋼取角鋼取1.0；T形截面取形截面取1.15；槽形截面取槽形截面取1.12；工字形截面取工字形截面取1.25；ibit鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計0i截面的極回轉(zhuǎn)半徑截面的極回轉(zhuǎn)半徑2220yxiii在軸心壓桿改動屈曲的實踐計算中在軸心壓桿改動屈曲的實踐計算中,可以引入此種可以引入此種情況的等效長細比情況的等效長細比 ,其值由改動屈曲臨界力其值由改動屈曲臨界力 等等于具有于具有 的彎曲屈曲臨界力得出的彎曲屈曲臨界力得出.zzNz鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計2

39、22220)(1ZwwtZEAlEIGIiN22202wwtZlIEGIAi近似假定近似假定EGEGtt/彈性彈性彈塑性彈塑性切線模量切線模量鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計假設(shè)等效長細比假設(shè)等效長細比 小于對截面主軸的長細比小于對截面主軸的長細比 或或 ,那么由彎曲屈曲控制設(shè)計那么由彎曲屈曲控制設(shè)計.對普通的雙軸對稱截面軸心壓桿對普通的雙軸對稱截面軸心壓桿, 總是小于總是小于 ,所以不用計算改動屈曲所以不用計算改動屈曲.但是對十字形截面但是對十字形截面,由于其翹曲慣由于其翹曲慣性矩性矩 比比 來說是很小的來說是很小的,可以近似取可以近似取zxyzytI0wIwI鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼

40、結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計得得3/412/)2(*27 .257 .257 .2533202btbtIIIAitptz2)/(7 .25tb故故tbz/07. 5鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 對于單軸對稱截面軸心壓桿，當繞其對稱軸屈曲時，由于截面的剪心和形心不重合，必然在彎曲的同時伴隨著改動，即彎扭屈曲0)(22020yzyzzyzEyNieNNNN)(12220wwtZiEIGIiN222020yxiiei鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計式中式中0e截面剪心在對稱軸上的坐標截面剪心在對稱軸上的坐標,即形心即形心 至剪心間隔至剪心間隔tI構(gòu)件截面抗扭慣性矩和扇形慣性矩構(gòu)件截面抗扭慣

41、性矩和扇形慣性矩0i對于剪心的極回轉(zhuǎn)半徑對于剪心的極回轉(zhuǎn)半徑wl 改動屈曲的計算長度改動屈曲的計算長度令令,22yEyEAN,22zzEAN22yzyzEANwI鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計212z2y202022z2y2z2yyz)1 (4)()(21ie)25.7(2t202zlIIAi對對T形截面軋制、雙板焊接、雙角鋼組合和角形截形截面軋制、雙板焊接、雙角鋼組合和角形截面可近似取面可近似取 ，因此這些截面的，因此這些截面的0wItzIAi2027 .25對兩端鉸接、端部截面對兩端鉸接、端部截面可自在翹曲或兩端嵌固、端可自在翹曲或兩端嵌固、端部截面的翹曲完全遭到約束部截面的翹曲

42、完全遭到約束的構(gòu)件，取的構(gòu)件，取 0yll鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1 1截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件 計算軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定時，構(gòu)件長細計算軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定時，構(gòu)件長細比應(yīng)按照以下規(guī)定確定：比應(yīng)按照以下規(guī)定確定： 為了防止發(fā)生改動屈曲，對雙軸對稱十字形為了防止發(fā)生改動屈曲，對雙軸對稱十字形截面構(gòu)件，截面構(gòu)件， 或或 取值不得小于取值不得小于 。x0 xxilyy0yilxytb /07. 5鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 2截面為單軸對稱的構(gòu)件截面為單軸對稱的構(gòu)件 212z2y202022z2y2z2yyz)1 (4)()(21i

