四川大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)第五章鋼柱

第五章

鋼柱與鋼壓桿5.1應(yīng)用與構(gòu)造一、應(yīng)用桁架、網(wǎng)架、塔架與框架中存在著大量的承受軸心壓力的軸心受壓構(gòu)件以及同時(shí)承受軸心壓力和彎矩的壓彎構(gòu)件。二、種類1、實(shí)腹式、格構(gòu)式（綴條柱、綴板柱）角鋼鋼板2、軸心受壓、偏心受壓5.2軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的整體穩(wěn)定性

軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)需要滿足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的要求，其中整體穩(wěn)定性是主要決定因素。一、理想軸心壓桿的臨界力理想軸心壓桿：（1）等截面直桿（2）壓力線與形心線重合（3）材質(zhì)均勻，各向同性，且無限彈性，符合虎克定律1、理想等直細(xì)長軸心壓桿的穩(wěn)定問題歐拉公式l0＝ll0＝2l

l0＝0.5l

l0＝0.7l

臨界荷載臨界應(yīng)力2、軸心受壓桿的剛度驗(yàn)算

≤[]主要構(gòu)件的壓桿[]=150，支撐壓桿[]=200表5-2閘門構(gòu)件的容許長細(xì)比[]構(gòu)件種類主要構(gòu)件次要構(gòu)件聯(lián)系構(gòu)件受壓構(gòu)件120150200受拉構(gòu)件200250350二、殘余應(yīng)力的影響實(shí)際軸心壓桿存在初始缺陷：初偏心、初彎矩、殘余應(yīng)力等，影響穩(wěn)定性的主要因素是殘余應(yīng)力。1、不同加工方法帶來的殘余應(yīng)力軋制翼緣板焰切翼緣板2、殘余應(yīng)力與作用應(yīng)力的疊加三、實(shí)際軸心壓桿的穩(wěn)定極限承載力1、極限承載力理論——壓潰理論

由于實(shí)際軸心壓桿受初始缺陷的影響，分析其穩(wěn)定承載能力時(shí)，壓潰理論將實(shí)際軸心壓桿視為一根小偏心壓桿，并考慮殘余應(yīng)力的影響。2、驗(yàn)算方法（1）根據(jù)截面形式、尺寸、加工條件、殘余應(yīng)力的大小和分布等因素，按壓潰理論計(jì)算出多條無量綱的柱子曲線

～

（2）采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和可靠度分析方法，將承載能力相近的按截面形式、屈曲方向和加工條件歸納為a、b、c、d

四種截面類型a類穩(wěn)定性最好d類穩(wěn)定性最差a類穩(wěn)定性最好d類穩(wěn)定性最差軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)（3）實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算公式

—軸心壓桿的整體穩(wěn)定系數(shù)，由鋼號、截面類型、x與y軸方向的長細(xì)比查附錄7表注意：x、y

軸的的穩(wěn)定可能屬于不同截面類型的個(gè)位的十位根據(jù)鋼材牌號進(jìn)行修正x

=l0x/ixy=l0y/iyxxxx截面類型相同的構(gòu)件，其穩(wěn)定性由長細(xì)比較大的方向決定。通過增設(shè)側(cè)向支承，可以減小計(jì)算長度，從而有效提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。l0x

、l0y

可以不相等失穩(wěn)方向與支承方向的關(guān)系對x軸方向失穩(wěn)，繞x軸發(fā)生彎曲，則約束Ry，l0x＝l對y

軸方向失穩(wěn)，繞y

軸發(fā)生彎曲，約束Rx，l0y＝l/2l對x軸失穩(wěn)對y軸失穩(wěn)5.3軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件的局部穩(wěn)定性1、翼緣板三邊簡支一邊自由的均布受壓板(5-13)穩(wěn)定性由長細(xì)比較大的方向決定2、腹板四邊簡支，兩端受壓的薄板(5-15)穩(wěn)定性由長細(xì)比較大的方向決定當(dāng)h0/tw

不滿足局部穩(wěn)定的要求時(shí)需布置縱向加勁肋，加勁肋寬度≥10tw

，厚度≥3tw

/45.4軸心受壓實(shí)腹柱的設(shè)計(jì)一、截面形式工字形（型鋼或組合截面）鋼管（1）等穩(wěn)性原則

x≈

y，或

x

≈

y（2）寬肢薄壁（3）制造省工（4）連接簡便當(dāng)l0=5~6m，N<150kN，=70~100；N=1500~3500kN，=50~70二、軸心受壓實(shí)腹柱的設(shè)計(jì)3、由假定和等穩(wěn)條件，求回轉(zhuǎn)半徑ix、iy4、由1、假定長細(xì)比

