鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件

鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹11.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點1.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展21.塑性設(shè)計的發(fā)展

1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設(shè)計的建筑物，隨后英、加、美等國均在本國建立了塑性設(shè)計的工程。英國在1948年第一個把塑性設(shè)計方法引進(jìn)了BSS499規(guī)范。隨后，以英國和美國為中心，迅速地普及塑性設(shè)計?，F(xiàn)已公認(rèn)，塑性設(shè)計簡單、合理，而且可以節(jié)約鋼材，所以英國和荷蘭的低層建筑幾乎全部采用塑性設(shè)計，美國和加拿大的大部分低層建筑也應(yīng)用塑性設(shè)計。我國1988年的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ17-88）開始列入塑性設(shè)計，新修訂的GB50017規(guī)范又進(jìn)行了局部修改。1.塑性設(shè)計的發(fā)展1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設(shè)31.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點1.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展41.2塑性設(shè)計的優(yōu)點鋼材具有良好的延性，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件不喪失局部穩(wěn)定和側(cè)向穩(wěn)定的情況下，可以在超靜定結(jié)構(gòu)中的若干部位形成具有充分轉(zhuǎn)動能力的塑性鉸，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分配（redistributionofinternalforces），從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)各部分的潛能。這種以整個結(jié)構(gòu)的極限承載力作為結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的塑性設(shè)計（plasticdesign）方法具有如下的優(yōu)點：

1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點鋼材具有良好的延性，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件不喪5（1）與通常的彈性設(shè)計方法相比，可以節(jié)約鋼材（10％～15％）和降低造價；（2）對整個結(jié)構(gòu)的安全度有更直觀的估計。通常的彈性設(shè)計方法在彈性范圍內(nèi)可以給出精確的內(nèi)力和位移，但給不出整個結(jié)構(gòu)的極限承載能力；（3）對連續(xù)梁和低層框架的內(nèi)力分析較彈性方法簡便。（1）與通常的彈性設(shè)計方法相比，可以節(jié)約鋼材（10％～15％6鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹72.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本82.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是考慮一定數(shù)目的截面形成了塑性鉸，使結(jié)構(gòu)（整體或局部）變?yōu)闄C(jī)構(gòu)而破壞，以此作為承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。即首先要確定結(jié)構(gòu)破壞時所能承擔(dān)的荷載——極限荷載，然后將極限荷載除以荷載系數(shù)得出容許荷載，并以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計。為了確定極限荷載，必須考慮材料的塑形變形，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的極限分析（或塑性分析）。所謂極限分析就是對結(jié)構(gòu)變成機(jī)構(gòu)前的變形不考慮，避開破壞前的全部分析，直接計算極限荷載。2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是考慮一定數(shù)目9極限分析的假定極限分析的假定包括：1材料為理想的彈塑體

極限分析的假定極限分析的假定包括：10極限分析的假定2理想截面，即假定塑形區(qū)只集中在一個截面上3比例加載極限分析的假定2理想截面，即假定塑形區(qū)只集中在一個截面上112.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本122.2鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的適用條件塑性設(shè)計適用于不直接承受動力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構(gòu)件組成的單層和兩層框架結(jié)構(gòu)。采用塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)采用荷載的設(shè)計值，考慮構(gòu)件截面內(nèi)塑性的發(fā)展以及由此而引起的內(nèi)力重分布，采用簡單塑性理論進(jìn)行內(nèi)力分析。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，并按彈性理論進(jìn)行計算。2.2鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的適用條件塑性設(shè)計適用于不直接承受動力荷132.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本142.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性

