課程高等鋼結(jié)構(gòu)

1、一穩(wěn)定問題的特點1 要考慮變形對外力效應(yīng)的影響2 靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的區(qū)分失去意義3 疊加原理不再適用4 失穩(wěn)分析的整體性5 失穩(wěn)的多樣性二 穩(wěn)定設(shè)計的幾項原則1 結(jié)構(gòu)整體布置必須考慮整系組成部分的穩(wěn)定性要求2 要明確穩(wěn)定設(shè)計方法的假設(shè)條件3 注意細(xì)部構(gòu)造三 1 無孔拉桿極限狀態(tài)判斷:拉斷、變形過大2 有孔拉桿極限狀態(tài)判斷:沿整個長度分布鉚釘，以凈截面屈服為極限作為承載能力的極限狀態(tài)僅端部用螺栓或鉚釘連接，以毛截面屈服和凈截面拉斷為極限作為承載能力的極限狀態(tài)四 拉桿承載力的影響1 殘余應(yīng)力的影響：殘余應(yīng)力是一個自平衡的內(nèi)力，對極限強(qiáng)度沒有影響注：構(gòu)件的剛度變小，變形變大；必須有足夠的塑性發(fā)展2

2、初始變形的影響： 對承載力沒有影響，但變形加大（拉直的變形）3應(yīng)力集中的影響試驗證實：注：影響脆斷和疲勞；必須有足夠的塑性發(fā)展五凈截面效率影響1 材料相對節(jié)點板的分布情況偏心距越大，越不利2連接的長度越長越好3材料的塑性塑性高好越好4成孔辦法采用沖成的栓降低5緊固件的排列行距大者效率低六張緊圓鋼的拉力值：為克服本身自重，圓鋼拉桿必須有一定的力。由于一般無測力裝置，故通過控制桿件的垂度來保證一般為 1/100;拉桿強(qiáng)度要留 20富余。的有效性，七失穩(wěn)形式1. 彎曲屈曲發(fā)生情況：雙軸對稱截面繞兩對稱軸屈曲；單軸對稱截面繞非對稱軸屈曲2 扭轉(zhuǎn)屈曲發(fā)生情況：雙軸對稱截面和極對稱截面3. 彎扭屈曲發(fā)生情

3、況：單軸對稱截面繞對稱軸；無對稱軸截面繞任意軸八壓桿的極限狀態(tài)影響缺陷的影響：1. 初彎曲的影響使變形增大，增加二階效應(yīng)2. 初的影響(一般很小，可忽略）3. 初始偏心的影響初始偏心的影響比初彎曲的影響小，影響情況類似，可按初彎曲考慮4. 殘余應(yīng)力的影響影響程度取決于：殘余應(yīng)力的大??；殘余應(yīng)力的位置和分布；殘余應(yīng)力影響的軸影響原因：壓桿部分提前屈服，消弱了桿件剛度減小殘余應(yīng)力可增加穩(wěn)定承載力九 F曲線的確定基本方法：1 采用切線模量理論，Et 按殘余應(yīng)力的分布決定，初始彎曲的不利作用在安全系數(shù)范圍內(nèi)考慮2 采用極限承載力理論，同時計入初彎曲和殘余應(yīng)力的效應(yīng)十 我國的 F 曲線分類的主要依據(jù)1.

4、 截面形式2. 殘余應(yīng)力分布和峰值3. 繞哪個主軸屈曲4. 鋼板邊緣的加工方式本質(zhì)：殘余應(yīng)力的影響十一彎扭屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲的計算基本方法：按彈性條件轉(zhuǎn)化為彎曲屈曲，然后按彎曲屈曲考慮非彈性和缺陷的影響缺點：按彎曲屈曲考慮缺陷對彎扭屈曲的影響，有一定的近似性注意：當(dāng)單面連接單角鋼壓桿考慮了強(qiáng)度折減系數(shù)后，慮扭轉(zhuǎn)的影響可不再考十二 T 形截面的幾個問題：1. 整體扭轉(zhuǎn)屈曲和板件局部屈曲的一 致性。扭轉(zhuǎn)無約束時，必然先彎扭屈曲；扭轉(zhuǎn)受約束時，可能腹板才先屈曲。2.壓力作用位置對 T 形截面壓桿的承載力影響S 點無扭轉(zhuǎn)，但有偏心；C 點無偏心，但有扭轉(zhuǎn)。十三受彎構(gòu)件的強(qiáng)度1 梁的塑性彎矩：塑性鉸破壞機(jī)制

