鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

1、構(gòu)件截面承載力強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、1、軸向受力構(gòu)件的截面強(qiáng)度和剛度2、梁型和強(qiáng)度3、梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力4、根據(jù)強(qiáng)度條件選擇梁截面5、拉彎和壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和強(qiáng)度計(jì)算、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、3.1.1軸向受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式、3.1截面形式、軸向受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，指通過截面質(zhì)心軸承受軸向力的構(gòu)件。包括軸向受拉構(gòu)件(軸向拉桿)和軸向受壓構(gòu)件(軸向壓桿)。圖3.1軸向受壓構(gòu)件的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)，如桁架和網(wǎng)格中的構(gòu)件、工業(yè)建筑和高層鋼結(jié)構(gòu)的支撐以及操作平臺(tái)和其他結(jié)構(gòu)的支柱。第3章，構(gòu)件截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，圖3.2柱形，支撐屋頂、地板或工作平臺(tái)的垂直受壓構(gòu)件通常稱為柱。柱由三部分組成：

2、柱頭、柱身和柱腳。傳力方式：上部結(jié)構(gòu)的柱頭和柱腳基礎(chǔ)，實(shí)心腹桿和格構(gòu)構(gòu)件，實(shí)心腹桿具有整體連接的截面。格狀構(gòu)件通常由兩個(gè)或多個(gè)由詞綴連接的分支組成。雙肢網(wǎng)格構(gòu)件被廣泛使用。第三章，構(gòu)件的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，a)型鋼；b)堅(jiān)實(shí)的腹部結(jié)合部；c)網(wǎng)格復(fù)合截面，如圖3.3所示，軸向受力構(gòu)件的截面形式。與格構(gòu)構(gòu)件相比，實(shí)心腹桿結(jié)構(gòu)更簡單，制造更方便，整體受力和抗剪性能更好，但截面尺寸越大，用鋼量越大；然而，網(wǎng)格構(gòu)件易于在兩個(gè)主軸上實(shí)現(xiàn)相等的穩(wěn)定性，具有更高的剛度、更好的扭轉(zhuǎn)性能和更少的材料消耗。構(gòu)件截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、圖3.4柱形、網(wǎng)格構(gòu)件、實(shí)軸和虛軸。在格構(gòu)構(gòu)件截面中，穿過肢腹板的主軸

3、稱為實(shí)軸，穿過肢扣件的主軸稱為虛軸。板條和板條通常布置在翼緣兩側(cè)的平面中，它們的功能是將翼連接成一個(gè)整體，從而它們被壓在一起并承受圍繞假想軸彎曲時(shí)產(chǎn)生的剪切力。板條由斜桿或斜桿和橫桿組成，與翼緣形成桁架體系；鋼板通常用作板條，形成帶有翼緣的剛性框架系統(tǒng)。構(gòu)件的截面強(qiáng)度、網(wǎng)格構(gòu)件的常見截面形式、節(jié)點(diǎn)板等。n軸向力設(shè)計(jì)值；組件的總橫截面積；鋼的抗拉或抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。3.1.2軸向受載構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，1。全截面平均應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度的未受損構(gòu)件的強(qiáng)度極限狀態(tài)。在設(shè)計(jì)中，作用在軸向受力構(gòu)件上的外力n應(yīng)滿足以下要求：第三章，構(gòu)件的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，2，彈性階段帶孔的不均勻應(yīng)力分布等。極限狀態(tài)下凈

4、截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。極限強(qiáng)度狀態(tài)是凈截面的平均應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)中，(3-1)、AN構(gòu)件的凈截面面積、第三章構(gòu)件的截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、3.1.3軸向受力構(gòu)件的剛度計(jì)算(正常使用極限狀態(tài))P185、軸向受力構(gòu)件的剛度通常用長細(xì)比來衡量，且越大越小。如果長細(xì)比太大，部件容易因自重而彎曲，在動(dòng)態(tài)載荷下振動(dòng)，并在運(yùn)輸和安裝過程中彎曲。因此，構(gòu)件的長細(xì)比不應(yīng)超過設(shè)計(jì)中規(guī)定的允許長細(xì)比。最不利方向最大構(gòu)件的最大長細(xì)比；l0的計(jì)算長度取決于兩端的支撐條件；一、回轉(zhuǎn)半徑；允許長細(xì)比見P185表6.1和表6.2。第三章，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，軸向受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，1。截面不變?nèi)酰??？兹趸?，軸向

