鋼結(jié)構(gòu)施工單元三項目三拉彎壓彎構(gòu)件學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)施工(sh gng) 單元三 項目三 拉彎壓彎構(gòu)件第一頁，共62頁。一、應(yīng)用 一般工業(yè)(gngy)廠房和多層房屋的框架柱均為拉彎和壓彎構(gòu)件。NMNe1.1拉彎、壓彎構(gòu)件(gujin)的應(yīng)用和截面形式圖1.1.1 壓彎、拉彎構(gòu)件第1頁/共61頁第二頁，共62頁。有節(jié)間荷載(hzi)作用的桁架上下弦桿、受風(fēng)荷載(hzi)作用的墻架柱第2頁/共61頁第三頁，共62頁。實腹式和格構(gòu)式。 實腹式截面：熱軋型鋼截面、冷彎薄壁型鋼截面和組合截面。 當(dāng)構(gòu)件(gujin)計算長度較大且受力較大時，為了提高截面的抗彎剛度，還常常采用格構(gòu)式截面。 壓彎構(gòu)件(gujin)的截面通常做成在彎矩作用方向具有

2、較大的截面尺寸。圖1.1.2 壓彎構(gòu)件的截面形式截面(jimin)形式第3頁/共61頁第四頁，共62頁。、計算內(nèi)容拉彎構(gòu)件(gujin)： 承載能力極限狀態(tài)：強度 正常使用極限狀態(tài)：剛度第4頁/共61頁第五頁，共62頁。強度穩(wěn)定實腹式 格構(gòu)式 彎矩作用在實軸上 彎矩作用在虛軸上 (分肢穩(wěn)定)整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定平面內(nèi)穩(wěn)定 平面外穩(wěn)定 承載能力極限狀態(tài)正常(zhngchng)使用極限狀態(tài)剛度(n d)壓彎構(gòu)件(gujin)：第5頁/共61頁第六頁，共62頁。1.2 拉彎、壓彎構(gòu)件的截面強度(qingd)和剛度圖1.2.1 壓彎構(gòu)件截面應(yīng)力的發(fā)展過程Aw=hwtwMxhwxxyyhfyfyfyfyHH

3、Nhh(1-2)hfyfy(a)(b)(c)(d)Af=bt第6頁/共61頁第七頁，共62頁。第7頁/共61頁第八頁，共62頁。式中 N軸心壓力設(shè)計(shj)值 An毛截面面積 Mx、My兩個主平面內(nèi)的彎矩Wn,x、Wn,y毛截面對兩個主軸的抵抗矩 x、y截面在兩個主平面內(nèi)的部分截面塑性發(fā)展系數(shù)。按P65表3-1采用，如工字形截面： x=1.05， y=1.20 f設(shè)計(shj)強度（）1.單向(dn xin)拉彎、壓彎構(gòu)件強度計算公式2.雙向拉彎、壓彎構(gòu)件(gujin)強度計算公式（）拉彎、壓彎構(gòu)件強度計算第8頁/共61頁第九頁，共62頁。表3-1 截面塑性發(fā)展(fzhn)系數(shù)x、y值P65

4、表31第9頁/共61頁第十頁，共62頁。表3-1 截面塑性(sxng)發(fā)展系數(shù)x、y值 續(xù)表第10頁/共61頁第十一頁，共62頁。剛度(n d)拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度仍以構(gòu)件的長細比來(bli)控制，即： 當(dāng)彎矩為主，軸心力較小或有其他需要時，還需驗算拉彎和壓彎構(gòu)件的撓度(nod)或變形，使其滿足撓度(nod)和變形要求。第11頁/共61頁第十二頁，共62頁。在N和M同時作用下，一開始構(gòu)件就在彎矩作用平面(pngmin)內(nèi)發(fā)生變形，呈彎曲狀態(tài)，當(dāng)N和M同時增加到一定大小時則到達極限，在彎矩作用平面(pngmin)內(nèi)只產(chǎn)生彎曲變形（彎曲失穩(wěn))。 a) 彎曲(wnq)失穩(wěn)b) 彎扭失穩(wěn)1.3 實腹式