采用塑性設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計的主要原因之一是可以避免繁瑣的計算，原因之二是彈性設(shè)計過于保守。在塑性設(shè)計中，為了計算上的方便，引入了材料理想彈塑形的假定。這一假定當(dāng)然是合理的，但有時可能會造成對材料的應(yīng)變硬化性能的忽視；另外，塑性設(shè)計強(qiáng)調(diào)材料抵御變形的能力，因此用于塑性設(shè)計的材料必須具有足夠變形的能力，以滿足結(jié)構(gòu)形成機(jī)構(gòu)而達(dá)到承載力極限狀態(tài)的要求。從這一點來看，具有明顯屈服平臺的材料，如軟鋼是用于塑性設(shè)計的理想材料。值得注意的是，在強(qiáng)調(diào)材料延性的同時，還要重視對材料應(yīng)變硬化性能的要求。2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性

采用塑性設(shè)計法進(jìn)152.3.1無應(yīng)變硬化性能的材料不適用塑形設(shè)計在塑性設(shè)計中，計算構(gòu)件的塑性鉸彎矩Mp時，一般將具有明顯屈服臺階的材料看作理想彈塑性體，即忽略材料應(yīng)變硬化階段。這樣處理主要是為了使得計算簡化，算得的承載力和實際相差不大，并偏于安全。但是這種簡單化并不意味著所用的材料可以不具有應(yīng)變硬化性能。恰恰相反，材料必須具有一定的應(yīng)變硬化工作階段才有可能達(dá)到形成機(jī)構(gòu)的極限狀態(tài)。

2.3.1無應(yīng)變硬化性能的材料不適用塑形設(shè)計在塑性設(shè)計中，計16例：受均布荷載q的固端梁例：受均布荷載q的固端梁17鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件18極限分析的理想截面假定認(rèn)為，塑性鉸間的桿件是彈性的，這樣可根據(jù)虛功原理，由圖b和圖c來確定：極限分析的理想截面假定認(rèn)為，塑性鉸間的桿件是彈性的，這樣19如果材料是理想彈塑體，則只有曲率Ｋ無限大時才能出現(xiàn)這一轉(zhuǎn)動，dx=0，K必然趨于無窮大，但事實上這是不可能的。因此，機(jī)構(gòu)也就無法實現(xiàn)。理想彈塑體的梁最大荷載達(dá)不到塑性設(shè)計的極限荷載，這樣就會導(dǎo)致塑形設(shè)計的失敗。如果材料是理想彈塑體，則只有曲率Ｋ無限大時才能出現(xiàn)這一轉(zhuǎn)動，20具有應(yīng)變硬化性能的材料截面的彎矩不僅可以達(dá)到Mp，還有可能超過這一值。這樣，在梁端會出現(xiàn)一個短的塑性區(qū)，即dx≠0，曲率Ｋ成為了有限值，機(jī)構(gòu)也就有可能實現(xiàn)了。當(dāng)梁的材料具有應(yīng)變硬化性能時，它的最大荷載能達(dá)到極限荷載并且還能超過這個值，塑形設(shè)計得以實現(xiàn)。具有應(yīng)變硬化性能的材料截面的彎矩不僅可以達(dá)到Mp，還有可能超212.3.2應(yīng)變硬化性能過弱的材料也不適用于塑性設(shè)計A.P.Hrennikoff用鋁合金連續(xù)梁的實驗表明：不僅缺少應(yīng)變硬化性能的材料不適合用于塑形設(shè)計，硬化程度很弱的材料同樣不適用。工字形截面，材料沒有明顯屈服點，以殘余變形0.2%確定屈服應(yīng)力fy=269MPa,極限強(qiáng)度fu=298MPa,二者比值僅僅是1.12.3.2應(yīng)變硬化性能過弱的材料也不適用于塑性設(shè)計A.P.22試驗結(jié)果：B、C兩截面的彎矩均達(dá)Mp,但D截面彎矩約達(dá)Mp/2時，C處受拉翼緣就被拉斷致使梁喪失承載力。（試驗過程中采用了防止翼緣局部屈曲的特殊措施）D截面彎矩沒有達(dá)到塑性設(shè)計的塑性彎矩Mp，梁的彎矩重分布不完全，也就沒有達(dá)到塑形設(shè)計中形成機(jī)構(gòu)的極限狀態(tài)。試驗結(jié)果：B、C兩截面的彎矩均達(dá)Mp,但D截面彎矩約達(dá)Mp/232.3.3適用于鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的鋼材規(guī)范規(guī)定按塑性設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)，其鋼材必須滿足三個條件：強(qiáng)屈比fu/fy≥1.2；伸長率δ5≥15％；相應(yīng)于fu的應(yīng)變εu不小于20倍的屈服點應(yīng)變εy。2.3.3適用于鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的鋼材規(guī)范規(guī)定按塑性設(shè)計的鋼結(jié)24鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹253.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題