5、加載構(gòu)件栓接時(shí)最危險(xiǎn)凈截面的計(jì)算，軸向加載構(gòu)件剛度的計(jì)算(正常使用的極限狀態(tài))，第三章構(gòu)件截面強(qiáng)度和截面特性的計(jì)算。橫截面積：上、下翼緣和腹板的橫截面積之和，以及中性軸(質(zhì)心)位置：根據(jù)整個(gè)截面對某一軸的面積矩等于每個(gè)板對該軸的面積矩之和來計(jì)算。慣性矩：每個(gè)板的慣性矩加上每個(gè)板的面積乘以從板中心到中性軸的距離的平方。圖3.6截面特性的計(jì)算，第3章構(gòu)件的截面強(qiáng)度，每個(gè)點(diǎn)的阻力矩：慣性矩除以從該點(diǎn)到中性軸的距離。每個(gè)點(diǎn)的面積矩：該點(diǎn)和軸線上方(或下方)的橫截面面積的面積矩。如果根據(jù)B點(diǎn)以下的面積矩計(jì)算，中性軸以上的部分取負(fù)值，后面的部分取正值。圖3.6截面特性計(jì)算，第三章部件的截面強(qiáng)度，例3.1圖

6、3.1所示為帶有中間工作起重機(jī)的廠房。嘗試計(jì)算拉桿能承受的最大拉力和最大允許計(jì)算長度。鋼是Q235鋼。(c)，示例的圖3.1，第3章中部件的截面強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)為210010，a=219.26cm2，an=2 (1926-2010)=3452mm2，ani=2(245 402 1002-220)10=3150 mm2。Lox=IX=35030.5=10675 mm，Loy=Iy=35045.2=15820 mm，解決方案：例3.1圖(b)，第三章，構(gòu)件截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，僅承受彎矩或彎矩和剪力的相互作用。3.2梁的類型和強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)中的受彎構(gòu)件主要以梁的形式出現(xiàn)，主要因彎曲和扭轉(zhuǎn)而彎曲或變形的構(gòu)

7、件稱為梁。梁是鋼結(jié)構(gòu)中廣泛使用的基本構(gòu)件。例如，建筑物中的地板梁、墻梁、檁條、吊車梁和工作平臺(tái)梁。第三章是成員的截面強(qiáng)度。1.梁的強(qiáng)度計(jì)算主要包括彎曲、剪切、局部壓應(yīng)力和轉(zhuǎn)換應(yīng)力。2.剛度主要是控制最大撓度不超過根據(jù)應(yīng)力和使用要求規(guī)定的允許值。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則3.2.1根據(jù)彎曲變形情況劃分梁的類型和梁格布置：單向受彎構(gòu)件在一個(gè)主軸平面內(nèi)彎曲，雙向受彎構(gòu)件在兩個(gè)主軸平面內(nèi)彎曲；1根據(jù)支撐條件劃分梁的類型：一般采用簡支梁、連續(xù)梁和懸臂梁，制作簡單，安裝方便。無論是哪種支撐梁，當(dāng)截面內(nèi)力已知時(shí)，截面設(shè)計(jì)的原則和方法是一樣的。鋼結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、圖3.7梁的截面形式、熱軋鋼梁(

8、a)焊接組合截面梁(b)冷彎薄壁鋼梁(c)空心截面梁(d)組合梁(e)、梁的截面形式、第三章構(gòu)件的截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、1抗彎強(qiáng)度、圖3.8各荷載階段梁截面正應(yīng)力分布、3.2.2受彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度、 彈性階段構(gòu)件邊緣纖維的最大應(yīng)力為：第三章中Wnx截面繞X軸的凈截面模量、構(gòu)件截面強(qiáng)度、當(dāng)最大應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)fy時(shí)，為梁彈性工作的極限狀態(tài)，其彈性極限彎矩(屈服彎矩)My，所有截面均進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力分布為矩形。 最大彎矩稱為塑性彎矩MP、WP截面相對于X軸的塑性模量和xp截面繞X軸的塑性系數(shù)。在鋼梁設(shè)計(jì)中，如果根據(jù)截面的完全塑性進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以節(jié)省鋼材，但變形比較大，會(huì)影響正常使用因此，規(guī)范規(guī)

9、定，通過限制塑性發(fā)展區(qū)，可以有限地使用塑性，一般A在H/8和H/4之間。構(gòu)件截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、塑性發(fā)展系數(shù)與截面形狀有關(guān)，但與材料性能無關(guān)，故又稱截面形狀系數(shù)。不同截面形式的塑性發(fā)展系數(shù)見表3-3 P79。梁的抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足Mx和My梁截面中x和y軸周圍最大彎矩的設(shè)計(jì)值；Wnx和Wny截面相對于x軸和y軸的凈截面模量；x和y截面相對于x和y軸的有限塑性發(fā)展系數(shù)小于：鋼的彎曲設(shè)計(jì)強(qiáng)度；第三章構(gòu)件截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、根據(jù)局部穩(wěn)定的要求，當(dāng)梁的自由外伸寬度與受壓翼緣厚度之比大于但不大于時(shí)，塑性發(fā)展將對翼緣的局部穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，其值應(yīng)為x1.0。對于需要計(jì)算疲勞的梁，由于有一個(gè)塑性區(qū)較