43、e3 角鋼組成的單軸對稱截面構(gòu)件角鋼組成的單軸對稱截面構(gòu)件yybbtb(a)(b)by(c)y(d)2bb1b2b b122u(e)bxVosxxx單角鋼截面和雙角鋼單角鋼截面和雙角鋼T形組合截面形組合截面鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1等邊單角鋼截面等邊單角鋼截面 當當 時時 當當 時時 bltb/54. 0/0y)85. 01 (22y04yyztlbbltb/54. 0/0y)5 .131 (78. 4422y0yzbtltb鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計2等邊雙角鋼截面等邊雙角鋼截面 當當 時時 當當 時時 bltb/58. 0/0y)475. 01 (220y4y

44、yztlbbltb/58. 0/0y)6 .181 (9 . 3422y0yzbtltb鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計3長肢相并的不等邊雙角鋼截面長肢相并的不等邊雙角鋼截面當當 時時 當當 時時 20y2/48. 0/bltb)09. 11 (220y42yyztlb20y2/48. 0/bltb)4 .171 (1 . 542220y2yzbtltb鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計4短肢相并的不等邊雙角鋼截面短肢相并的不等邊雙角鋼截面 當當 時時 當當 時時 1/56. 0/0y1bltbyyz1/56. 0/y01bltb)7 .521 (7 . 341220y1yzbt

45、ltb鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計5單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件在繞非對稱主軸以外的任單軸對稱的軸心受壓構(gòu)件在繞非對稱主軸以外的任一軸失穩(wěn)時應(yīng)按照彎扭屈曲計算其穩(wěn)定性。一軸失穩(wěn)時應(yīng)按照彎扭屈曲計算其穩(wěn)定性。當當 時時 當當 時時 式中式中 bltb/69. 0/0u)25. 01(22u04uuztlbbltb/69. 0/0utb /4 . 5uzu0uu/ il鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計規(guī)范規(guī)范GB50017規(guī)定：計算穩(wěn)定時，等邊角鋼取規(guī)定：計算穩(wěn)定時，等邊角鋼取 =0.6十十0.0015 ，但不大于，但不大于1.0；短邊相連的不等邊角鋼；短邊相連的不等邊角鋼取取 =0

46、.5十十0.0025 ，但不大于，但不大于1.0；式中；式中當當 20時，取時，取 =20。長邊相連的不等邊角鋼取。長邊相連的不等邊角鋼取 =0.70。當槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計算分肢。當槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計算分肢繞對稱軸繞對稱軸(y軸軸)的穩(wěn)定性時，不用思索改動效應(yīng)，直接用查的穩(wěn)定性時，不用思索改動效應(yīng)，直接用查出值出值 。00/ily單面銜接的單角鋼思索強度設(shè)計值折減系數(shù)單面銜接的單角鋼思索強度設(shè)計值折減系數(shù) RRR鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 6-5 軸心受壓構(gòu)件的部分穩(wěn)定一一. 實腹式構(gòu)件部分穩(wěn)定概念實腹式構(gòu)件部分穩(wěn)定概念 實腹軸壓構(gòu)件由翼緣和腹板構(gòu)成，

47、實腹軸壓構(gòu)件由翼緣和腹板構(gòu)成，板的平面尺寸很大，且厚度較薄時，能板的平面尺寸很大，且厚度較薄時，能夠在構(gòu)件整體失穩(wěn)之前，腹板或翼緣出夠在構(gòu)件整體失穩(wěn)之前，腹板或翼緣出現(xiàn)出平面的波浪凸、凹變形或撓曲，叫現(xiàn)出平面的波浪凸、凹變形或撓曲，叫做部分屈曲或部分失穩(wěn)。做部分屈曲或部分失穩(wěn)。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計板件部分失穩(wěn)表現(xiàn)為雙向波狀突曲，每個方向呈一板件部分失穩(wěn)表現(xiàn)為雙向波狀突曲，每個方向呈一個或多個半波，取決于板件的尺寸比例、支承條件和受力個或多個半波，取決于板件的尺寸比例、支承條件和受力情況等。情況等。計算得到最小臨界應(yīng)力來確定計算得到最小臨界應(yīng)力來確定構(gòu)件失去部分穩(wěn)定性，普通并