3.1防止局部屈曲防止板件在結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)之前局部屈曲需要對它的寬厚比嚴(yán)格控制3.2防止彎扭屈曲防止構(gòu)件在成為機(jī)構(gòu)前彎扭屈曲要靠適當(dāng)布置側(cè)向支撐（可用限制側(cè)向長細(xì)比λy作為保證梁段在塑性鉸處的轉(zhuǎn)動能力的一項措施）構(gòu)造要求3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題

3.1防止局部屈曲26鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹274塑性設(shè)計中的節(jié)點設(shè)計4.1全部采用螺栓連接4.2螺栓和焊縫混合連接4.3短梁過渡連接4塑性設(shè)計中的節(jié)點設(shè)計4.1全部采用螺栓連接284.1全部采用螺栓連接a

b4.1全部采用螺栓連接ab294.2螺栓和焊縫混合連接

4.3短梁過渡連接d4.2螺栓和焊縫混合連接

4.3短梁過渡連接d30由于剪切變形會引起剛架的梁柱端剛度的退化，所以必須采取措施加強(qiáng)節(jié)點域的剛度。（a）采用小板對柱翼緣加強(qiáng)（b）加設(shè)斜向加勁肋（c）在腹板兩側(cè)焊上板來加厚，從而保證鋼結(jié)構(gòu)塑形充分發(fā)展和內(nèi)力重分布由于剪切變形會引起剛架的梁柱端剛度的退化，所以必須采取措施加31謝謝謝謝32簡單塑性理論鋼結(jié)構(gòu)的簡單塑性理論是指：假定鋼材為理想彈塑形體，采用一階理論分析，不考慮二階效應(yīng)；保證在形成機(jī)構(gòu)前不發(fā)生側(cè)扭屈曲破壞，其組成板件不發(fā)生局部屈曲破壞；荷載按比例增加，內(nèi)力計算時考慮產(chǎn)生塑性鉸而使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為破壞機(jī)構(gòu)體系。用簡單塑性理論進(jìn)行框架分析是不考慮二階效應(yīng)的。按塑性分析的結(jié)構(gòu)，變形較大，結(jié)構(gòu)剛度也有所降低，二階效應(yīng)必然比彈性分析要大；如果再加上殘余應(yīng)力、初彎曲、初偏心等初始缺陷的影響，承載力會進(jìn)一步降低。對于一般的連續(xù)梁、單層和兩層框架，鋼材硬化的有利影響可以抵消二階效應(yīng)對承載力的不利影響；如果設(shè)計者掌握了二階理論的分析和設(shè)計方法，并有足夠的依據(jù)時，也不排除在兩層以上的框架設(shè)計中采用塑性設(shè)計

。簡單塑性理論鋼結(jié)構(gòu)的簡單塑性理論是指：假定鋼材為理想彈塑形體33鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件34——對x軸的塑性毛截面模量；——彎矩作用平面外的長細(xì)比，，為側(cè)向支承點間距離，為截面回轉(zhuǎn)半徑；M1——與塑性鉸相距為的側(cè)向支承點處的彎矩，當(dāng)長度內(nèi)為同向曲率時為正，反之為負(fù)。