5、梁的塑性彎矩影響：本構(gòu)關(guān)系：理想彈塑性材料假定，忽略硬化影響（偏安全考慮）殘余應(yīng)力:不影響強(qiáng)度，影響變形荷載分布：純彎、集中荷載2 梁的抗剪承載力：畸變能屈服準(zhǔn)則3 荷載初偏心的影響構(gòu)造保證：翼平面支撐十四梁的過度塑性變形1 殘余撓度和殘余應(yīng)力理論分析：殘余撓度：雖然安全，但變形過度殘余應(yīng)力：類似矯直，再度加載，形狀不變2 過度變形的限制原則：過度變形是承載力極限狀態(tài)準(zhǔn)則：1、直接限制撓度：跟荷載形式關(guān)系密切。2、控制塑性發(fā)展最多的的應(yīng)變值。應(yīng)變限頸縮的水平拉伸試件拉斷時伸長率的 0.8，大致相當(dāng)于出現(xiàn)3、控制塑性發(fā)展最多的的殘余應(yīng)變值。殘余撓度 L/1000。規(guī)范方法：降低塑性彎矩，采用截面

6、塑性發(fā)展系數(shù)概念十五壓彎構(gòu)件破壞形式：強(qiáng)度、穩(wěn)定1 面內(nèi)、面外穩(wěn)定問題單向壓彎構(gòu)件：面外有約束面內(nèi)極值點失穩(wěn)；面外無約束空間彎扭失穩(wěn)雙向壓彎構(gòu)件空間彎扭屈曲2 壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度：極限狀態(tài)：N、M塑性鉸本質(zhì)：求解 N、M 共同作用下的塑性極限承載力，“相關(guān)曲線”彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性：1性質(zhì)：極值點失穩(wěn)方法：考慮雙重非線性的極限荷載問題2的三種方法介紹：a、極限荷載法理論嚴(yán)密，使用不方便b、邊緣屈服準(zhǔn)則：彎矩產(chǎn)生的撓度被放大，產(chǎn)生二階彎矩，導(dǎo)致邊緣屈服。有初偏心的壓桿，但偏心不是缺陷，是主導(dǎo)。c、相關(guān)公式法：簡便，應(yīng)用最廣泛N/NpM/Mp強(qiáng)度相關(guān)公式N/NcM/Mp考慮彎矩作用導(dǎo)致的受壓屈曲荷載降

7、低。殘余應(yīng)力的影響： 彎矩越大，殘余應(yīng)力影響越小十七彎矩變化對平面內(nèi)穩(wěn)定的影響Cm 的意義：變化的彎矩化為等效的均勻彎矩等效原則：二階彈性分析的最大彎矩值相等GB50017 用mx 表示 cm：框架柱和兩端支撐構(gòu)件：具有彎矩、無橫向力mx 0.650.35M2/M1同號，產(chǎn)生反向曲率取異號。產(chǎn)生同向曲率取具有橫向力mx1.0橫向力彎矩產(chǎn)生相同曲率mx1.0產(chǎn)生反向曲率mx0.85懸臂柱無（弱）支撐框架mx1.0十八單軸對稱截面平面內(nèi)穩(wěn)定問題雙軸對稱截面的壓彎構(gòu)件，塑性區(qū)可能僅出現(xiàn)在彎矩作用的受壓側(cè)，也可能兩側(cè)同時出現(xiàn)。但對單軸對稱截面的壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩作用于對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時,塑性

