第四章軸心受力構件《鋼結構基本原理》課件

Chapter4

第四章軸心受力構件§1-軸心受力構件的類型軸心受力構件軸心受壓構件軸心受拉構件軸心受力構件截面形式：§2軸心受力構件的強度和剛度一、軸心受力構件的強度計算對于有孔洞削弱的軸心受力構件，仍以其凈截面的平均應力達到其強度限值作為設計時的控制值。其計算公式為An取值：

當軸心受力構件采用普通螺栓（或錨栓）連接時，若螺栓（或錨栓）為并列布置［圖４-４（ａ）］，Aｎ按最危險截面Ⅰ—Ⅰ計算。若螺栓錯排布置［圖４-４（ｂ）］，構件可能沿正交截面Ⅰ—Ⅰ破壞，也可能沿鋸齒狀截面Ⅱ—Ⅱ破壞。Aｎ應通過計算比較確定，即取截面Ⅰ—Ⅰ和截面Ⅱ—Ⅱ兩者較小者為凈截面面積。An取值：對于高強度螺栓摩擦型連接的構件，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（圖４-５）。因此，最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按式（４-２）和式（４-３）計算二、軸心受力構件的剛度計算按正常使用極限狀態(tài)的要求，軸心受力構件均應具有一定的剛度。軸心受力構件的剛度通常用長細比來衡量，長細比愈小，表示構件剛度愈大，反之則剛度愈小。當軸心受力構件剛度不足時，在本身自重作用下容易產生過大的撓度，在動荷載作用下容易產生振動，在運輸和安裝過程中容易產生彎曲。因此，設計時應對軸心受力構件的長細比進行控制。軸心受力構件對主軸x軸、y軸的長細比λｘ和λｙ應滿足下列要求:一、整體穩(wěn)定的計算1.整體穩(wěn)定的臨界應力確定軸心壓桿整體穩(wěn)定臨界應力的方法一般有下列四種?！?軸心受壓構件的整體穩(wěn)定a.屈曲準則彎曲屈曲扭轉屈曲彎扭屈曲一、整體穩(wěn)定的計算1.整體穩(wěn)定的臨界應力§3軸心受壓構件的整體穩(wěn)定b.邊緣準則實際的軸心壓桿與理想柱的受力性能之間是有很大差別的，這是因為實際軸心壓桿是帶有初始缺陷的構件。邊緣屈服準則以有初偏心和初彎曲等的壓桿為計算模型，截面邊緣應力達到屈服點即視為壓桿承載能力的極限。一、整體穩(wěn)定的計計算1.整體穩(wěn)定的臨界應應力c.最大強度準則最大強度準則仍以以有初始缺陷（初初偏心、初彎曲和和殘余應力等）的的壓桿為依據，但但考慮塑性深入截面，以構件件最后破壞時所能能達到的最大軸心心壓力值作為壓桿桿的穩(wěn)定極限承載載力。壓桿失穩(wěn)時臨界應應力σｃｒ與長細比λ之間的關系曲線稱稱為柱子曲線。我我國現行《鋼結構設計規(guī)范》所采用的軸心受壓壓柱子曲線是按最最大強度準則確定定的，計算結果與與國內各單位的試試驗結果進行了比比較，較為吻合，，說明了計算理論論和方法的正確性性。現行《鋼結構設計規(guī)范》在上述計算資料的的基礎上，結合工工程實際，將這些些柱子曲線合并歸歸納為四組，取每每組中柱子曲線的的平均值作為代表表曲線，即圖４-１１中的ａ、ｂ、、ｃ、ｄ四條曲線線。在λ＝４０～１２０的的常用范圍，柱子子曲線ａ比曲線ｂｂ高出４％～１５５％，而曲線ｃ比曲線線ｂ低７％～１３３％，ｄ曲線則更更低，主要用于厚厚板截面。2.