5、壓彎構(gòu)件在彎矩作用(zuyng)平面內(nèi)的穩(wěn)定計算 壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn)第12頁/共61頁第十三頁，共62頁。a) 彎曲(wnq)失穩(wěn)b) 彎扭失穩(wěn)當(dāng)構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支撐以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移(wiy)和扭轉(zhuǎn)時，構(gòu)件可能發(fā)生彎扭屈曲（彎扭失穩(wěn)）而破壞，這種彎扭屈曲又稱為壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的整體失穩(wěn)。 雙向壓彎構(gòu)件的失穩(wěn)同時(tngsh)產(chǎn)生雙向彎曲變形并伴隨有扭轉(zhuǎn)變形屬彎扭失穩(wěn)。 壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外失穩(wěn)第13頁/共61頁第十四頁，共62頁。 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體(zhngt)穩(wěn)定計算公式（1.3.8）第14頁/共61頁第十五頁，共62頁。

6、1）懸臂構(gòu)件和無支撐框架和弱支撐柱框架 mx=1.02）框架柱和兩端支承的構(gòu)件 無橫向荷載作用時 mx=0.65+0.35M1/M2， M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩。M2M1。當(dāng)兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率(ql)時，取同號，反之取異號。 有端彎矩和橫向荷載同時作用時 使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率(ql)， mx=1.0； 產(chǎn)生反向曲率(ql)，mx=0.85。（3）有關(guān)mx取值，規(guī)范規(guī)定(gudng)如下： 無端(wdun)彎矩有橫向荷載作用時：mx=1.0。+第15頁/共61頁第十六頁，共62頁。對于單軸對稱的截面（如T形、槽型截面等）的壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩作用(zuyng)在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時

7、，較小翼緣有可能由于受到較大的拉應(yīng)力而首先屈服，導(dǎo)致構(gòu)件破壞。對這類構(gòu)件，還應(yīng)按下式確定進行驗算。第16頁/共61頁第十七頁，共62頁。表3-1 截面塑性(sxng)發(fā)展系數(shù)x、y值P65表31第17頁/共61頁第十八頁，共62頁。1.4 實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定(wndng)計算 單向壓彎構(gòu)件彎矩作用(zuyng)平面外整體穩(wěn)定圖平面(pngmin)外彎扭屈曲第18頁/共61頁第十九頁，共62頁。壓彎構(gòu)件(gujin)彎矩作用平面外整體穩(wěn)定計算公式（）式中：Mx彎矩，取所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩值；y軸心受壓構(gòu)件在彎矩作用面外屈曲的穩(wěn)定系數(shù);tx等效彎矩系數(shù)，取值方法與彎矩作用

8、平面(pngmin)內(nèi)等效彎矩系數(shù)mx相同。截面影響系數(shù)。箱形截面取0.7，其它截面取1.0b受均布彎矩的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，對箱形截面b=1.0，H、T形截面按P116公式計算；第19頁/共61頁第二十頁，共62頁。（1）工字形（含H型鋼(xnggng)）截面 雙軸對稱時：單軸對稱時：第20頁/共61頁第二十一頁，共62頁。彎矩使翼緣受拉，且腹板寬厚(kunhu)比不大于 時：（2）T形截面(jimin)（M繞對稱軸x作用）彎矩使翼緣受壓時：部分T型鋼和兩板組合(zh)T形截面：注意：用以上公式求得的應(yīng)b1.0；當(dāng)b 0.6時，不需要換算，因已經(jīng)考慮塑性發(fā)展；閉口截面b=1.0。 雙角鋼