48、不使構(gòu)件立刻破構(gòu)件失去部分穩(wěn)定性，普通并不使構(gòu)件立刻破壞失去穩(wěn)定的板件不能再繼續(xù)分擔(dān)或少分擔(dān)所添加的壞失去穩(wěn)定的板件不能再繼續(xù)分擔(dān)或少分擔(dān)所添加的荷載而使整個構(gòu)件的承載才干有所減少，并改動了原來荷載而使整個構(gòu)件的承載才干有所減少，并改動了原來構(gòu)件的受力形狀，而有能夠最終使構(gòu)件提早失去整體穩(wěn)構(gòu)件的受力形狀，而有能夠最終使構(gòu)件提早失去整體穩(wěn)定性。定性。在軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計中普通不應(yīng)使組成板件在軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計中普通不應(yīng)使組成板件部分失穩(wěn)。部分失穩(wěn)。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計工字形截面的腹板和翼緣板的部分失穩(wěn)工字形截面的腹板和翼緣板的部分失穩(wěn) (a)工字形截面工字形截面 (b腹板

49、腹板(四邊支承板四邊支承板) (c)半塊翼緣板半塊翼緣板(三邊支承一邊自在三邊支承一邊自在)鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計圖表示尺寸為圖表示尺寸為ab的四邊簡支矩的四邊簡支矩形板，接受均勻壓力形板，接受均勻壓力N，彈性屈曲時板，彈性屈曲時板的微分彎曲變外形狀。其微分方程為：的微分彎曲變外形狀。其微分方程為：二二. 單向均勻受壓薄板的屈曲單向均勻受壓薄板的屈曲 1彈性屈曲彈性屈曲其解為：其解為：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計取取n1，可得最小臨界力：，可得最小臨界力：222crDmbaNbamb22bDkNxcr2mbaambk板的屈曲系數(shù)板的屈曲系數(shù): )1 (1223Et

50、D鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計當當 a / b1時，時，k值變化不大，可取值變化不大，可取k4，將，將Ncr除以板厚除以板厚 t，得到臨界應(yīng)力，得到臨界應(yīng)力cr。a鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計222)1 (12btEkcr超越超越 進入彈塑性受力階段時，單向受壓板沿進入彈塑性受力階段時，單向受壓板沿受力方向切線模量受力方向切線模量 與壓力垂直的方向仍為與壓力垂直的方向仍為彈性階段，彈性模量為彈性階段，彈性模量為E。這時可用。這時可用 替代替代E，按以下公式計算臨界應(yīng)力按以下公式計算臨界應(yīng)力 ： pfEEtEcr鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計翼緣與腹板之間除相互

51、支承外，還相互約束，翼緣與腹板之間除相互支承外，還相互約束，使相鄰板件不能自在轉(zhuǎn)動。使相鄰板件不能自在轉(zhuǎn)動。思索約束，在四邊簡支板的臨界應(yīng)力公式中引思索約束，在四邊簡支板的臨界應(yīng)力公式中引人大于人大于1的彈性嵌固系數(shù)的彈性嵌固系數(shù)。計算臨界力的公式變?yōu)椋河嬎闩R界力的公式變?yōu)椋?)1 (12 222crbtvEk鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計工字形柱截面的翼緣板厚度常大于腹板，翼緣板對工字形柱截面的翼緣板厚度常大于腹板，翼緣板對腹板的屈曲有嵌固作用，腹板的屈曲有嵌固作用，規(guī)范中取規(guī)范中取 1.3腹板對翼緣板的屈曲嵌固作用不大，腹板對翼緣板的屈曲嵌固作用不大，規(guī)范中取規(guī)范中取 1.0 鋼