軸心受壓構件的整整體穩(wěn)定計算軸心受壓構件所受受應力應不大于整整體穩(wěn)定的臨界應應力，考慮抗力分分項系數γＲ后，即為《鋼結構設計規(guī)范》對軸心受壓構件的的整體穩(wěn)定計算采采用下列形式:整體穩(wěn)定系數φ值應根據表４-３、表４-４的截面分類和構構件的長細比，按按附表７-１～附表７-４查出整體穩(wěn)定系數φ值應根據表４-３、表４-４的截面分類和構構件的長細比，按按附表７-１～附表７-４查出構件長細比應按照照下列規(guī)定確定：：(1)截面為雙軸對稱或或極對稱的構件(2)截面為單軸對稱的的構件對雙板Ｔ形和槽形形等單軸對稱截面面進行彎扭分析后后，認為繞對稱軸軸（設為狔軸）的的穩(wěn)定應取計及扭扭轉效應的下列換換算長細比代替。。二、軸心受壓構件件的局部穩(wěn)定軸心受壓構件都是是由一些板件組成成的，一般板件的的厚度與板的寬度度相比都較小，設設計時應考慮局部部穩(wěn)定問題1.工字形截面穩(wěn)定計計算（１）翼緣（２）腹板2.Ｔ形截面（２）腹板（１）翼緣3.箱形截面穩(wěn)定計算算（１）受壓翼緣（２）腹板2.圓鋼管截面§4實腹式軸心受壓構件的截面設計實腹式軸心受壓構構件一般采用雙軸軸對稱截面，避免免彎扭失穩(wěn)。常用用截面形式有型鋼鋼截面和組合截面面兩種形式。進行行實腹式軸心受壓壓構件的截面設計計時，根據內力大大小、計算長度、、加工量、材料供供應等情況綜合進進行考慮。進行截面設計時，，應采取的原則包包括：面積的分布布盡量開展；兩個個主軸方向盡量等等穩(wěn)定性；便于與與其他構件進行連連接；盡可能構造造簡單，制造省工工，取材方便。一、實腹式軸心受受壓構件的截面設設計設計步驟（１）假定構件的的長細比，求出需需要的截面面積A。（２）求兩個主軸軸所需要的回轉半半徑（３）由面積、回回轉半徑優(yōu)先選用軋制型鋼。一般假定λ＝５０～１００（４）由所需要的的A、h、b等，考慮構造要求求、局部穩(wěn)定以及及鋼材規(guī)格等，確確定截面的初選尺尺寸。（５）構件強度、、穩(wěn)定和剛度驗算算。§5格構式軸心受壓構件的截面設計格構式軸心受壓構構件一般由兩個肢肢件組成，例如用用兩根槽鋼或Ｈ型型鋼作為肢件，，肢件間用綴條或或綴板連成整體。。在柱的橫截面上上穿過肢件腹板的的軸稱為實軸；穿穿過兩肢之間綴材材面的軸稱為虛軸軸。綴條一般用單根角鋼做做成，而綴板通常常用鋼板做成。一、格構式軸心受受壓構件繞虛軸的的換算長細比格構式構件繞實軸軸的穩(wěn)定計算要求求和步驟與實腹式式構件相同。格構構式構件繞虛軸的的穩(wěn)定計算：繞虛虛軸的整體穩(wěn)定臨臨界力比長細比相相同的實腹式軸心心受壓構件低。１．綴條式格構構式構件的換算長長細比２．綴板式格構構式構件的換算長長細比3．四肢格構式構件件的換算長細比4．三肢格構式構件件的換算長細比二、格構式軸心受受壓構件的綴材設設計１．格構式軸心受受壓構件的橫向剪剪力２．綴條的設計計3．綴板的設計綴板柱可視為一多多層框架，整體撓撓曲時假定各層分分肢中點和綴板中中點為反彎點。取取出脫離體，可得得綴板內力為剪力：彎矩（與肢件連接接處）：三、格構式構件的的構造要求格構式構件橫截面面中部空心，抗扭扭剛度較差。