9、T形截面：第21頁/共61頁第二十二頁，共62頁。 所計算(j sun)段內(nèi)有端彎矩又有橫向力作用產(chǎn)生相同曲率時，tx=1.0；產(chǎn)生反向曲率時 tx=0.85。 1） 在彎曲矩作用平面外有支承的構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)兩相鄰(xin ln)支承點間構(gòu)件段內(nèi)荷載和內(nèi)力情況確定。 tx取值辦法(bnf)所計算的段內(nèi)無橫向荷載作用 tx =0.65+0.35M2/M1 所計算段內(nèi)無端彎矩，但有橫向力作用 tx=1.0M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩。M2M1。當(dāng)兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時，取同號，反之取異號。2） 彎矩作用平面外為懸臂構(gòu)件：tx =1.0。+第22頁/共61頁第二十三頁，共62頁。1.5 實腹式壓彎

10、構(gòu)件(gujin)的局部穩(wěn)定 受壓翼緣板的寬厚(kunhu)比限值（按梁的規(guī)定） 實腹式壓彎構(gòu)件(gujin)的板件與軸壓和受彎構(gòu)件(gujin)的板件的受力相似，其局部穩(wěn)定也是采用限制板件的寬（高）厚比的辦法來保證。外伸翼緣板（1.5.1a） 當(dāng)構(gòu)件強度和整體穩(wěn)定不考慮截面塑性發(fā)展時，式（）可放寬至：第23頁/共61頁第二十四頁，共62頁。圖1.5.1 壓彎構(gòu)件腹板彈性狀態(tài)受力情況 maxminahw板厚tw 腹板受力較復(fù)雜。同時受不均勻壓力(yl)和剪力的作用。 ke正應(yīng)力(yngl)與剪應(yīng)力(yngl)共同作用時，板的屈曲系數(shù)。腹板的高厚比限值 腹板的局部(jb)穩(wěn)定主要與壓應(yīng)力的不均勻

11、分布的梯度有關(guān)。0應(yīng)力梯度 根據(jù)彈性理論，在對邊受非均勻的壓力同時有均布剪力的作用的腹板（按四邊簡支板）彈性屈曲的臨界應(yīng)力為。 （1.5.3a）0 (max-min)/max（1.5.2）第24頁/共61頁第二十五頁，共62頁。當(dāng)1.6o2.0時:（1.5.5）（）當(dāng)0o1.6時:o應(yīng)力梯度， o =（max-min）/ max max腹板邊緣(binyun)最大壓應(yīng)力 min另一邊相應(yīng)的應(yīng)力，壓為正，拉為負。 構(gòu)件(gujin)在彎矩作用平面內(nèi)的長細比； 當(dāng) 30時，取 =30， 100時，取 =100。1.工字形和H形截面(jimin)的腹板第25頁/共61頁第二十六頁，共62頁。2. 箱

12、形截面(jimin)的腹板 考慮到兩塊腹板可能受力不均(b jn)，將按公式（）和（）確定的高厚比值乘0.8，使設(shè)計得厚一些。但不應(yīng)小于。3.T形截面(jimin)的腹板 當(dāng)01.0時，翼緣板部分進入塑性，對腹板無嵌固作用。 當(dāng)01.0時，翼緣處于彈性，對腹板有嵌固作用。（a）（1.5.6b）a、彎矩使腹板自由邊受壓的壓彎構(gòu)件第26頁/共61頁第二十七頁，共62頁。3.T形截面(jimin)的腹板對于熱軋部分(b fen)T型鋼對于焊接(hnji)T型鋼（a）（1.5.7b）b、當(dāng)彎矩使腹板自由邊受拉時，與軸心受壓構(gòu)件相同第27頁/共61頁第二十八頁，共62頁。 可設(shè)置腹板加勁肋，或在計算構(gòu)件