——對x軸的塑性毛截面模量；35除防止側(cè)向彎扭屈曲的要求之外，塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮下述構(gòu)造要求：(1)為避免引起過大的二階效應(yīng)，受壓構(gòu)件的長細(xì)比不宜大于。這比彈性設(shè)計的稍嚴(yán)。(2)所有節(jié)點及其連接應(yīng)有足夠的剛度，以保證節(jié)點處各構(gòu)件間的夾角保持不變。為達(dá)此目的，采用螺栓的安裝接頭應(yīng)避開梁和柱的交接線，或者采用加腋等擴(kuò)大式接頭。構(gòu)件拼接和構(gòu)件間的連接應(yīng)能傳遞該處最大彎矩設(shè)計值的1.1倍，且不得低于，以便使節(jié)點強(qiáng)度稍有余量，減少在連接處產(chǎn)生永久變形的可能性。(3)為了保證在出現(xiàn)塑性鉸處有足夠的塑性轉(zhuǎn)動能力，當(dāng)板件采用手工氣割或剪切機(jī)切割時，應(yīng)將預(yù)期會出現(xiàn)塑性鉸部位的邊緣刨平。當(dāng)螺栓孔位于構(gòu)件塑性鉸部位的受拉板件上時，應(yīng)采用鉆成孔或先沖后擴(kuò)鉆孔。這是因為剪切邊和沖孔周圍帶來的金屬冷加工硬化，將降低鋼材的塑性，從而降低塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力。

除防止側(cè)向彎扭屈曲的要求之外，塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮下述構(gòu)造36鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件37鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件38鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件39鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹401.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點1.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展411.塑性設(shè)計的發(fā)展

1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設(shè)計的建筑物，隨后英、加、美等國均在本國建立了塑性設(shè)計的工程。英國在1948年第一個把塑性設(shè)計方法引進(jìn)了BSS499規(guī)范。隨后，以英國和美國為中心，迅速地普及塑性設(shè)計?，F(xiàn)已公認(rèn)，塑性設(shè)計簡單、合理，而且可以節(jié)約鋼材，所以英國和荷蘭的低層建筑幾乎全部采用塑性設(shè)計，美國和加拿大的大部分低層建筑也應(yīng)用塑性設(shè)計。我國1988年的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ17-88）開始列入塑性設(shè)計，新修訂的GB50017規(guī)范又進(jìn)行了局部修改。1.塑性設(shè)計的發(fā)展1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設(shè)421.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點1.塑性設(shè)計的基本介紹1.1塑性設(shè)計的發(fā)展431.2塑性設(shè)計的優(yōu)點鋼材具有良好的延性，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件不喪失局部穩(wěn)定和側(cè)向穩(wěn)定的情況下，可以在超靜定結(jié)構(gòu)中的若干部位形成具有充分轉(zhuǎn)動能力的塑性鉸，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分配（redistributionofinternalforces），從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)各部分的潛能。這種以整個結(jié)構(gòu)的極限承載力作為結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的塑性設(shè)計（plasticdesign）方法具有如下的優(yōu)點：

1.2塑性設(shè)計的優(yōu)點鋼材具有良好的延性，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件不喪44（1）與通常的彈性設(shè)計方法相比，可以節(jié)約鋼材（10％～15％）和降低造價；（2）對整個結(jié)構(gòu)的安全度有更直觀的估計。通常的彈性設(shè)計方法在彈性范圍內(nèi)可以給出精確的內(nèi)力和位移，但給不出整個結(jié)構(gòu)的極限承載能力；（3）對連續(xù)梁和低層框架的內(nèi)力分析較彈性方法簡便。（1）與通常的彈性設(shè)計方法相比，可以節(jié)約鋼材（10％～15％45鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹462.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本472.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是考慮一定數(shù)目的截面形成了塑性鉸，使結(jié)構(gòu)（整體或局部）變?yōu)闄C(jī)構(gòu)而破壞，以此作為承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。即首先要確定結(jié)構(gòu)破壞時所能承擔(dān)的荷載——極限荷載，然后將極限荷載除以荷載系數(shù)得出容許荷載，并以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計。為了確定極限荷載，必須考慮材料的塑形變形，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的極限分析（或塑性分析）。所謂極限分析就是對結(jié)構(gòu)變成機(jī)構(gòu)前的變形不考慮，避開破壞前的全部分析，直接計算極限荷載。2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計就是考慮一定數(shù)目48極限分析的假定極限分析的假定包括：1材料為理想的彈塑體