52、結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計式中，式中，Et為切線模量為切線模量GB50017規(guī)定時，根據(jù)軸心受壓構(gòu)件部分穩(wěn)定的實規(guī)定時，根據(jù)軸心受壓構(gòu)件部分穩(wěn)定的實驗資料，取驗資料，取為為:tEE220.10131 0.02481.0yyffEE鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計1確定板件寬確定板件寬(高高)厚比限值的準那么厚比限值的準那么 1一種是使構(gòu)件應(yīng)力到達屈服前其板件一種是使構(gòu)件應(yīng)力到達屈服前其板件不發(fā)生部分屈曲，即部分屈曲臨界應(yīng)力不低不發(fā)生部分屈曲，即部分屈曲臨界應(yīng)力不低于屈服應(yīng)力；于屈服應(yīng)力；2一種是使構(gòu)件整體屈曲前其板件不發(fā)一種是使構(gòu)件整體屈曲前其板件不發(fā)生部分屈曲，即部分屈曲

53、臨界應(yīng)力不低于整生部分屈曲，即部分屈曲臨界應(yīng)力不低于整體屈曲臨界應(yīng)力，稱作等穩(wěn)定性準那么。體屈曲臨界應(yīng)力，稱作等穩(wěn)定性準那么。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計 2軸心受壓構(gòu)件板件寬軸心受壓構(gòu)件板件寬(高高)厚比的限值厚比的限值 1工字形截面工字形截面 425. 0k翼緣的寬厚比翼緣的寬厚比三邊簡支一邊自在的均勻受壓板。三邊簡支一邊自在的均勻受壓板。屈曲系數(shù)屈曲系數(shù): 彈性嵌固系數(shù)：彈性嵌固系數(shù)：0 . 1btwtth0twb(a)(b)(c)btwwt0th0th0t鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計翼緣板部分穩(wěn)定臨界力翼緣板部分穩(wěn)定臨界力構(gòu)件整體穩(wěn)定臨界力構(gòu)件整體穩(wěn)定臨界力mi

54、ncryf使上面二者相等，可以獲得翼緣板寬厚比限值。使上面二者相等，可以獲得翼緣板寬厚比限值。 )1 (12 222crbtvEk鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：1235100.1ybtf當當30時，時， 取取30當當100時，取時，取100為構(gòu)件兩方向長細比的較大值為構(gòu)件兩方向長細比的較大值 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計腹板的寬厚比腹板的寬厚比視為四邊支承板，此時屈曲系數(shù)：視為四邊支承板，此時屈曲系數(shù)：當腹板發(fā)生屈曲時，翼緣板作為腹板縱向邊的當腹板發(fā)生屈曲時，翼緣板作為腹板縱向邊的支承，對腹板起一定彈性嵌固作用，支承，對腹板起一定彈性嵌固作用，取彈性嵌

55、固系數(shù)取彈性嵌固系數(shù) :4k3 . 1鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計0235250.5wyhtf當當30時，時， 取取30當當100時，時， 取取100為構(gòu)件兩方向長細比的較大值為構(gòu)件兩方向長細比的較大值 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(2)T形截面形截面a. 翼緣翼緣T形截面翼緣板懸伸部分寬厚比限值同工字形截面形截面翼緣板懸伸部分寬厚比限值同工字形截面b. 腹板腹板三邊支承一邊自在，但其寬厚比比翼緣大得多三邊支承一邊自在，但其寬厚比比翼緣大得多屈曲遭到翼緣的彈性嵌固作用屈曲遭到翼緣的彈性嵌固作用寬厚比限值可放寬寬厚比限值可放寬1235100.1ybtf鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計

56、鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計熱軋熱軋T形鋼形鋼 yw0235)2 . 015(fth焊接焊接T形鋼形鋼 yw0235)17. 013(fth思索到焊接思索到焊接T形截面幾何缺陷和剩余壓力比形截面幾何缺陷和剩余壓力比熱軋熱軋T型鋼大，采用了相對低一些的限值：型鋼大，采用了相對低一些的限值：鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(3) 箱形截面箱形截面翼緣和腹板均為四邊支承板，翼緣和腹板均為四邊支承板，翼緣和腹板普通用單側(cè)焊縫銜接，嵌固程度較低，翼緣和腹板普通用單側(cè)焊縫銜接，嵌固程度較低，取取 =1。tb0yw0235 40fth或 3. 加強部分穩(wěn)定的措施加強部分穩(wěn)定的措施截面不滿足板件寬厚比，應(yīng)調(diào)整

