鋼結(jié)構(gòu)全套課件

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求鋼材的主要性能及其鑒定影響鋼材性能的因素鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載建筑鋼材的類別及鋼材的選用主要內(nèi)容：重點(diǎn)：對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求建筑鋼材的類別及鋼材的選用第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.1對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求較高的強(qiáng)度。即抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy比較高。足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。良好的加工性能。即適合冷、熱加工，良好的可焊性。適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復(fù)荷載作用等的性能。容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2002)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。選用GB50017規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠依據(jù)。以確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2鋼材的主要性能及其鑒定圖2.1

鋼材的一次拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線2.2.1單向拉伸時(shí)的工作性能條件：常溫、靜載條件下一次拉伸第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料1.比例極限

P

這是應(yīng)力-應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。嚴(yán)格地說(shuō)，比

P略高處還有彈性極限，但彈性極限與

P極其接近，所以通常略去彈性極限的點(diǎn)，把

P看做是彈性極限。2.屈服點(diǎn)

y

應(yīng)變

在

P之后不再與應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)力-應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)。3.抗拉強(qiáng)度

u

屈服平臺(tái)之后，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)時(shí)又需有應(yīng)力的增長(zhǎng)，但相對(duì)地說(shuō)·應(yīng)變?cè)黾拥每?，呈現(xiàn)曲線關(guān)系直到最高點(diǎn)。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料4.伸長(zhǎng)率

5和10伸長(zhǎng)率是斷裂前試件的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標(biāo)定長(zhǎng)度，其相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用5和10表示，伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。結(jié)構(gòu)制造時(shí)，這種能力使材料經(jīng)受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產(chǎn)生的局部屈服而無(wú)明顯損壞。屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，是鋼材的三個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)中所采用的鋼材都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)這三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料屈服點(diǎn)是建筑鋼材的一個(gè)重要力學(xué)特性，其意義是：1．作為結(jié)構(gòu)計(jì)算中材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，或材料抗力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力達(dá)到

y時(shí)的應(yīng)變與

P時(shí)的應(yīng)變較接近，可以認(rèn)為應(yīng)力達(dá)到

y時(shí)為彈性變形的終點(diǎn)。同時(shí)，達(dá)到

y

后在一個(gè)較大的應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力不會(huì)繼續(xù)增加，表示結(jié)構(gòu)一時(shí)喪失繼續(xù)承擔(dān)更大荷載的能力，故此以

y作為彈性計(jì)算時(shí)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。2．形成理想彈塑性體的模型，為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論提供基礎(chǔ)。

y之前，鋼材近于理想彈性體，

y之后，塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)力保持不增長(zhǎng)，所以接近理想塑性體。因此，可以用兩根直線的圖形作為理想彈塑性體的應(yīng)力-應(yīng)變模型。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定，就以材料是理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)，忽略了應(yīng)變硬化的有利作用。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.2

鋼材的冷彎試驗(yàn)2.2.2冷彎性能

根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)無(wú)裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合格”。“冷彎試驗(yàn)合格”一方面同伸長(zhǎng)率符合規(guī)定一樣，表示材料塑性變形能力符合要求，另一方面表示鋼材的冶金質(zhì)量(顆粒結(jié)晶及非金屬夾雜分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求，因此，冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格保證。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.3沖擊韌性

與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼材斷裂時(shí)吸收機(jī)械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂時(shí)所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來(lái)表示，其值等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積大，所以韌性值大。然而，實(shí)際工作中，不用上述方法來(lái)衡量鋼材的韌性，而用沖擊韌性衡量鋼材抗脆斷的性能，因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)中脆性斷裂并不發(fā)生在單向受拉的地方，而總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力的地方，在缺口高峰應(yīng)力的地方常呈三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.4

鋼材的沖擊試驗(yàn)缺口韌性值受溫度影響，溫度低于某值時(shí)將急劇降低。設(shè)計(jì)處于不同環(huán)境溫度的重要結(jié)構(gòu)，尤其是受動(dòng)載作用的結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)提出沖擊韌性的保證要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.4可焊性

與可焊性是指采用一般焊接工藝就可完成合格的(無(wú)裂紋的)焊縫的性能。鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12％~0.20％范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.2.5鋼材性能的鑒定

與根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)的規(guī)定，對(duì)進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的主要材料需進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，即檢查鋼材的質(zhì)量合格證明文件、中文標(biāo)識(shí)及檢驗(yàn)報(bào)告，確認(rèn)鋼材的品種、規(guī)格、性能是否符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3影響鋼材性能的因素鋼是含碳量小于2％的鐵碳合金，碳大于2％時(shí)則為鑄鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼由鈍鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99％，碳及雜質(zhì)元素約占1％。低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過(guò)3％。碳及其他元素雖然所占比重不大，但對(duì)鋼材性能卻有重要影響。2.3.1化學(xué)成分的影響第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料碳（C）碳是碳素結(jié)構(gòu)鋼中僅次于鐵的主要元素，是影響鋼材強(qiáng)度的主要因素，隨著含碳量的增加，鋼材強(qiáng)度提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時(shí)可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量一般不應(yīng)超過(guò)0.22%，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)低于0.2%。錳（Mn）錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度，又能消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。錳在碳素結(jié)構(gòu)鋼中的含量為0.3%-0.8%，在低合金鋼中一般為1.0%-1.7%。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料硅（Si）硅是一種強(qiáng)脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無(wú)明顯不良影響，但硅含量過(guò)大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)

釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細(xì)化。我國(guó)的低合金鋼都含有這三種元素，作為錳以外的合金元素，既可提高鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni)

鋁是強(qiáng)脫氧劑，用鋁進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，不僅進(jìn)一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細(xì)化晶粒。鉻和鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素，用于Q390鋼和Q420鋼。硫（S）硫是一種有害元素，降低鋼材的塑性、韌性、可焊性、抗銹蝕性等，在高溫時(shí)使鋼材變脆，即熱脆。因此，鋼材中硫的含量不得超過(guò)0.05%，在焊接結(jié)構(gòu)中不超過(guò)0.045%。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料磷(P)

磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素鋼中的雜質(zhì)，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。在高溫時(shí)磷也能使鋼減少塑性。但磷能提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力。氧(O)、氮(N)

氧和氮也是有害雜質(zhì)，在金屬熔化的狀態(tài)下可以從空氣中進(jìn)入。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2成材過(guò)程的影響

1．冶煉鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。目前氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量，由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，已不低于平爐鋼的質(zhì)量。冶煉這一冶金過(guò)程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金相組織結(jié)構(gòu)，不可避免地存在冶金缺陷，從而確定不同的鋼種、鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2成材過(guò)程的影響

2．澆鑄把熔煉好的鋼水澆鑄成鋼錠或鋼坯有兩種方法，一種是澆入鑄模做成鋼錠，另一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯。鑄錠過(guò)程中因脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼。鋼在冶煉及澆鑄過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷。常見(jiàn)的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔及裂紋等等。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2成材過(guò)程的影響

3．軋制鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因輥軋次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高、澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，所以分層是鋼材(尤其是厚板)的一種缺。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間撕裂。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.2成材過(guò)程的影響

4．熱處理

熱處理的目的在于取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌性。正火屬于最簡(jiǎn)單的熱處理：把鋼材加熱至850~900oC并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻，即為正火。如果鋼材在終止軋制時(shí)溫度正好控制在上述溫度范圍，可得到正火的效果，稱為控軋?；鼗鹗菍摬闹匦录訜嶂?50

oC并保溫一段時(shí)間，然后在空氣中自然冷卻。淬火加回火也稱調(diào)質(zhì)處理，淬火是把鋼材加熱至900

oC以上，保溫一段時(shí)間，然后放入水或油中快速冷卻。強(qiáng)度很高的鋼材，包括高強(qiáng)度螺栓的材料都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.3.3影響鋼材性能的其它因素