10、深的截面，塑性區(qū)的鋼材容易硬化，導(dǎo)致提前疲勞斷裂，因此應(yīng)取x=y=1.0。鋼結(jié)構(gòu)的截面強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則在構(gòu)件的截面上有一個(gè)特殊的點(diǎn)。當(dāng)外力產(chǎn)生的剪切力作用在這一點(diǎn)上時(shí)，構(gòu)件只產(chǎn)生線性位移，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這個(gè)點(diǎn)被稱為構(gòu)件的剪切中心，也稱為彎曲中心。1.剪切中心，2。剪切強(qiáng)度。如果梁沒有穿過剪切中心，它將在彎曲時(shí)扭曲。因?yàn)榕まD(zhuǎn)是圍繞剪切中心進(jìn)行的，所以S點(diǎn)也稱為扭轉(zhuǎn)中心。剪切中心的位置只與截面的形狀和大小有關(guān)，與外荷載無關(guān)。剪切中心位置的一些簡單規(guī)律(1)雙對稱軸截面和點(diǎn)對稱截面(如Z截面)，S與截面的形心重合；(2)單對稱軸截面，s在對稱軸上；(3)由矩形薄板的中線相交的點(diǎn)組成的截面，每個(gè)薄板

11、中的剪切力通過該點(diǎn)，S位于多個(gè)板的交叉點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，常用開口薄壁截面的剪切中心s的位置，鋼結(jié)構(gòu)的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，圖3.9工字形和槽形截面梁的剪應(yīng)力，Vy計(jì)算沿腹板平面作用的剪力；Sx計(jì)算剪切應(yīng)力之上或之下總截面中心軸的面積力矩；總截面慣性矩；Fv鋼抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度；t計(jì)算該點(diǎn)的板厚。(3-10)根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，實(shí)心腹板梁截面上剪應(yīng)力的計(jì)算公式如下：彎曲剪應(yīng)力的計(jì)算，第三章，構(gòu)件的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，當(dāng)梁上有集中荷載時(shí)(如吊車輪壓、次梁集中力、支座反力等)。)，并且在該負(fù)載下沒有支撐。為了確保腹板的這一部分不會(huì)被壓縮損壞，應(yīng)計(jì)算腹板上邊緣的局部承載強(qiáng)度

12、。1。局部承壓強(qiáng)度，圖3.10腹板邊緣局部壓應(yīng)力分布，第3章構(gòu)件截面強(qiáng)度，3.3梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，腹板邊緣局部承壓強(qiáng)度計(jì)算為：(3-30)，局部承壓位置的局部承壓應(yīng)力不得超過材料抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。f集中荷載，施加動(dòng)載荷時(shí)應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)，重型吊車梁為1.1，其他梁為1.05；集中荷載放大系數(shù)(考慮到吊車車輪壓力分布不均勻)，重型吊車梁=1.35，其他梁和所有梁支撐=1.0；Tw腹板厚度lz假定集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的分布長度可根據(jù)以下公式計(jì)算：第3章，構(gòu)件截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，從梁頂面到腹板計(jì)算高度上邊緣的距離。hR軌道的高度，對于梁頂部沒有軌道的梁，hR=0。

13、從B梁末端到軸承外緣的距離軌道上的車輪壓力為a=50mm毫米；構(gòu)件截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、1)軋制型鋼，兩個(gè)內(nèi)孤立起點(diǎn)之間的間距；2)焊接組合截面為腹板高度；3)鉚接(或高強(qiáng)度螺栓連接)時(shí)鉚釘(或高強(qiáng)度螺栓)之間的最短距離。腹板的計(jì)算高度h0，第三章，構(gòu)件的截面強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，規(guī)范規(guī)定，如果組合梁腹板的計(jì)算高度的邊緣同時(shí)承受較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力c，則應(yīng)驗(yàn)算換算應(yīng)力。其強(qiáng)度的計(jì)算公式為：2降低應(yīng)力，(3-32)，彎曲正應(yīng)力，剪應(yīng)力，c局部壓應(yīng)力，c拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。第三章構(gòu)件截面強(qiáng)度、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、m、v驗(yàn)算截面的彎矩和剪力；在檢查截面的凈截面慣性矩時(shí)；Y1檢查點(diǎn)到中和軸的距離；S1檢查點(diǎn)在對中截面面積和軸面積力矩的上方或下方；例如，工字形截面是法蘭區(qū)域?qū)R和軸線的面積力矩。1.換算應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增加系數(shù)。與c相同的數(shù)字，1=1.1；c，1=1.2。在公式(3-32)中，強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值乘以增加系數(shù)1，考慮到當(dāng)某一截面處腹板邊緣的減小應(yīng)力達(dá)到屈服時(shí)，它僅限于局部區(qū)域，因此設(shè)計(jì)強(qiáng)度得到提