極限分析的假定極限分析的假定包括：49極限分析的假定2理想截面，即假定塑形區(qū)只集中在一個截面上3比例加載極限分析的假定2理想截面，即假定塑形區(qū)只集中在一個截面上502.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本512.2鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的適用條件塑性設(shè)計適用于不直接承受動力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構(gòu)件組成的單層和兩層框架結(jié)構(gòu)。采用塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)采用荷載的設(shè)計值，考慮構(gòu)件截面內(nèi)塑性的發(fā)展以及由此而引起的內(nèi)力重分布，采用簡單塑性理論進(jìn)行內(nèi)力分析。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，并按彈性理論進(jìn)行計算。2.2鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的適用條件塑性設(shè)計適用于不直接承受動力荷522.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本原理及基本假定2.2塑性設(shè)計的適用條件2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件2.1鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的基本532.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性

采用塑性設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計的主要原因之一是可以避免繁瑣的計算，原因之二是彈性設(shè)計過于保守。在塑性設(shè)計中，為了計算上的方便，引入了材料理想彈塑形的假定。這一假定當(dāng)然是合理的，但有時可能會造成對材料的應(yīng)變硬化性能的忽視；另外，塑性設(shè)計強(qiáng)調(diào)材料抵御變形的能力，因此用于塑性設(shè)計的材料必須具有足夠變形的能力，以滿足結(jié)構(gòu)形成機(jī)構(gòu)而達(dá)到承載力極限狀態(tài)的要求。從這一點來看，具有明顯屈服平臺的材料，如軟鋼是用于塑性設(shè)計的理想材料。值得注意的是，在強(qiáng)調(diào)材料延性的同時，還要重視對材料應(yīng)變硬化性能的要求。2.3塑性設(shè)計中材料的應(yīng)變硬化性能的重要性

采用塑性設(shè)計法進(jìn)542.3.1無應(yīng)變硬化性能的材料不適用塑形設(shè)計在塑性設(shè)計中，計算構(gòu)件的塑性鉸彎矩Mp時，一般將具有明顯屈服臺階的材料看作理想彈塑性體，即忽略材料應(yīng)變硬化階段。這樣處理主要是為了使得計算簡化，算得的承載力和實際相差不大，并偏于安全。但是這種簡單化并不意味著所用的材料可以不具有應(yīng)變硬化性能。恰恰相反，材料必須具有一定的應(yīng)變硬化工作階段才有可能達(dá)到形成機(jī)構(gòu)的極限狀態(tài)。