13、的強度(qingd)和穩(wěn)定性時將腹板的截面僅考慮計算高度邊緣范圍內(nèi)兩側(cè)寬度各為 的部分（計算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時，仍用全部截面）。但在受壓較大翼緣與縱向加勁肋之間的腹板仍應(yīng)按上述要求驗算局部穩(wěn)定性。當(dāng)腹板的高厚比不符合(fh)上述要求時第28頁/共61頁第二十九頁，共62頁。壓彎構(gòu)件(gujin)的計算長度與構(gòu)件(gujin)端部的約束條件有關(guān)。 對于端部約束條件比較簡單的單根受壓構(gòu)件(gujin)，可按軸心受壓構(gòu)件(gujin)的計算長度系數(shù) P92（表39）確定。 對于框架柱，端部約束條件比較復(fù)雜，而且需要分別計算框架平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性?？蚣芷矫鎯?nèi)的計算長度通過對框架的整體穩(wěn)定分析得到；框

14、架平面外的計算長度則根據(jù)支承點的布置情況確定。1.6 壓彎構(gòu)件(gujin)的計算長度第29頁/共61頁第三十頁，共62頁。軸心受壓構(gòu)件(gujin)的計算長度系數(shù) P92 表3-9第30頁/共61頁第三十一頁，共62頁。（1）單層、多層等截面框架柱在框架平面內(nèi)的計算長度(chngd) 框架柱在框架平面內(nèi)的計算長度(chngd)可用下式表達：式中：H柱的幾何長度(chngd)； 計算長度(chngd)系數(shù)。柱計算長度系數(shù)(xsh) 見附表2-9。 P265有側(cè)移框架(kun ji)第31頁/共61頁第三十二頁，共62頁。第32頁/共61頁第三十三頁，共62頁。第33頁/共61頁第三十四頁，共6

15、2頁。第34頁/共61頁第三十五頁，共62頁。無側(cè)移框架(kun ji)a、強支撐(zh chng)框架當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)（支撐桁架、剪力墻、電梯井等）的側(cè)移剛度Sb滿足下式要求(yoqi)時，為強支撐框架，其柱計算長度系數(shù) 按附表2-8確定：第35頁/共61頁第三十六頁，共62頁。第36頁/共61頁第三十七頁，共62頁。第37頁/共61頁第三十八頁，共62頁。第38頁/共61頁第三十九頁，共62頁。b、弱支撐(zh chng)框架當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度Sb不滿足上式要求(yoqi)時，為弱支撐框架，框架柱的壓桿穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：第39頁/共61頁第四十頁，共62頁。（2）框架(kun ji)柱在框架

16、(kun ji)平面外的計算長度框架(kun ji)柱在框架(kun ji)平面外的計算長度可取柱的全長。當(dāng)有側(cè)向支撐時，取支撐點間的距離。第40頁/共61頁第四十一頁，共62頁。設(shè)計原則： 等穩(wěn)定性、肢寬壁薄、制造省工和連接簡便。截面設(shè)計步驟： 截面選擇(xunz)、強度驗算、彎矩作用平面內(nèi)和平面外 的整體穩(wěn)定驗算、局部穩(wěn)定驗算、剛度驗算等。1.7 實腹式壓彎構(gòu)件(gujin)的設(shè)計第41頁/共61頁第四十二頁，共62頁。截面形式1.對于N大、M小的構(gòu)件(gujin)，可參照軸壓構(gòu)件(gujin)初估；2.對于N小、M大的構(gòu)件(gujin)，可參照受彎構(gòu)件(gujin)初估；因影響因素多，很

17、難一次確定。截面驗算1. 強度驗算2. 整體穩(wěn)定驗算3. 局部穩(wěn)定驗算組合截面4. 剛度驗算構(gòu)造要求 與實腹式軸心受壓構(gòu)件(gujin)相似。第42頁/共61頁第四十三頁，共62頁。例題1.1： 某壓彎構(gòu)件的簡圖、截面尺寸、受力和側(cè)向支承情況如圖所示，試驗(shyn)算所用截面是否滿足強度、剛度和整體穩(wěn)定要求。鋼材為Q235鋼，翼緣為焰切邊；構(gòu)件承受靜力荷載設(shè)計值（標(biāo)準(zhǔn)值）F=100kN和N=900kN。 第43頁/共61頁第四十四頁，共62頁。解：1.內(nèi)力（設(shè)計(shj)值） 軸心力N =900kN 彎 矩2.截面(jimin)特性和長細比：l0 x=16m，l0y=8m 剛度(n d)滿足