8、區(qū)也可能僅出現(xiàn)在彎矩作用的受拉側(cè)，削弱截面剛度。十九壓彎構(gòu)件的空間失穩(wěn)、單向壓彎構(gòu)件的面外穩(wěn)定：（彎扭屈曲）（）雙軸對稱工形截面彈性彎扭屈曲相關(guān)公式：取用：N/Ny+M/Mcr安全（2）相關(guān)公式的其它考慮：a.非彈性屈曲NyNcy（非彈性臨界壓力）McrM0（非彈性臨界彎矩）b.彎矩變化的情況：（非均勻受彎）需類似地引入等效彎矩系數(shù) Cm1c.單軸對稱截面（雙角鋼、焊接 T 形等）：NyNy（壓桿彎扭臨界力）d. 繞弱軸受彎的情況：可按繞強(qiáng)軸彎曲一樣對待（）規(guī)范公式：、雙軸壓彎構(gòu)件穩(wěn)定：（）雙軸壓彎構(gòu)件失穩(wěn)形式可見：雙向壓彎構(gòu)件必為彎扭屈曲。與單向壓彎、壓桿的彎扭屈曲不同：彎曲、扭轉(zhuǎn)開始即存在

9、，故為極值點失穩(wěn)。（)相關(guān)公式：單軸壓彎的延伸、組合（經(jīng)驗公式）面內(nèi)+面外（）GB50017 規(guī)范公式：(a) x 軸為主的組合：x 軸壓彎+y 軸面外壓彎(b) y 軸為主的組合：y 軸壓彎+x 軸面外壓彎一般由（b）控制（H 形、工形），x y 時，可能由（a）控制。二十梁與柱連接的分類連接的分類：柔性連接、半剛性連接、剛性連接連接特性的表征：抗彎強(qiáng)度、轉(zhuǎn)動剛度、延性連接強(qiáng)度：抗彎承載力、抗剪強(qiáng)度。剛性連接承受彎矩和剪力的能力應(yīng)該不低于梁的承載能力，區(qū)的框架“強(qiáng)連接弱構(gòu)件”；柔性連接的只要求其抗剪能力；半剛性連接介于剛性和柔性連接之間。連接轉(zhuǎn)動剛度:由 M曲線的斜率來體現(xiàn)，剛性連接的剛度達(dá)

10、到一定限值就可以看作是剛性連接。轉(zhuǎn)動能力：延性指標(biāo)。二十一半剛性連接和剛性連接分界的判定準(zhǔn)則：第一個準(zhǔn)常使用極限狀態(tài)第二個準(zhǔn)則：承載能力極限狀態(tài)二十二柔性連接柔性連接只能承受很小的彎矩。幾種典型的梁和 H 形截面柱的柔性連接:連接角鋼、端板和承托用角鋼連接時，應(yīng)做下列驗算：（1）螺栓驗算，包括 A 列和 B 列；（2）角鋼驗算，主要是抗剪；（3）當(dāng)梁切去一部分時，梁削弱截面的抗剪和抗彎計算。柔性連接保證能轉(zhuǎn)動：（1）控制連接角鋼的厚度；（2）B 列采用不加預(yù)拉力的高強(qiáng)螺栓；（3）和柱之間留出縫隙，使梁有轉(zhuǎn)動的余地。二十三半剛性連接半剛性連接形式應(yīng)用范圍：層數(shù)不超過 1015 的多層框架連接可做

11、成半剛性連接，層數(shù)超過 1015 層且不依靠支撐提供側(cè)向剛度，連接應(yīng)做成剛性連接。端板連接存在剪力：端板的厚度不受影響，螺栓及焊縫需要計算。當(dāng)端板厚度大且柱設(shè)有加勁肋時，這種連接可看成剛性連接，這類連接最好由端板形成機(jī)構(gòu)控制。多層框架的剛性連接的剛性連接：完全焊接的、完全栓接的以及兼用焊接和螺栓的。剛性連接的計算，傳遞剪力，然而的連接傳遞全部彎矩，腹板的連接件則只表明，翼緣不僅承受彎矩引起的正應(yīng)力，還承受很大一部分剪應(yīng)力。箱形截面柱內(nèi)宜在梁上下翼緣平面設(shè)置橫隔板。方管尺寸不大的情況下，設(shè)置橫隔施工很不方便，在兩側(cè)焊上短 T 形鋼或短角鋼，使其寬度和柱寬度相同，分析表明，用 T形鋼加勁的連接剛性