1.冷加工硬化(應(yīng)變硬化)在常溫下加工叫冷加工。冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，由于減小了塑性和韌性性能，普通鋼結(jié)構(gòu)中不利用硬化現(xiàn)象所提高的強(qiáng)度。重要結(jié)構(gòu)還把鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去。用作冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的冷彎型鋼，是由鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋成型的，也有的是經(jīng)壓力機(jī)模壓成型或在彎板機(jī)上彎曲成型的。由于這個(gè)原因，薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許利用因局部冷加工而提高的強(qiáng)度。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料此外，還有性質(zhì)類似的時(shí)效硬化與應(yīng)變時(shí)效。時(shí)效硬化指鋼材僅隨時(shí)間的增長(zhǎng)而轉(zhuǎn)脆，應(yīng)變時(shí)效指應(yīng)變硬化又加時(shí)效硬化由于這些是使鋼材轉(zhuǎn)脆的性質(zhì)，所以有些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)效，然后測(cè)定其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)期的抗脆性破壞能力。圖2.5鋼材的硬化第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.溫度的影響鋼材對(duì)溫度相當(dāng)敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發(fā)生變化。相比之下，低溫性能更重要。正溫范圍總的趨勢(shì)是隨著溫度的升高，鋼材強(qiáng)度降低，變形增大。約在200oC以內(nèi)鋼材性能沒(méi)有很大變化，430-540oC之間則強(qiáng)度(fy與fu)急劇下降；到600oC時(shí)強(qiáng)度很低不能承擔(dān)荷載。此外，250oC附近有蘭脆現(xiàn)象，約260-320oC時(shí)有徐變現(xiàn)象。蘭脆現(xiàn)象指溫度在250oC左右的區(qū)間內(nèi)，fu有局部性提高，fy也有回升現(xiàn)象，同時(shí)塑性有所降低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。在蘭脆區(qū)進(jìn)行熱加工，可能引起裂紋。徐變現(xiàn)象指在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)以規(guī)定150oC為適宜，超過(guò)之后結(jié)構(gòu)表面即需加設(shè)隔熱保護(hù)層。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.6高溫對(duì)鋼材性能的影響第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料負(fù)溫范圍fy與fu都增高但塑性變形能力減小，因而材料轉(zhuǎn)脆，對(duì)沖擊韌性的影響十分突出。材料由韌性破壞轉(zhuǎn)到脆性破壞叫該種鋼材的轉(zhuǎn)變溫度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求避免完全脆性破壞，所以結(jié)構(gòu)所處溫度應(yīng)大于脆性轉(zhuǎn)變溫度。圖2.7Cv值隨溫度T的變化第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料3.應(yīng)力集中當(dāng)截面完整性遭到破壞，如有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中?？走厬?yīng)力高峰處將產(chǎn)生雙向或三向的應(yīng)力。這是因?yàn)椴牧系哪骋稽c(diǎn)在x方向伸長(zhǎng)的同時(shí)，在y方向(橫向)將要收縮，當(dāng)板厚較大時(shí)還將引起z方向收縮。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料由力學(xué)知識(shí)知道，三向同號(hào)應(yīng)力且各應(yīng)力數(shù)值接近時(shí)，材料不易屈服。當(dāng)為數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時(shí)，直到材料斷裂也不屈服。沒(méi)有塑性變形的斷裂是脆性斷裂。所以，三向應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)，使材料沿力作用方向塑性變形的發(fā)展受到很大約束，材料容易脆性破壞。因此，對(duì)于厚鋼材應(yīng)該要求更高的韌性。圖2.8孔洞、缺口處的應(yīng)力集中第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4鋼材的延性破壞和非延性破壞循環(huán)加載和快速加載的效應(yīng)有屈服現(xiàn)象的鋼材或者雖然沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象而能發(fā)生較大塑性變形的鋼材，一般屬于塑性材料。沒(méi)有屈服現(xiàn)象或塑性變形能力很小的鋼材，則屬于脆性材料。

塑性材料是指由于材料原始性能以及在常溫、靜載并一次加荷的工作條件之下能在破壞前發(fā)生較大塑性變形的材料。然而一種鋼材具有塑性變形能力的大小，不僅取決于鋼材原始的化學(xué)成分，熔煉與軋制條件，也取決于后來(lái)所處的工作條件。即使原來(lái)塑性表現(xiàn)極好的鋼材，改變了工作條件，如在很低的溫度之下受沖擊作用，也完全可能呈現(xiàn)脆性破壞。所以，嚴(yán)格地說(shuō)，不宜把鋼材劃分為塑性和脆性材料，而應(yīng)該區(qū)分材料可能發(fā)生的塑性破壞與脆性破壞。2.4.1延性破壞和非延性破壞第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1．疲勞斷裂的概念疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。斷口可能貫穿于母材，可能貫穿于連接焊縫，也可能貫穿于母材及焊縫。

出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí)，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度。同時(shí)，疲勞破壞屬于脆性破壞，塑性變形極小，因此是一種沒(méi)有明顯變形的突然破壞，危險(xiǎn)性較大。2.4.2循環(huán)荷載的效應(yīng)第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

疲勞破壞的構(gòu)件斷口上面一部分呈現(xiàn)半橢圓形光滑區(qū)，其余部分則為粗糙區(qū)（如圖2-9)。2.4.2循環(huán)荷載的效應(yīng)圖2.9斷口示意1－光滑區(qū)；2－粗糙區(qū)第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)力循環(huán)特性常用應(yīng)力比值來(lái)表示，以拉應(yīng)力為正值。連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力往復(fù)變化一周叫做一個(gè)循環(huán)。完全對(duì)稱循環(huán)(

＝-1)靜荷載作用(

＝+1)脈沖循環(huán)(

＝0)一般應(yīng)力循環(huán)(-1<<+1)為應(yīng)力幅，表示應(yīng)力變化的幅度?？倿檎?。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.10

-n曲線2．△

-n曲線

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以畫(huà)出構(gòu)件或連接的應(yīng)力幅△

。與相應(yīng)的致?lián)p循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線（圖a）。這種曲線是疲勞驗(yàn)算的基礎(chǔ)。致?lián)p循環(huán)次數(shù)也叫做疲勞壽命。目前國(guó)內(nèi)外都常用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸的方法使曲線改為直線以便于分析（圖b）。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，疲勞方程就是直線式（圖中實(shí)直線）第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料3．疲勞驗(yàn)算及容許應(yīng)力幅直接受到重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，如吊車梁、橋梁、輸送棧橋和某些工作平臺(tái)梁等以及它們的連接，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n>105時(shí)應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。永久荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力為不變值，沒(méi)有應(yīng)力幅。應(yīng)力幅只由重復(fù)作用的可變荷載產(chǎn)生，所以疲勞驗(yàn)算按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行。荷載計(jì)算中不乘以吊車動(dòng)力系數(shù)，常幅疲勞按下式進(jìn)行驗(yàn)算。式中△——對(duì)焊接結(jié)構(gòu)為應(yīng)力幅△

＝

max-min；

對(duì)非焊接部位為計(jì)算應(yīng)力幅△

＝

max-min

，應(yīng)力以拉為正，壓為負(fù)；[△

]——常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。式中C，——系數(shù)。焊接結(jié)構(gòu)中根據(jù)各種不同的構(gòu)造細(xì)部使疲勞強(qiáng)度不同程度地降低，詳見(jiàn)第8章。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.3快速加荷效應(yīng)