18、。第44頁/共61頁第四十五頁，共62頁。3.強度(qingd)驗算滿足要求。4.在彎矩作用(zuyng)平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗算滿足要求。第45頁/共61頁第四十六頁，共62頁。滿足要求！5.在彎矩作用平面(pngmin)外的穩(wěn)定性驗算： AC段（或CB段）兩端彎矩為M1=400 kN.m，M20，段內(nèi)無橫向(hn xin)荷載： 第46頁/共61頁第四十七頁，共62頁。6.局部(jb)穩(wěn)定驗算翼緣的寬厚(kunhu)比腹板計算高度(god)邊緣的應(yīng)力腹板高厚比局部穩(wěn)定滿足要求o =（max-min）/ max第47頁/共61頁第四十八頁，共62頁。和軸心受壓柱一樣，壓彎柱也由柱頭、柱身和柱腳三部

19、分組成。由于偏心受壓柱所受的荷載(或傳遞的內(nèi)力)與軸心受壓柱不同，因而其柱頭、梁柱連接(linji)、柱腳的構(gòu)造也有所差異，但構(gòu)造原則相同，即：構(gòu)造簡捷、傳力明確，安全可靠、經(jīng)濟合理。 1、柱頭(zhtu)2.1 壓彎構(gòu)件(gujin)的柱頭與柱腳的連接構(gòu)造 實腹式壓彎構(gòu)件柱頭分為鉸接和剛接兩種，主要作用是將上部構(gòu)件或梁傳來的荷載(N、M)傳給柱身， 柱頭由頂板和肋板組成。框架梁柱的連接可分為柔性和剛性連接，柔性連接一般采用高強度螺栓連接，屬鉸接，而剛性連接是用焊接連接。第48頁/共61頁第四十九頁，共62頁。第49頁/共61頁第五十頁，共62頁。 實際設(shè)計當(dāng)中，為防止連接處發(fā)生局部破壞(ph

20、ui)，柱子的腹板一般需在梁的翼緣板或水平連接板的同一位置設(shè)置橫向加勁肋，如圖，加勁肋的厚度一般與梁的翼緣板或連接板相同，這樣相當(dāng)于把柱側(cè)兩梁連為一整體。如果梁端彎矩很小，也可不設(shè)加勁肋。圖2.1 梁柱連接(linji)構(gòu)造橫向(hn xin)加勁肋柔性連接剛性連接第50頁/共61頁第五十一頁，共62頁。 壓彎柱的柱腳可以做成鉸接和剛接兩種。 鉸接柱腳只傳遞軸心壓力和剪力，它的計算和構(gòu)造與軸心受壓柱相同。剛接柱腳要求既能傳遞軸向壓力、剪力和彎矩，同時要求具有足夠的剛度，使之盡量接近剛接的假定(jidng)。剛接柱腳分為整體式和分離式兩種，一般實腹式壓彎構(gòu)件多采用整體式柱腳。 壓彎柱整體式柱腳與軸心受壓柱柱腳計算上的主要區(qū)別在于：底板的基礎(chǔ)反力不是均勻分布的；靴梁與底板的連接焊縫以及底板的厚度近似地按計算區(qū)段的最大基礎(chǔ)反力值確定(qudng)；錨栓是用來傳遞彎矩的，要通過計算確定(qudng)。2、柱腳(zh jio)(1)整體式柱腳第51頁/共61頁第五十二頁，共62頁。V由柱腳底板與基礎(chǔ)面摩擦力平衡，必要時可在柱腳下設(shè)置(shzh)抗剪鍵來承受剪力。由于柱腳要傳遞M，因此柱腳與基礎(chǔ)間可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，此拉力，此拉力只能由錨栓承受，錨栓直徑(zhjng)