57、板件厚度或?qū)挾仁蛊浣孛娌粷M足板件寬厚比，應(yīng)調(diào)整板件厚度或?qū)挾仁蛊錆M足要求。滿足要求。對工字形截面的腹板也可設(shè)置縱向加勁肋加強。對工字形截面的腹板也可設(shè)置縱向加勁肋加強。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計成對配置，縱向加勁肋通常在橫向加勁肋間設(shè)置成對配置，縱向加勁肋通常在橫向加勁肋間設(shè)置其一側(cè)外伸寬度其一側(cè)外伸寬度 10tw 厚度厚度橫向加勁肋的尺寸橫向加勁肋的尺寸外伸寬度外伸寬度 厚度厚度 zbwz75. 0tt sbmm4030/0）（h15/ssbt 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計4. 腹板的有效截面腹板的有效截面 工字形、箱形截面軸壓構(gòu)件工字形、箱形截面軸壓構(gòu)件腹板屈曲后

58、強度的利用腹板屈曲后強度的利用思索其屈曲后強度的利用思索其屈曲后強度的利用 采用有效截面進展計算采用有效截面進展計算鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計當腹板高厚比不滿足限值的要求時，可根據(jù)腹板屈當腹板高厚比不滿足限值的要求時，可根據(jù)腹板屈曲后強度的概念，曲后強度的概念，計算強度和整體穩(wěn)定性時取與翼緣銜接處的部分腹計算強度和整體穩(wěn)定性時取與翼緣銜接處的部分腹板截面作為有效截面，其面積為板截面作為有效截面，其面積為Awehwetw。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計屈曲后繼續(xù)施加的荷載大部分將由邊緣部分的腹屈曲后繼續(xù)施加的荷載大部分將由邊緣部分的腹板來接受。如把圖板來接受。如把圖 (a

59、)的應(yīng)力分布看作如圖的應(yīng)力分布看作如圖(b)所示，腹所示，腹板兩邊各寬板兩邊各寬20tw235fy的部分稱為有效截面，的部分稱為有效截面，此寬度由此寬度由(a) 、(b)圖截面上總應(yīng)力相等而得出。圖截面上總應(yīng)力相等而得出。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計利用腹板有效寬度的概念，可減小所用腹板利用腹板有效寬度的概念，可減小所用腹板的厚度。的厚度。求穩(wěn)定系數(shù)求穩(wěn)定系數(shù)時，構(gòu)件的長細比仍應(yīng)根據(jù)時，構(gòu)件的長細比仍應(yīng)根據(jù)全部柱截面求得。全部柱截面求得。 三邊支承的翼緣板，也有屈曲后強度，三邊支承的翼緣板，也有屈曲后強度，其影響遠較四邊支承板為小其影響遠較四邊支承板為小規(guī)范對三邊支承的翼緣板不思索

60、屈曲規(guī)范對三邊支承的翼緣板不思索屈曲后強度。后強度。鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計經(jīng)濟與合理，思索以下原那么：經(jīng)濟與合理，思索以下原那么：1等穩(wěn)定性：使構(gòu)件兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力一樣，等穩(wěn)定性：使構(gòu)件兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力一樣， ，以到達經(jīng)濟的效果，長細比應(yīng)盡量接近，以到達經(jīng)濟的效果，長細比應(yīng)盡量接近，xy(等等穩(wěn)定性原那么穩(wěn)定性原那么)。2寬肢薄壁：截面分布盡量開展，截面面積分布，以寬肢薄壁：截面分布盡量開展，截面面積分布，以添加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高構(gòu)件的穩(wěn)定性和剛添加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高構(gòu)件的穩(wěn)定性和剛度；度；3銜接方便，構(gòu)造簡單，便于銜接，制造方便，節(jié)省銜接