快速加荷使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，而鋼廠在做鋼材拉伸試驗(yàn)時(shí)往往加荷比較快，致使所得fy、fu偏高?？焖偌雍傻牟焕?yīng)在于影響能量吸收的能力，圖2-11給出三條不同加荷速率下的斷裂能量一溫度關(guān)系曲線。從圖可以看出，隨著加荷速率的減小，曲線向溫度較低的方向移動(dòng)。有些結(jié)構(gòu)的鋼材在工作溫度下沖擊韌性值很低，但仍然保持完好，就可以由加荷速率很慢來(lái)說(shuō)明。對(duì)于同一沖擊韌性的材料，當(dāng)設(shè)計(jì)承受動(dòng)力荷載時(shí)，允許最低的使用溫度要比承受靜力荷載高的多。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.4.3快速加荷效應(yīng)圖2.11斷裂吸收能量隨溫度的變化圖2.12加荷速度對(duì)斷裂韌性的影響第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5建筑鋼材的類別及鋼材的選用2.5.1建筑鋼材的類別1．碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)（簡(jiǎn)稱鋼號(hào)）有Q195、Q235A、B、C及D,Q275。其中的Q是屈服強(qiáng)度中屈字漢語(yǔ)拼音的字首，后接的阿拉伯字表示以N/mm2為單位屈服強(qiáng)度的大小，A、B、C或D等表示按質(zhì)量劃分的級(jí)別。最后還有一個(gè)表示脫氧方法的符號(hào)如F,Z或b。從Q195到Q275，是按強(qiáng)度由低到高排列的；鋼材強(qiáng)度主要由其中碳元素含量的多少來(lái)決定，但與其他一些元素的含量也有關(guān)系。所以，鋼號(hào)的由低到高在較大程度上代表了含碳量的由低到高。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2．低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過(guò)程中添加少量幾種合金元素使鋼的強(qiáng)度明顯提高，故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q345、Q39O和Q420是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的鋼種。其符號(hào)的含義和碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的含義相同。這三種鋼都包括A、B、C、D、E五種質(zhì)量等級(jí)，和碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣，不同質(zhì)量等級(jí)是按對(duì)沖擊韌性（夏比V型缺口試驗(yàn)）的要求區(qū)分的。A級(jí)無(wú)沖擊功要求；B級(jí)要求提供20℃沖擊功AKv≥34J（縱向）;C級(jí)要求提供0℃沖擊功AKV≥34J（縱向）;D級(jí)要求提供一20℃沖擊功AKv≥34J（縱向）;E級(jí)要求提供一40℃沖擊功AKv≥27J（縱向）。不同質(zhì)量等級(jí)對(duì)碳、硫、磷、鋁等含量的要求也有區(qū)別。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的A、B級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料3．高強(qiáng)鋼絲和鋼索材料懸索結(jié)構(gòu)和斜張拉結(jié)構(gòu)的鋼索、桅桿結(jié)構(gòu)的鋼絲繩等通常都采用由高強(qiáng)鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩。高強(qiáng)鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)過(guò)多次冷拔而成，分為光面鋼絲和鍍鋅鋼絲兩種類型。鋼絲強(qiáng)度的主要指標(biāo)是抗拉強(qiáng)度，其值在1570-1700N/mm2范圍內(nèi)，而屈服強(qiáng)度通常不作要求。高強(qiáng)鋼絲的伸長(zhǎng)率較小，最低為4%，但高強(qiáng)鋼絲（和鋼索）卻有一個(gè)不同于一般結(jié)構(gòu)鋼材的特點(diǎn)——松弛，即在保持長(zhǎng)度不變的情況下所承拉力隨時(shí)間延長(zhǎng)而略有降低。

第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料平行鋼絲束由7根、19根、37根或61根鋼絲組成，其截面見(jiàn)圖示。鋼絲束內(nèi)各鋼絲受力均勻，彈性模量接近一般受力鋼材。用來(lái)組成鋼絲束的鋼絲除圓形截面外，還有梯形和異形截面的鋼絲。鋼絞線亦稱單股鋼絲繩，由多根鋼絲捻成。鋼絲繩多由7股鋼絞線捻成，以一股鋼絞線為核心，外層的6股鋼絞線沿同一方向纏繞。

圖2.13平行鋼絲束的截面第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.14鋼絲繩的捻法及截面第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5.2鋼材的選擇選擇鋼材的目的是要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時(shí)用材經(jīng)濟(jì)合理。為此，在選擇鋼材時(shí)應(yīng)考慮下列各因素：1.結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；2.荷載性質(zhì)（靜載或動(dòng)載）;3.連接方法（焊接、鉚接或螺栓連接）;4.工作條件（溫度及腐蝕介質(zhì)）。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)、處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

Q235A鋼的保證項(xiàng)目中，碳含量、冷彎試驗(yàn)合格和沖擊韌性值并未作為必要的保證條件，所以只宜用于不直接承受動(dòng)力作用的結(jié)構(gòu)中。當(dāng)用于焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，其質(zhì)量證明書(shū)中應(yīng)注明碳含量不超過(guò)0.2%。當(dāng)選用Q235A、B級(jí)鋼時(shí)，還需要選定鋼材的脫氧方法。連接所用鋼材，如焊條、自動(dòng)或半自動(dòng)焊的焊絲及螺栓的鋼材應(yīng)與主體金屬的強(qiáng)度相適應(yīng)。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料2.5.3型鋼的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般宜直接選用型鋼，這樣可減少制造工作量，降低造價(jià)。型鋼尺寸不夠合適或構(gòu)件很大時(shí)則用鋼板制作。型鋼有熱軋及冷成型兩種。1．熱軋鋼板熱軋鋼板分厚板及薄板兩種，厚板的厚度為4.5-60mm(廣泛用來(lái)組成焊接構(gòu)件和連接鋼板)，薄板厚度為0.35-4mm(冷彎薄壁型鋼的原料)。在圖紙中鋼板用“-厚x寬x長(zhǎng)（單位為毫米）”前面附加鋼板橫斷面的方法表示，如：-12x800x2100等。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