2.3.1無應(yīng)變硬化性能的材料不適用塑形設(shè)計在塑性設(shè)計中，計55例：受均布荷載q的固端梁例：受均布荷載q的固端梁56鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計課件57極限分析的理想截面假定認(rèn)為，塑性鉸間的桿件是彈性的，這樣可根據(jù)虛功原理，由圖b和圖c來確定：極限分析的理想截面假定認(rèn)為，塑性鉸間的桿件是彈性的，這樣58如果材料是理想彈塑體，則只有曲率Ｋ無限大時才能出現(xiàn)這一轉(zhuǎn)動，dx=0，K必然趨于無窮大，但事實上這是不可能的。因此，機(jī)構(gòu)也就無法實現(xiàn)。理想彈塑體的梁最大荷載達(dá)不到塑性設(shè)計的極限荷載，這樣就會導(dǎo)致塑形設(shè)計的失敗。如果材料是理想彈塑體，則只有曲率Ｋ無限大時才能出現(xiàn)這一轉(zhuǎn)動，59具有應(yīng)變硬化性能的材料截面的彎矩不僅可以達(dá)到Mp，還有可能超過這一值。這樣，在梁端會出現(xiàn)一個短的塑性區(qū)，即dx≠0，曲率Ｋ成為了有限值，機(jī)構(gòu)也就有可能實現(xiàn)了。當(dāng)梁的材料具有應(yīng)變硬化性能時，它的最大荷載能達(dá)到極限荷載并且還能超過這個值，塑形設(shè)計得以實現(xiàn)。具有應(yīng)變硬化性能的材料截面的彎矩不僅可以達(dá)到Mp，還有可能超602.3.2應(yīng)變硬化性能過弱的材料也不適用于塑性設(shè)計A.P.Hrennikoff用鋁合金連續(xù)梁的實驗表明：不僅缺少應(yīng)變硬化性能的材料不適合用于塑形設(shè)計，硬化程度很弱的材料同樣不適用。工字形截面，材料沒有明顯屈服點，以殘余變形0.2%確定屈服應(yīng)力fy=269MPa,極限強(qiáng)度fu=298MPa,二者比值僅僅是1.12.3.2應(yīng)變硬化性能過弱的材料也不適用于塑性設(shè)計A.P.61試驗結(jié)果：B、C兩截面的彎矩均達(dá)Mp,但D截面彎矩約達(dá)Mp/2時，C處受拉翼緣就被拉斷致使梁喪失承載力。（試驗過程中采用了防止翼緣局部屈曲的特殊措施）D截面彎矩沒有達(dá)到塑性設(shè)計的塑性彎矩Mp，梁的彎矩重分布不完全，也就沒有達(dá)到塑形設(shè)計中形成機(jī)構(gòu)的極限狀態(tài)。試驗結(jié)果：B、C兩截面的彎矩均達(dá)Mp,但D截面彎矩約達(dá)Mp/622.3.3適用于鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的鋼材規(guī)范規(guī)定按塑性設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)，其鋼材必須滿足三個條件：強(qiáng)屈比fu/fy≥1.2；伸長率δ5≥15％；相應(yīng)于fu的應(yīng)變εu不小于20倍的屈服點應(yīng)變εy。2.3.3適用于鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計的鋼材規(guī)范規(guī)定按塑性設(shè)計的鋼結(jié)63鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹643.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題

3.1防止局部屈曲防止板件在結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)之前局部屈曲需要對它的寬厚比嚴(yán)格控制3.2防止彎扭屈曲防止構(gòu)件在成為機(jī)構(gòu)前彎扭屈曲要靠適當(dāng)布置側(cè)向支撐（可用限制側(cè)向長細(xì)比λy作為保證梁段在塑性鉸處的轉(zhuǎn)動能力的一項措施）構(gòu)造要求3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題

3.1防止局部屈曲65鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹2.塑性設(shè)計的基本假定及使用條件3.塑性設(shè)計中的穩(wěn)定性問題4.塑性設(shè)計中節(jié)點設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計1.塑性設(shè)計的基本介紹664塑性設(shè)計中的節(jié)點設(shè)計4.1全部采用螺栓連接4.2螺栓和焊縫混合連接4.3短梁過渡連接4塑性設(shè)計中的節(jié)點設(shè)計4.1全部采用螺栓連接674.1全部采用螺栓連接a

b4.1全部采用螺栓連接ab684.2螺栓和焊縫混合連接

4.3短梁過渡連接d4.2螺栓和焊縫混合連接

4.3短梁過渡連接d69由于剪切變形會引起剛架的梁柱端剛度的退化，所以必須采取措施加強(qiáng)節(jié)點域的剛度。（a）采用小板對柱翼緣加強(qiáng)（b）加設(shè)斜向加勁肋（c）在腹板兩側(cè)焊上板來加厚，從而保證鋼結(jié)構(gòu)塑形充分發(fā)展和內(nèi)力重分布由于剪切變形會引起剛架的梁柱端剛度的退化，所以必須采取措施加