12、很好。二十四桁架節(jié)點構(gòu)造方式和破壞形式T 形和 Y 形節(jié)點，K 形和 N 形節(jié)點，KT 形節(jié)點，X 形節(jié)點節(jié)點的破壞形式，和腹桿寬度與弦桿寬度的比值有很大關(guān)系。 (1)當(dāng)b1/b0 較小時, 2）上壁沖剪破壞。1）出現(xiàn)幾條屈服線（塑性鉸線）后變成機(jī)構(gòu)。(2)為 0.60.8 的范圍內(nèi)，出現(xiàn)沖剪和塑性鉸線相結(jié)合的破壞方式。(3)當(dāng)腹桿寬度接近弦桿寬度時，破壞將出現(xiàn)在弦桿或腹桿的兩豎壁上，1)弦桿壓跛，2)腹桿屈服或局部屈曲。(4)有兩根腹桿交匯的節(jié)點，1)弦桿上壁出現(xiàn)屈服線形成機(jī)構(gòu)，2)整個弦桿的剪切破壞?；旌掀茐哪Ｊ剑涸诎鍫罡箺U兩側(cè)邊，角焊縫趾周圍，即點線所示部分，為剪切破壞；虛線和實線則是塑

13、性鉸線。二十五 1間隙節(jié)點的加強(qiáng)當(dāng)驗算節(jié)點承載力不足時，可以采用加強(qiáng)節(jié)點而不修改桿件截面的辦法，在連接面焊上一塊加強(qiáng)板，在兩側(cè)面各焊上一塊加強(qiáng)板，加強(qiáng)板的長度2 T 形、Y 形和 X 形節(jié)點需要加強(qiáng)時，也采用在連接面或側(cè)面焊上加強(qiáng)板的方法疊置節(jié)點的加強(qiáng)節(jié)點試驗中還發(fā)現(xiàn)，主管有時會在受拉支管連接以外處出現(xiàn)局部屈曲。二過低。用于塑性設(shè)計的鋼材必須具有應(yīng)變硬化性能，并且不能塑性設(shè)計對材料的要求：1、延伸率2、強(qiáng)屈比3、對應(yīng)于抗拉強(qiáng)度的應(yīng)變不小于 20 倍屈服點應(yīng)變二十七防止局部屈曲結(jié)構(gòu)以形成機(jī)構(gòu)作為極限狀態(tài)來進(jìn)行設(shè)計還有兩個條件：1、板件局部屈曲，2、桿件彎扭屈曲防止板板在結(jié)限制。為機(jī)構(gòu)之前局部屈曲

14、需要對它的寬厚比嚴(yán)格理想彈塑性 E 為零，剛度為零，屈曲不可避免。板件穩(wěn)定的原因在于材料的應(yīng)變硬化，E 不為零。材料屈服點越高，要求板件寬厚比限制得越小，才能保證需要的轉(zhuǎn)動能力。二十八防止彎扭屈曲防止構(gòu)件在出現(xiàn)機(jī)構(gòu)前彎扭屈曲要布置側(cè)向支撐：（1）塑性鉸截面（2）每隔一定跨度塑性設(shè)計中支撐構(gòu)件應(yīng)該具一定的強(qiáng)度和剛度二十九框架無 P效應(yīng)和有此效應(yīng)時水平荷載位移的滯回曲線有 P效應(yīng)與無 P效應(yīng)不同：一是在相同的位移循環(huán)之下H 力較高；二是滯回曲線有負(fù)斜率。三十抗震設(shè)計的的框架1、限制軸壓比2、限制層間位移3、限制構(gòu)件截面寬厚比4、強(qiáng)柱弱梁要求三十一框架的剛性連接節(jié)點梁與柱全焊連接，梁腹板與柱用高強(qiáng)螺栓連接，但用全熔透的坡口焊與柱相連。仍然（1）襯墊板在施焊后沒有除去，它柱翼緣之間的縫隙形成人為裂紋。（2）梁腹板切角較小，使焊縫在腹板處不易焊好，也難于檢查，以致于留下嚴(yán)重的缺陷。（3）厚度大的柱翼緣和柱橫向加勁肋對變形的約束作用使梁翼緣超負(fù)荷，其連接焊縫處于三向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，延性受到限制。（4）該次來勢猛，水平方向度最大達(dá) 1.8g，豎向 1.2g。應(yīng)變速率大，使材料斷裂韌性下降。（5）焊