2．熱軋型鋼角鋼——有等邊和不等邊兩種。等邊角鋼，以邊寬和厚度表示，如L100x10為肢寬100mm、厚10mm的等邊角鋼。不等邊角鋼，則以兩邊寬度和厚度表示，如L100x80x10等。槽鋼——我國(guó)槽鋼有兩種尺寸系列，即熱軋普通槽鋼與熱軋輕型槽鋼。前者的表示法如［30a，指槽鋼外廓高度為30cm且腹板厚度為最薄的一種；后者的表示法例如［25Q，表示外廓高度為25cm,Q是漢語(yǔ)拼音“輕”的拼音字首。同樣號(hào)數(shù)時(shí)，輕型者由于腹板薄及翼緣寬而薄，因而截面積小但回轉(zhuǎn)半徑大，能節(jié)約鋼材減少自重。不過(guò)輕型系列的實(shí)際產(chǎn)品較少。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料工字鋼——與槽鋼相同，也分成上述的兩個(gè)尺寸系列：普通型和輕型。與槽鋼一樣，工字鋼外輪廓高度的厘米數(shù)即為型號(hào)，普通型者當(dāng)型號(hào)較大時(shí)腹板厚度分a、b及c三種。輕型的由于壁厚已薄故不再按厚度劃分。兩種工字鋼表示法如：I32c,I32Q等。H型鋼和剖分T型鋼——熱軋H型鋼分為三類：寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼（HM）和窄翼緣H型鋼（HN）。H型鋼型號(hào)的表示方法是先用符號(hào)HW、HM和HN表示H型鋼的類別，后面加“高度（毫米）x寬度（毫米）”,例如HW300x300，即為截面高度為300mm，翼緣寬度為300mm的寬翼緣H型鋼。剖分T型鋼也分為三類，即：寬翼緣剖分T型鋼（TW）、中翼緣剖分T型鋼(TM）和窄翼緣剖分T型鋼(TN）。剖分T型鋼系由對(duì)應(yīng)的H型鋼沿腹板中部對(duì)等剖分而成。其表示方法與H型鋼類同。第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料圖2.15熱軋型材的截面第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料3．冷彎薄壁型鋼是用2-6mm厚的薄鋼板經(jīng)冷彎或模壓而成型的（如圖示）。壓型鋼板是近年來(lái)開(kāi)始使用的薄壁型材，所用鋼板厚度為0.4-2mm，用做輕型屋面等構(gòu)件。圖2.16冷彎型鋼的截面形式第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料熱軋型鋼的型號(hào)及截面幾何特性見(jiàn)書(shū)后附表1~附表6。薄壁型鋼的常用型號(hào)及截面幾何特性見(jiàn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018一2002的附錄。第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度第3章構(gòu)件的截面承載力

——強(qiáng)度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度梁的強(qiáng)度拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度主要內(nèi)容：重點(diǎn)：按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)構(gòu)件截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.1軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)用：主要承重結(jié)構(gòu)、平臺(tái)、支柱、支撐等截面形式

3.1.1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面選擇熱軋型鋼截面熱軋型鋼截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度

冷彎薄壁型鋼截面冷彎薄壁型鋼截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度型鋼和鋼板的組合截面實(shí)腹式組合截面格構(gòu)式組合截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度對(duì)截面形式的要求能提供強(qiáng)度所需要的截面積制作比較簡(jiǎn)便便于和相鄰的構(gòu)件連接截面開(kāi)展而壁厚較薄第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度承載極限：截面平均應(yīng)力達(dá)到fu

，但缺少安全儲(chǔ)備毛截面平均應(yīng)力達(dá)fy，結(jié)構(gòu)變形過(guò)大3.1.2軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度鋼材的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

計(jì)算準(zhǔn)則：毛截面平均應(yīng)力不超過(guò)fy

第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度應(yīng)力集中現(xiàn)象孔洞處截面應(yīng)力分布(a)彈性狀態(tài)應(yīng)力(b)極限狀態(tài)應(yīng)力第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：凈截面平均應(yīng)力不超過(guò)fy

設(shè)計(jì)公式：——鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值！對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算要考慮孔前傳力的影響。3.1.3軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算與軸心受拉一樣，一般其承載力由穩(wěn)定控制第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.2梁的類型和強(qiáng)度分類：3.2.1梁的類型鋼梁類型按制作方式分：型鋼梁和組合梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度楔形梁按梁截面沿長(zhǎng)度有無(wú)變化分：等截面梁和變截面梁蜂窩梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度雙向彎曲梁按受力情況分：?jiǎn)蜗驈澢汉碗p向彎曲梁(a)屋面檁條(b)吊車梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力梁基本原理：受拉側(cè)設(shè)置高預(yù)拉力的鋼筋，使梁受荷前反彎曲。制作、施工過(guò)程復(fù)雜。預(yù)應(yīng)力梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度梁的極限承載能力包括：截面的強(qiáng)度：彎、剪、扭及綜合效應(yīng)。構(gòu)件的整體穩(wěn)定板件的局部穩(wěn)定直接受重復(fù)荷載時(shí)，疲勞梁的應(yīng)用范圍：房屋建筑和橋梁工程。如樓蓋梁、平臺(tái)梁、吊車梁、檁條及大跨斜拉橋、懸索橋中的橋面梁等。第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度梁的正應(yīng)力：3.2.2梁的彎曲、剪切強(qiáng)度梁的M-ω曲線應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)圖第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度正應(yīng)力發(fā)展的四個(gè)階段：梁的正應(yīng)力分布(a)

彈性工作階段：疲勞計(jì)算、冷彎薄壁型鋼(b)彈塑性工作階段：一般受彎構(gòu)件(c)塑性工作階段：塑性鉸(d)應(yīng)變硬化階段：一般不利用第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度彈性工作階段Me=Wnfy塑性工作階段Mp=WpnfyWpn=S1n+S2n彈塑性階段F=Wp/W各階段最大彎矩：！對(duì)矩形截面F=1.5;圓形截面F=1.7;圓管截面F=1.27;工字形截面對(duì)軸在1.10和1.17之間第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度！截面塑性發(fā)展系數(shù)：

x和

y，取值1.0~1.2之間。如工字形截面

x

=1.05，

y=1.2；箱形截面

x=y=1.05截面簡(jiǎn)圖第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度GB50017計(jì)算公式：?jiǎn)蜗驈澢鷷r(shí)雙向彎曲時(shí)！對(duì)于

x和

y：

(1)疲勞計(jì)算取1.0;

(2)取1.0。第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度塑性設(shè)計(jì)時(shí)：GB50018計(jì)算公式：?jiǎn)蜗驈澢鷷r(shí)雙向彎曲時(shí)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度梁的剪應(yīng)力：彎曲剪應(yīng)力分布——鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值S——計(jì)算剪應(yīng)力處以上毛截面對(duì)中和軸的的面積矩第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.2.3梁的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)形式：自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)梁的扭轉(zhuǎn)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度自由扭轉(zhuǎn)對(duì)于矩形截面桿件，當(dāng)b>>t時(shí)矩形截面桿件的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力It——扭轉(zhuǎn)常數(shù)或扭轉(zhuǎn)慣性矩第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度對(duì)于矩形組合開(kāi)口薄壁截面薄板組合截面扭轉(zhuǎn)剪力和扭矩第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度對(duì)于熱軋型鋼開(kāi)口截面，考慮圓角影響系數(shù)k第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度對(duì)于閉口截面It≈1:500,

≈30:1閉合截面的循環(huán)剪力流截面面積相同的兩種截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度

約束扭轉(zhuǎn):翹曲變形受到約束的扭轉(zhuǎn)懸臂工字梁的約束扭轉(zhuǎn)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度扭矩平衡方程其中扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力分布上翼緣的內(nèi)力第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力

B——雙彎矩（雙力矩）對(duì)工形截面梁對(duì)冷彎槽鋼等非雙軸對(duì)稱梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.3.1

局部壓應(yīng)力3.3

梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力局部壓應(yīng)力作用第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度式中

——集中荷載增大系數(shù)，對(duì)重級(jí)工作制吊車梁取

=1.35，其他取

=1.0

lz——壓應(yīng)力分布長(zhǎng)度第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.3.2多種應(yīng)力的組合效應(yīng)一個(gè)截面上彎矩和剪力都較大時(shí)，需要考慮組合效應(yīng)梁的彎剪應(yīng)力組合第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度式中

1——

與

c異號(hào)時(shí)取1.2，同號(hào)時(shí)取1.1

當(dāng)橫向荷載不通過(guò)剪心時(shí)：驗(yàn)算公式：第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.4.1初選截面3.4按強(qiáng)度條件選擇梁截面型鋼梁HW4144051828，Wx=4490cm3，g=233kg/mHM5943021423，Wx=4620cm3，g=175kg/mHN6923001320，Wx=4980cm3，g=166kg/m第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度焊接組合截面梁