為了了提高其抗扭剛度度，保證構件在運運輸和安裝過程中中的截面形狀不變變，應每隔一段距距離設置橫隔。橫橫隔的間距不得大大于構件較大寬度度的９倍或８ｍ，，且每個運送單元元的端部均應設置置橫隔。設計步驟（１）按對實軸（（y—y軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方方法與實腹式構件件的計算相同。（２）按對虛軸（（x—x軸）的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離離。（３）驗算構件對對虛軸的整體穩(wěn)定定性，不合適時應調整犫犫再進行驗算（４）計算綴條或或綴板（包括與分分肢的連接）。四、格構式軸心受受壓構件的設計步步驟為了獲得等穩(wěn)定性性，應使兩方向的長細比相等，即即λｘ＝λｙ。綴條柱（雙肢）綴板柱（雙肢）§6軸心受壓柱的柱頭和柱腳一、軸心受壓柱柱柱頭柱的頂部與梁（桁桁架）連接的部分分稱為柱頭，作用用是通過柱頭將上上部結構的荷載傳傳到柱身。柱下端端與基礎連接的部部分稱為柱腳，作作用是將柱身所受受的力傳遞和分布布到基礎，并將柱柱固定于基礎。梁與軸心受壓柱鉸鉸接時，梁可支承承于柱頂上，亦可可連于柱的側面。。梁支于柱頂時，，梁的支座反力通通過柱頂板傳給柱柱身。頂板與柱用用焊縫連接，頂板板厚度一般?。保叮丁玻埃恚怼闉榱吮阌诎惭b定位位，梁與頂板用普普通螺栓連接。二、軸心受壓柱柱柱腳柱腳的構造造應使柱身身的內力可可靠地傳給給基礎，并并和基礎牢牢固地連接接。軸心受受壓柱的柱柱腳主要傳傳遞軸心壓壓力，與基基礎的連接接一般采用用鉸接。圖４-２７（ｃ））所示為格格構式柱柱柱腳。圖４４-２７（ｄ））所示為在在靴梁外側側設置肋板板，底板做做成正方形形或接近正正方形。1.柱底板的計計算（１）底板板的平面尺尺寸。所需要的底底板凈面積積Aｎ應滿足足:混凝土局部部承壓時的的強度提高高系數；:基礎混凝土土的軸心抗抗壓強度設設計值，應應考慮基礎礎混凝土局局部承壓時時強度提高高系數。根據構造要要求確定底底板寬度為為:（２）底板板的厚度。。底板的厚厚度由板的的抗彎強度度決定。（２）底板板的厚度。。底板的厚厚度由板的的抗彎強度度決定。底板可視為為一支承在在靴梁、隔隔板和柱端端的平板，，承受基礎礎傳來的均均勻反力。。靴梁、肋肋板、隔板板和柱端面面均可視為為底板的支支承邊，將將底板分隔隔成不同的的區(qū)格，有有四邊支承承、三邊支支承、兩相相鄰邊支承承和一邊支支承等區(qū)格格。在均勻勻分布的基基礎反力作作用下，各各區(qū)格板單單位寬度上上的最大彎彎矩。１）四邊支支承區(qū)格２）三邊支支承區(qū)格和和兩相鄰邊邊支承區(qū)格格３）一邊支支承區(qū)格（（懸臂板））幾部分板承承受的彎矩矩一般不相相同，取各各區(qū)格板中中的最大彎矩Mｍａｘ來確定板的的厚度t２．靴梁梁的計算３．隔板板與肋板的的計算靴梁的高度度由其與柱柱邊連接所所需的焊縫縫長度決定定，此連接接焊縫承受受柱身傳來來的壓力N。靴梁的厚厚度比柱翼翼緣厚度略略小。靴梁按支承承于柱邊的的雙懸臂梁梁計算，根根據所承受受的最大彎彎矩和最大大剪力值，，驗算靴梁梁的抗彎和和抗剪強度度。隔板可視為為支承于靴靴梁上的簡簡支梁，荷荷載可按承承受