查值2、確定截面所需面積

軋制焊接（1）型鋼截面根據(jù)A、ix、iy查選型鋼規(guī)格（2）組合截面根據(jù)A、h、b1，并考慮制造工藝、鋼材規(guī)格選擇組合鋼板的尺寸5、確定型鋼規(guī)格或鋼板尺寸6、截面驗(yàn)算（1）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算N/A≤

f

（2）局部穩(wěn)定性驗(yàn)算（3）剛度驗(yàn)算

≤[]（4）強(qiáng)度驗(yàn)算N/An

≤f三、構(gòu)造要求1、設(shè)縱向加勁肋的柱以及

h0/tw≥80時(shí)，須成對布置橫向加勁肋2、每個(gè)運(yùn)輸單元至少應(yīng)布置兩道橫向加勁肋3、軸心受壓構(gòu)件的翼緣焊縫為構(gòu)造焊縫，不作計(jì)算，一般hf=6~8mm5.5軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件的穩(wěn)定性一、實(shí)軸、虛軸由兩個(gè)或多個(gè)單肢受壓構(gòu)件組成，單肢間用綴材（綴條或綴板）聯(lián)系成為整體。實(shí)軸：垂直于單肢腹板虛軸：垂直于綴材面二、對實(shí)軸、虛軸的穩(wěn)定性（1）對實(shí)軸y

的穩(wěn)定性相當(dāng)于2個(gè)實(shí)腹式受壓構(gòu)件（2）對虛軸x

的穩(wěn)定性由于綴材間斷地聯(lián)系單肢，構(gòu)件的剪切變形較大，對虛軸的穩(wěn)定性比具有相同長細(xì)比的實(shí)腹式構(gòu)件差，通過加大長細(xì)比（名義長細(xì)比

0x）的辦法來考慮這部分剪切變形虛軸的臨界應(yīng)力換算長細(xì)比（5-19）（5-20）表5-3x

—整個(gè)構(gòu)件對x

軸的長細(xì)比y

—整個(gè)構(gòu)件對y

軸的長細(xì)比1

—單肢對最小剛度軸1-1的長細(xì)比A1x

—垂直于x

軸的斜綴條總面積A1y

—垂直于y

軸的斜綴條總面積A1

—各斜綴條的總面積對虛軸的穩(wěn)定驗(yàn)算5.6軸心受壓格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)一、構(gòu)造形式1、雙肢槽鋼、工字形鋼2、四肢角鋼3、三肢、四肢鋼管4、角鋼綴條和鋼板綴板（1）綴條構(gòu)成桁架體系,剛度大，常作為受力較大的鋼柱（2）綴板構(gòu)成剛架體系,桿件彎曲變形大，常作為受力較小的鋼柱肢尖向里二、軸心受壓格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)內(nèi)容1、由實(shí)軸y

的穩(wěn)定性選擇單肢截面2、由等穩(wěn)條件0x=

y

及虛軸x的穩(wěn)定性確定單肢間距3、綴條和綴板的設(shè)計(jì)（繞虛軸彎曲時(shí)為保證各單肢的整體工作，需承擔(dān)由此產(chǎn)生的剪力）4、綴材與單肢的焊縫連接設(shè)計(jì)TVN（a）綴條—軸心力（b）綴板—扭矩與剪力N5、綴條的穩(wěn)定軸心受壓單角鋼6、節(jié)點(diǎn)之間的單肢穩(wěn)定

單獨(dú)的軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件三、格構(gòu)柱的構(gòu)造要求1、為增加構(gòu)件的抗扭剛度需設(shè)置橫隔板，橫隔間距≤9倍柱截面的較大寬度或8m2、在運(yùn)輸單元的端部和較大水平力作用處需設(shè)置橫隔板3、在格構(gòu)柱的端部需設(shè)綴板5.7實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的承載能力（a）偏心受壓（b）軸心壓力+端彎矩

（c）軸心壓力+橫向荷載截面應(yīng)力：軸心壓力+彎曲壓應(yīng)力壓彎構(gòu)件的特點(diǎn)（1）彎矩和壓力都是主要的荷載（2）構(gòu)件可能在彎矩作用平面內(nèi)、彎矩作用平面外（側(cè)向）發(fā)生整體失穩(wěn)通常是整體穩(wěn)定性起控制作用一、彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性對x

軸的穩(wěn)定（5-33b）Mx二、彎矩作用平面外的穩(wěn)定性（5-39）對y

軸的穩(wěn)定Mx側(cè)向彎曲變形三、強(qiáng)度計(jì)算四、剛度計(jì)算

≤[]五、受壓翼緣與腹板的局部穩(wěn)定性5.8偏心受壓格構(gòu)柱的穩(wěn)定性一、彎矩繞虛軸作用

Mx1、Mx彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定（5-47）對虛軸x

軸的穩(wěn)定Mx2、單肢的穩(wěn)定性單肢I(xiàn)單肢I(xiàn)I單肢按軸心受壓實(shí)腹式構(gòu)件驗(yàn)算在x、y軸方向上的穩(wěn)定3、Mx彎矩作用平面外的穩(wěn)定整個(gè)構(gòu)件在彎矩Mx作用平面外的穩(wěn)定性比單肢在彎矩Mx作用平面外的穩(wěn)定性高，在保證單肢穩(wěn)定的前提下，不必驗(yàn)算格構(gòu)柱在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。對實(shí)軸y

軸的穩(wěn)定Mx二、彎矩繞實(shí)軸作用

My

1、My彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定（