截面高度容許最大高度hmax容許最小高度hminhmin>=nl/6000經(jīng)濟(jì)高度hehmin≤h≤hmax，h≈he焊接梁截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度均布荷載作用下簡(jiǎn)支梁的最小高度hmin第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度

腹板高度hw

腹板高度hw比h略小。

腹板厚度tw抗剪

可取1.2~1.5局部穩(wěn)定焊接梁截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度翼緣尺寸b和t

所需截面模量為：初選時(shí)取h≈h1≈hw考慮局部穩(wěn)定，通常取b=25t，且h/2.5<b<h/6。焊接梁截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.4.2截面驗(yàn)算驗(yàn)算時(shí)要包含自重產(chǎn)生的效應(yīng)強(qiáng)度彎曲正應(yīng)力單向彎曲時(shí)雙向彎曲時(shí)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度剪應(yīng)力局部壓應(yīng)力折算應(yīng)力第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.4.3梁截面沿長(zhǎng)度的變化彎矩剪力加工因素不考慮整體穩(wěn)定變截面梁

變梁截面考慮的因素：兩種變化方式變截面高度變翼緣面積第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度變翼緣面積變翼緣寬度變翼緣厚度變寬度梁變高度梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度端部有正面角焊縫時(shí)：

hf≥0.75t,l1≥b；hf<0.75t,l1≥1.5b端部無(wú)正面角焊縫時(shí)：l1≥2b變翼緣厚度切斷外層翼緣板的梁第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.6.1拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用3.6拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和強(qiáng)度計(jì)算拉彎構(gòu)件應(yīng)用：屋架受節(jié)間力下弦桿承載能力極限狀態(tài)

截面出現(xiàn)塑性鉸(格構(gòu)式或冷彎薄壁型鋼為截面邊緣纖維屈服)、整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)正常使用極限狀態(tài)

剛度：限值長(zhǎng)細(xì)比拉彎構(gòu)件第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度截面形式熱軋型鋼截面冷彎薄壁型鋼截面組合截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度壓彎構(gòu)件應(yīng)用：廠房框架柱、多高層建筑框架柱、屋架上弦壓彎構(gòu)件截面形式雙軸對(duì)稱截面：同拉彎構(gòu)件單軸對(duì)稱截面：受彎矩較大時(shí)采用第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度壓彎構(gòu)件的單軸對(duì)稱截面第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度變截面壓彎構(gòu)件(a)階形柱(b)楔形柱變截面柱:高大廠房常用第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度壓彎構(gòu)件極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度:

端彎矩很大或截面有較大削弱平面內(nèi)彎曲失穩(wěn)平面外彎扭失穩(wěn)局部穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)

剛度:

限制長(zhǎng)細(xì)比壓彎構(gòu)件整體破壞形式強(qiáng)度破壞、彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度3.6.2拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算

強(qiáng)度極限狀態(tài)：

（靜載、實(shí)腹式構(gòu)件）

受力最不利截面出現(xiàn)塑性鉸時(shí)壓彎構(gòu)件截面的受力狀態(tài)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度截面出現(xiàn)塑性鉸時(shí)的應(yīng)力分布

強(qiáng)度計(jì)算公式推導(dǎo)：以矩形截面為例第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度引入：偏于安全且計(jì)算簡(jiǎn)便，以直線關(guān)系表示壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算相關(guān)曲線全截面屈服壓力全截面的塑性鉸彎矩則有第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則：邊緣屈服準(zhǔn)則：GB50018規(guī)范采用全截面屈服準(zhǔn)則：塑性設(shè)計(jì)部分發(fā)展塑性準(zhǔn)則：GB50017規(guī)范采用雙向壓彎（拉彎）構(gòu)件單向壓彎（拉彎）構(gòu)件GB50017規(guī)范規(guī)定：第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度截面塑性發(fā)展系數(shù)

x、

y值第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度續(xù)前表第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度準(zhǔn)則：凈截面的平均應(yīng)力不超過(guò)屈服強(qiáng)度規(guī)范公式梁的強(qiáng)度彎曲正應(yīng)力剪應(yīng)力扭轉(zhuǎn)局部壓應(yīng)力組合應(yīng)力本章內(nèi)容復(fù)習(xí)第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度彎曲正應(yīng)力四個(gè)工作階段設(shè)計(jì)準(zhǔn)則邊緣纖維屈服準(zhǔn)則全截面塑性準(zhǔn)則部分塑性發(fā)展準(zhǔn)則GB50017公式梁的剪應(yīng)力第3章構(gòu)件的截面承載力－強(qiáng)度梁的扭轉(zhuǎn)自由扭轉(zhuǎn)約束扭轉(zhuǎn)梁的局部應(yīng)力折算應(yīng)力按強(qiáng)度選擇梁截面的過(guò)程拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度準(zhǔn)則：受力最不利的截面出現(xiàn)塑性鉸規(guī)范：考慮部分塑性發(fā)展第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性第4章單個(gè)構(gòu)件的承載能力

——穩(wěn)定性穩(wěn)定問(wèn)題的一般特點(diǎn)軸心受力構(gòu)件的整體穩(wěn)定性實(shí)腹式和格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算受彎構(gòu)件的彎扭失穩(wěn)壓彎構(gòu)件的面內(nèi)和面外穩(wěn)定性及截面選擇計(jì)算板件的穩(wěn)定和屈曲后強(qiáng)度的利用主要內(nèi)容：重點(diǎn)：軸心受力構(gòu)件、梁及拉彎、壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算。第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.1穩(wěn)定問(wèn)題的一般特點(diǎn)一、傳統(tǒng)的分類：1)分枝點(diǎn)（分岔）失穩(wěn)：特點(diǎn)是在臨界狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）從初始的平衡位形突變到與其臨近的另一個(gè)平衡位形，表現(xiàn)出平衡位形的分岔現(xiàn)象。2)極值點(diǎn)失穩(wěn)：特點(diǎn)是沒(méi)有平衡位形的分岔，臨界狀態(tài)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）不能繼續(xù)承受荷載增量。4.1.1失穩(wěn)的類別第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性二、按屈曲后性能分類：1）穩(wěn)定分岔屈曲穩(wěn)定分岔屈曲4.1.1失穩(wěn)的類別第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2）不穩(wěn)定分岔屈曲不穩(wěn)定分岔屈曲4.1.1失穩(wěn)的類別第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性3）躍越屈曲躍越屈曲4.1.1失穩(wěn)的類別第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性二者的區(qū)別：一階分析：認(rèn)為結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的變形比起其幾何尺寸來(lái)說(shuō)很小，在分析結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）內(nèi)力時(shí)，忽略變形的影響。二階分析：考慮結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）變形對(duì)內(nèi)力分析的影響。同時(shí)承受縱橫荷載的構(gòu)件4.1.2一階和二階分析第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性有兩種方法可以用來(lái)確定構(gòu)件的穩(wěn)定極限承載能力：一、簡(jiǎn)化方法：1）切線模量理論2）折算模量理論二、數(shù)值方法：1）數(shù)值積分法2）有限單元法4.1.3穩(wěn)定極限承載能力第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性1）穩(wěn)定問(wèn)題的多樣性2）穩(wěn)定問(wèn)題的整體性3）穩(wěn)定問(wèn)題的相關(guān)性4.1.4穩(wěn)定問(wèn)題的多樣性、整體性和相關(guān)性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性1.殘余應(yīng)力的測(cè)量及其分布A、產(chǎn)生的原因

①焊接時(shí)的不均勻加熱和冷卻；

②型鋼熱扎后的不均勻冷卻；

③板邊緣經(jīng)火焰切割后的熱塑性收縮；

④構(gòu)件冷校正后產(chǎn)生的塑性變形。4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性B、殘余應(yīng)力的測(cè)量方法：鋸割法鋸割法測(cè)定殘余應(yīng)力的順序4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性實(shí)測(cè)的殘余應(yīng)力分布較復(fù)雜而離散，分析時(shí)常采用其簡(jiǎn)化分布圖（計(jì)算簡(jiǎn)圖）：典型截面的殘余應(yīng)力4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2.從短柱段看殘余應(yīng)力對(duì)壓桿的影響以雙軸對(duì)稱工字型鋼短柱為例：殘余應(yīng)力對(duì)短柱段的影響4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性顯然,由于殘余應(yīng)力的存在導(dǎo)致比例極限降為:

—截面中絕對(duì)值最大的殘余應(yīng)力。根據(jù)壓桿屈曲理論，當(dāng)或時(shí)，可采用歐拉公式計(jì)算臨界應(yīng)力；4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性當(dāng)或時(shí)，截面出現(xiàn)塑性區(qū)，由切線模量理論知，柱屈曲時(shí),截面不出現(xiàn)卸載區(qū)，塑性區(qū)應(yīng)力不變而變形增加,微彎時(shí)截面的彈性區(qū)抵抗彎矩，因此,用截面彈性區(qū)的慣性矩Ie代替全截面慣性矩I，即得柱的臨界應(yīng)力：4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性仍以忽略腹板的雙軸對(duì)稱工字鋼柱為例，推求臨界應(yīng)力：當(dāng)σ>fp=fy-σrc時(shí)，截面出現(xiàn)塑性區(qū)，應(yīng)力分布如圖4.7(d)。柱屈曲可能的彎曲形式有兩種：沿強(qiáng)軸（x軸）和沿弱軸（y軸）,因此，臨界應(yīng)力為：4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性顯然，殘余應(yīng)力對(duì)弱軸的影響要大于對(duì)強(qiáng)軸的影響（k<1）。根據(jù)力的平衡條件再建立一個(gè)截面平均應(yīng)力的計(jì)算公式：聯(lián)立以上各式，可以得到與長(zhǎng)細(xì)比λx和λy對(duì)應(yīng)的屈曲應(yīng)力σx和σy。4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性可將其畫(huà)成無(wú)量綱曲線，如右（c）：縱坐標(biāo)是屈曲應(yīng)力與屈服強(qiáng)度的比值，橫坐標(biāo)是正則化長(zhǎng)細(xì)比。軸心受壓柱σcr－λ無(wú)量綱曲線4.2.1縱向殘余應(yīng)力對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.2構(gòu)件初彎曲對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響假定：兩端鉸支壓桿的初彎曲曲線為：式中：υ0—長(zhǎng)度中點(diǎn)最大撓度。令:N作用下的撓度的增加值為y，由力矩平衡得:將式代入上式，得:具有初彎曲的軸心壓桿第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性桿長(zhǎng)中點(diǎn)總撓度為：根據(jù)上式，可得理想無(wú)限彈性體的壓力撓度曲線如右圖所示。實(shí)際壓桿并非無(wú)限彈性體，當(dāng)N達(dá)到某值時(shí)，在N和N?v的共同作用下，截面邊緣開(kāi)始屈服，進(jìn)入彈塑性階段，其壓力—撓度曲線如虛線所示。具有初彎曲壓桿的壓力撓度曲線4.2.2構(gòu)件初彎曲對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性微彎狀態(tài)下建立微分方程：解微分方程，即得：所以，壓桿長(zhǎng)度中點(diǎn)（x=l/2）最大撓度υ：具有初偏心的軸心壓桿4.2.3

構(gòu)件初偏心對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性其壓力—撓度曲線如圖：曲線的特點(diǎn)與初彎曲壓桿相同，只不過(guò)曲線過(guò)圓點(diǎn)，可以認(rèn)為初偏心與初彎曲的影響類似，但其影響程度不同，初偏心的影響隨桿長(zhǎng)的增大而減小，初彎曲對(duì)中等長(zhǎng)細(xì)比桿件影響較大。有初偏心壓桿的壓力撓度曲線4.2.3

構(gòu)件初偏心對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性實(shí)際壓桿并非全部鉸接，對(duì)于任意支承情況的壓桿，其臨界力為：式中：lo—桿件計(jì)算長(zhǎng)度；

μ—計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，取值見(jiàn)課本表4－3（p95）。4.2.4

桿端約束對(duì)軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.5

軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算（彎曲屈曲）1.

軸心受壓柱的實(shí)際承載力實(shí)際軸心受壓柱不可避免地存在幾何缺陷和殘余應(yīng)力，同時(shí)柱的材料還可能不均勻。軸心受壓柱的實(shí)際承載力取決于柱的長(zhǎng)度和初彎曲，柱的截面形狀和尺寸以及殘余應(yīng)力的分布與峰值。壓桿的壓力撓度曲線第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.5

軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算（彎曲屈曲）軸心受壓柱按下式計(jì)算整體穩(wěn)定：式中N

軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值；

A

構(gòu)件的毛截面面積；

軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；

f

鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.5

軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算（彎曲屈曲）2.列入規(guī)范的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)

3.軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)的表達(dá)式軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.6

軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲軸心受壓構(gòu)件的屈曲形態(tài)除彎曲屈曲外(下圖a所示)，亦可呈扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲(下圖b，c所示)。軸心受壓構(gòu)件的屈曲形態(tài)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.6

軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲1.

扭轉(zhuǎn)屈曲十字形截面第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，兩端鉸支且翹曲無(wú)約束的桿件，其扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力，可由下式計(jì)算：

i0—截面關(guān)于剪心的極回轉(zhuǎn)半徑。引進(jìn)扭轉(zhuǎn)屈曲換算長(zhǎng)細(xì)比

z

：4.2.6

軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.2.6

軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲2.

彎扭屈曲單軸對(duì)稱截面第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性開(kāi)口截面的彎扭屈曲臨界力Nxz

，可由下式計(jì)算：NEx為關(guān)于對(duì)稱軸x的歐拉臨界力。引進(jìn)彎扭屈曲換算長(zhǎng)細(xì)比

xz：4.2.6

軸心受壓構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3

實(shí)腹式柱和格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算1.實(shí)腹式軸心壓桿的截面形式2.實(shí)腹式軸心壓桿的計(jì)算步驟

(1)假定桿的長(zhǎng)細(xì)比；

(2)確定截面各部分的尺寸；

(3)計(jì)算截面幾何特性，按驗(yàn)算桿的整體穩(wěn)定；

(4)當(dāng)截面有較大削弱時(shí)，還應(yīng)驗(yàn)算凈截面的強(qiáng)度；

(5)剛度驗(yàn)算。

4.3.1實(shí)腹式柱的截面選擇計(jì)算第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算1.

格構(gòu)式軸心壓桿的組成在構(gòu)件的截面上與肢件的腹板相交的軸線稱為實(shí)軸，如圖中前三個(gè)截面的y軸，與綴材平面相垂直的軸線稱為虛軸，如圖中前三個(gè)截面的的x軸。截面形式第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算肢件綴材格構(gòu)柱組成第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算2.

剪切變形對(duì)虛軸穩(wěn)定性的影響雙肢格構(gòu)式構(gòu)件對(duì)虛軸的換算長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算公式：綴條構(gòu)件

綴板構(gòu)件

x

整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比；

A

整個(gè)構(gòu)件的橫截面的毛面積；

A1x

構(gòu)件截面中垂直于x軸各斜綴條的毛截面面積之和；

1

單肢對(duì)平行于虛軸的形心軸的長(zhǎng)細(xì)比。第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算3.

桿件的截面選擇

對(duì)實(shí)軸的穩(wěn)定和實(shí)腹式壓桿那樣計(jì)算，即可確定肢件截面的尺寸。肢件之間的距離是根據(jù)對(duì)實(shí)軸和虛軸的等穩(wěn)定條件

0x=

y確定的。可得：或第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算算出需要的

x和ix=l0x／

x以后，可以利用附表14中截面回轉(zhuǎn)半徑與輪廓尺寸的近似關(guān)系確定單肢之間的距離。綴條式壓桿：要預(yù)先給定綴條的截面尺寸，且單肢的長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)不超過(guò)桿件最大長(zhǎng)細(xì)比的0.7倍。綴板式壓桿：要預(yù)先假定單肢的長(zhǎng)細(xì)比

1

，且單肢的長(zhǎng)細(xì)比

1不應(yīng)大于40，且不大于桿件最大長(zhǎng)細(xì)比的0.5倍(當(dāng)

max<50時(shí)取

max=50)。第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算4.

格構(gòu)式壓桿的剪力規(guī)范在規(guī)定剪力時(shí)，以壓桿彎曲至中央截面邊緣纖維屈服為條件，導(dǎo)出最大剪力V和軸線壓力N之間的關(guān)系，簡(jiǎn)化為：設(shè)計(jì)綴材及其連接時(shí)認(rèn)為剪力沿桿全長(zhǎng)不變化。軸心壓桿剪力第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算5.綴材設(shè)計(jì)對(duì)于綴條柱，將綴條看作平行弦桁架的腹桿進(jìn)行計(jì)算。綴條的內(nèi)力Nt為:

Vb

分配到一個(gè)綴材面的剪力。

n

承受剪力Vb的斜綴條數(shù)綴條計(jì)算簡(jiǎn)圖第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.3.2格構(gòu)式柱的截面選擇計(jì)算對(duì)于綴板柱，將綴板看作綴板和肢件組成多層剛架進(jìn)行計(jì)算。綴板所受的內(nèi)力為：剪力

T=Vbl／a

彎矩(與肢件連接處)

M=Vbl／2

綴板計(jì)算簡(jiǎn)圖第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.4

受彎構(gòu)件的彎扭失穩(wěn)4.4.1

梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定的現(xiàn)象梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定現(xiàn)象第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.4.2

梁的臨界荷載下面就下圖所示在均勻彎矩(純彎曲)作用下的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析。說(shuō)明臨界荷載的求解方法梁的微小變形狀態(tài)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性依梁到達(dá)臨界狀態(tài)發(fā)生微小側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)的情況來(lái)建立平衡關(guān)系。按照材料力學(xué)中彎矩與曲率符號(hào)關(guān)系和內(nèi)外扭矩間的平衡關(guān)系，可以寫(xiě)出如下的三個(gè)微分方程：4.4.2

梁的臨界荷載第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性解上述微分方程，可求得梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定時(shí)的彎矩Mx

，此值即為梁的臨界彎矩Mcr

由上式可見(jiàn)，臨界彎矩值和梁的側(cè)向彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度以及翹曲剛度都有關(guān)系，也和梁的跨長(zhǎng)有關(guān)。4.4.2

梁的臨界荷載第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性單軸對(duì)稱截面簡(jiǎn)支梁(下圖)在不同荷載作用下的一般情況，依彈性穩(wěn)定理論可導(dǎo)得其臨界彎矩的通用計(jì)算公式：?jiǎn)屋S對(duì)稱截面4.4.2

梁的臨界荷載第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)對(duì)于雙軸對(duì)稱工字形截面簡(jiǎn)支梁，在純彎曲作用下，其臨界彎矩為：

可改寫(xiě)為：

第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性在修訂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，引用：式中A

梁的毛截面面積；

t1

梁受壓翼緣板的厚度；

h

梁截面的全高度。4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性并以E=206

103N／mm2及E／G=2.6代入臨界彎矩公式，可以得到臨界彎矩為：臨界應(yīng)力

cr

為：式中Wx

按受壓翼緣確定的毛截面抵抗矩。

4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性保證梁不喪失整體穩(wěn)定，應(yīng)使梁受壓翼緣的最大應(yīng)力小于臨界應(yīng)力

cr

除以抗力分項(xiàng)系數(shù)

R

，即：取梁的整體穩(wěn)定系數(shù)

b為：有：4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性即：此式即為規(guī)范中梁的整體穩(wěn)定計(jì)算公式。由前面知：將Q235鋼的fy

=235N／mm2代入4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性得到穩(wěn)定系數(shù)的近似值為：對(duì)于屈服強(qiáng)度f(wàn)y

不同于235N／mm2的鋼材，有：4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性對(duì)于單軸對(duì)稱焊接工字形截面簡(jiǎn)支梁的一般情況，梁整體穩(wěn)定系數(shù)

b的計(jì)算公式可以寫(xiě)為如下的形式：式中

b

工字形截面簡(jiǎn)支梁的等效彎矩系數(shù)；

b

截面不對(duì)稱影響系數(shù)：雙軸對(duì)稱工字形截面取

b=0，加強(qiáng)受壓翼緣的工字形截面取

b=0.8(2

b

1)，加強(qiáng)受拉翼緣的工字形截面取

b=2

b

1；

b=I1/(I1+I2)，I1和I2分別為受壓翼緣和受拉翼緣對(duì)y軸的慣性矩。

4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性上述公式都是按照彈性工作階段導(dǎo)出的。對(duì)于鋼梁，當(dāng)考慮殘余應(yīng)力影響時(shí)，可取比例極限fp=0.6fy

。因此，當(dāng)

cr>0.6fy

，即當(dāng)算得的穩(wěn)定系數(shù)

b>0.6時(shí)，梁已進(jìn)入了彈塑性工作階段，其臨界彎矩有明顯的降低。此時(shí)，應(yīng)按下式對(duì)穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行修正：

b

=1.07-0.282/

b

1.0

進(jìn)而用修正所得系數(shù)

b

代替

b作整體穩(wěn)定計(jì)算。

4.4.3整體穩(wěn)定系數(shù)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.4.4整體穩(wěn)定系數(shù)

b值的近似計(jì)算對(duì)于受均布彎矩(純彎曲)作用的構(gòu)件，當(dāng)

y

120(235/fy)1/2時(shí)，其整體穩(wěn)定系數(shù)

b

可按下列近似公式計(jì)算：1．工字形截面

雙軸對(duì)稱時(shí)：

單軸對(duì)稱時(shí)：第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2.T形截面(彎矩作用在對(duì)稱軸平面，繞x軸)

彎矩使翼緣受壓時(shí)：

雙角鋼組成的T形截面剖分T型鋼板組成的T形截面彎矩使翼緣受拉且腹板寬厚比不大于時(shí)4.4.4整體穩(wěn)定系數(shù)

b值的近似計(jì)算第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.4.5

整體穩(wěn)定性的保證符合下列任一情況時(shí)，不必計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性。1．有鋪板(各種鋼筋混凝土板和鋼板)密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí)；2．H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度l1與其寬度b1之比不超過(guò)下表所規(guī)定的數(shù)值時(shí)側(cè)向有支撐點(diǎn)的梁第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性鋼號(hào)跨中無(wú)側(cè)向支撐點(diǎn)的梁跨中受壓翼緣有側(cè)向支撐點(diǎn)的梁無(wú)論荷載作用于何處荷載作用在上翼緣荷載作用于下翼緣Q23513.020.016.0Q34510.516.513.0Q39010.015.512.5Q4209.515.012.0H型鋼或工字形截面簡(jiǎn)支梁不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值4.4.5

整體穩(wěn)定性的保證第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性3．箱形截面簡(jiǎn)支梁，其截面尺寸滿足h／b0≤6，且l1／b0不超過(guò)95(235/fy)時(shí)，不必計(jì)算梁的整體穩(wěn)定性。箱形截面梁4.4.5

整體穩(wěn)定性的保證第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性對(duì)于不符合上述任一條件的梁，則應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性的計(jì)算。在最大剛度主平面內(nèi)彎曲的構(gòu)件，應(yīng)按下式驗(yàn)算整體穩(wěn)定性：在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎曲作用的工字形截面構(gòu)件，應(yīng)按下式計(jì)算整體穩(wěn)定性：4.4.5

整體穩(wěn)定性的保證第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.5

壓彎構(gòu)件的面內(nèi)和面外穩(wěn)定性及截面選擇計(jì)算

4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性1.

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的失穩(wěn)現(xiàn)象壓彎構(gòu)件的M-υ曲線第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2.在彎矩作用平面內(nèi)壓彎構(gòu)件的彈性性能對(duì)于在兩端作用有相同彎矩的等截面壓彎構(gòu)件，如下圖所示，在軸線壓力N和彎矩M的共同作用下等彎矩作用的壓彎構(gòu)件4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性取出隔離體，建立平衡方程：求解可得構(gòu)件中點(diǎn)的撓度為：由三角級(jí)數(shù)有：4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性構(gòu)件的最大彎矩為：其中NE=

2EI／l2，為歐拉力。如果近似地假定構(gòu)件的撓度曲線與正弦曲線的半個(gè)波段相一致，即y=vsin

x／l，則有：

那么最大彎矩為：4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性上兩式中的

和

都稱為在壓力作用下的彎矩放大系數(shù)，用于考慮軸壓力引起的附加彎矩。而后一個(gè)公式的應(yīng)用更為方便。對(duì)于其它荷載作用的壓彎構(gòu)件，也可用與有端彎矩的壓彎構(gòu)件相同的方法先建立平衡方程，然后求解。幾種常用的壓彎構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果及等效彎矩系數(shù)列于下表中，比值

m=Mmax/

M或Mmax／

M1稱為等效彎矩系數(shù)，利用這一系數(shù)就可以在面內(nèi)穩(wěn)定的計(jì)算中把各種荷載作用的彎矩分布形式轉(zhuǎn)化為均勻受彎來(lái)看待。4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性壓彎構(gòu)件的最大彎矩與等效彎矩系數(shù)

4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性3.

實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的承載能力由于實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面失穩(wěn)時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了塑性，前面的彈性平衡微分方程不再適用。計(jì)算實(shí)腹式壓彎構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定承載力通常有兩種方法：近似法數(shù)值積分法4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.

實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算的實(shí)用計(jì)算公式

對(duì)于單軸對(duì)稱截面的壓彎構(gòu)件，除進(jìn)行平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算外，還應(yīng)按下式補(bǔ)充驗(yàn)算4.5.1

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性1.

雙軸對(duì)稱工字形截面壓彎構(gòu)件的彈性彎扭屈曲臨界力

雙軸對(duì)稱工字形截面壓彎構(gòu)件彎扭屈曲第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性取出隔離體，建立平衡方程：引入邊界條件：在z=0和z=l處，u=

=u

=

=0

聯(lián)立求解，得到彎扭屈曲的臨界力Ncr

的計(jì)算方程：4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性其解為：此式是構(gòu)件在彈性階段發(fā)生彎扭屈曲的臨界荷載，若構(gòu)件在彈塑性階段發(fā)生彎扭屈曲，則需要對(duì)構(gòu)件的截面抗彎剛度EIx

、EIy

，翹曲剛度EI

和自由扭轉(zhuǎn)剛度GIt

，作適當(dāng)改變，求解過(guò)程比較復(fù)雜。4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2.

單軸對(duì)稱工字形截面壓彎構(gòu)件的彈性彎扭屈曲臨界力單軸對(duì)稱工字形截面壓彎構(gòu)件彎扭屈曲4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性由彈性穩(wěn)定理論可以得到這類壓彎構(gòu)件的彈性彎扭屈曲臨界力的計(jì)算公式為：式中：

i02=(Ix+Iy)/A+a2

4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性3.

實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的實(shí)用計(jì)算公式

4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性N/NEy和M/Mcr的相關(guān)曲線第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性

N/NEy+M/Mcr=1

規(guī)范采用了此式作為設(shè)計(jì)壓彎構(gòu)件的依據(jù)，同時(shí)考慮到不同的受力條件，在公式中引進(jìn)了非均勻彎矩作用的等效彎矩系數(shù)

tx

。

式中：

b為均勻彎矩作用時(shí)構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，即4.1節(jié)中梁的整體穩(wěn)定系數(shù)。4.5.2

壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.5.3

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)1.在彎矩作用平面內(nèi)格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的受力性能和計(jì)算格構(gòu)式壓彎構(gòu)件對(duì)虛軸的彎曲失穩(wěn)采用以截面邊緣纖維開(kāi)始屈服作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的計(jì)算公式。

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件計(jì)算簡(jiǎn)圖第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性2.

單肢計(jì)算單肢進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。分肢的軸線壓力按計(jì)算簡(jiǎn)圖確定。單肢1N1=Mx/a+Nz2/a單肢2N2=N

N1

單肢計(jì)算簡(jiǎn)圖4.5.3

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性3.

構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性對(duì)于彎矩繞虛軸作用的壓彎構(gòu)件，不必再計(jì)算整個(gè)構(gòu)件在平面外的穩(wěn)定性。如果彎矩繞實(shí)軸作用，其彎矩作用平面外的穩(wěn)定性和實(shí)腹式閉合箱形截面壓彎構(gòu)件一樣驗(yàn)算，但系數(shù)

y應(yīng)按換算長(zhǎng)細(xì)比

0x確定，而系數(shù)

b應(yīng)取1.0，且對(duì)彎矩項(xiàng)乘以系數(shù)

0.7。4.5.3

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.

綴材計(jì)算構(gòu)件式壓彎構(gòu)件的綴材應(yīng)按構(gòu)件的實(shí)際剪力和按式

所得的剪力取兩者中較大值計(jì)算，計(jì)算方法和格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件綴材的計(jì)算相同。4.5.3

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.6

板件的穩(wěn)定和屈曲后強(qiáng)度的利用

4.6.1

軸心受壓構(gòu)件的板件穩(wěn)定1.

均勻受壓板件的屈曲現(xiàn)象軸心受壓柱局部屈曲變形軸心受壓構(gòu)件翼緣的凸曲現(xiàn)象第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性4.6.1

軸心受壓構(gòu)件的板件穩(wěn)定2.

均勻受壓板件的屈曲應(yīng)力(1)板件的彈性屈曲應(yīng)力

四邊簡(jiǎn)支的均勻受壓板屈曲第四章單個(gè)構(gòu)件的承載能力—穩(wěn)定性在彈性狀態(tài)屈曲時(shí)，單位寬度板的力平衡方程是：式中w

板件屈曲以后任一點(diǎn)的撓度；

Nx

單位寬度板所承受的壓力；

D