柱的承載力設計主要內容.ppt

1、：柱的承載力設計（9） 815,軸心受力構件 截面組成型式：實腹式、格構式； 設計內容：（極限狀態(tài)） 1、強度；2、剛度；3、整體穩(wěn)定； 4、局部穩(wěn)定；,第37講：柱的承載力設計（9） 816,軸心受力構件強度計算 無孔洞等削弱的軸心受拉構件或受壓構件中，軸心力作用使截面內引起均勻的受拉和受壓正應力，以全截面剛達到屈服壓力為強度極限狀態(tài)。 有孔洞削弱： 彈性階段應力分布不均勻； 極限狀態(tài)凈截面上的應力為均勻屈服應力。,第37講：柱的承載力設計（9） 817,軸心受力構件剛度計算 軸心受拉和軸心受壓構件的剛度通常用長細比來衡量，長細比是構件的計算長度l0與構件截面的回轉半徑i 的比值 越大，表示

2、構件剛度越??； 長細比過大，構件在使用過程中容易由于自重產生撓曲，在動力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。因此設計時應使構件長細比不超過規(guī)定的容許長細比,第37講：柱的承載力設計（9） 818,軸心受力構件剛度計算 對于受壓構件，長細比更為重要。長細比過大，會使其穩(wěn)定承載力降低太多，在較小荷載下就會喪失整體穩(wěn)定；因而其容許長細比 限制應更嚴。 構件計算長度l0（l0 x、 l0y）取決于其兩端支承情況。,第37講：柱的承載力設計（9） 819,軸心受力構件剛度計算,第37講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 820,1、鋼軸心受壓構件的整體失穩(wěn)概念； 2、理想鋼軸心

3、受力構件彎曲屈曲承載力； 3、構件缺陷對彎曲屈曲承載力的影響；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第 三十八 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第38講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 821,1、柱的穩(wěn)定破壞形式； 2、鋼軸心受力構件的強度和剛度計算；,第38講：柱的承載力設計（9） 822,軸心受壓構件的整體穩(wěn)定 現象與定義： 失穩(wěn)形式：彎曲失穩(wěn)、扭轉失穩(wěn)、 彎扭失穩(wěn) 理想軸心受壓構件： 1、等截面直桿； 2、荷載作用在截面形心； 3、材料符合虎克定律；,第38講：柱的承載力設計（9） 823,理想軸心受壓構件的整體穩(wěn)定 歐拉公式： 方程通解： 臨界力： 臨界應力：,第38講：柱的承載力設計

4、（9） 824,理想軸心受壓構件的彈性屈曲 歐拉公式特點： 1、理想軸心受壓構件彎曲屈曲臨界力隨抗彎曲屈曲 彎剛度的增加和構件長度的減小而增大； 2、臨界應力與材料種類無關； 3、當構件兩端為其它支承情況時，通過桿件計算長度的方法考慮。,第38講：柱的承載力設計（9） 825,理想軸心受壓構件的彈塑性屈曲 切線模量理論： 柱子曲線：（雙曲線） 軸壓構件的臨界應力與長細比的關系曲線。,第38講：柱的承載力設計（9） 826,構件缺陷對屈曲臨界力的影響 構件初彎曲（初撓度）的影響：,第38講：柱的承載力設計（9） 827,構件缺陷對屈曲臨界力的影響 構件初偏心的影響：,第38講：柱的承載力設計（9

5、） 下一講的主要內容 828,1、殘余應力對彎曲屈曲承載力的影響； 2、幾種缺陷綜合影響極限承載力理論； 3、軸心受壓構件整體穩(wěn)定的計算方法；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第 三十九 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第39講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 929,1、鋼軸心受壓構件的整體失穩(wěn)概念； 2、理想鋼軸心受力構件彎曲屈曲承載力； 3、構件缺陷對彎曲屈曲承載力的影響；,第39講：柱的承載力設計（9） 930,殘余應力的影響 殘余應力近似分布： 當 ，截面保持彈性，,第39講：柱的承載力設計（9） 931,殘余應力的影響 當 ，截面的一部分將屈服； 繞x（強）軸， 繞y（弱）軸，,

6、第39講：柱的承載力設計（9） 932,殘余應力的影響 結論：殘余應力對穩(wěn)定承載力繞弱軸的降低影響將比繞強軸影響嚴重得多。 盡管構件截面的殘余應力分布不同，但其對構件穩(wěn)定承載力的影響有相似的結論。,第39講：柱的承載力設計（9） 933,幾種缺陷綜合影響極限承載力理論 鋼構件的各種缺陷總是同時存在的。 初彎曲和初偏心的影響是類似的，殘余應力的存在則使構件受力時更早地進 入彈塑性受力狀態(tài)，使 屈曲時截面抵抗彎曲變 形的剛度減小，而導致 穩(wěn)定承載力降低。,第39講：柱的承載力設計（9） 934,幾種缺陷綜合影響極限承載力理論 考慮l/1000初彎曲和實測殘余應力，按極限承載力理論求得的繞強軸和繞弱

7、軸的兩條柱子曲線。同時給出只有殘余應力時相應的兩條曲線。,第39講：柱的承載力設計（9） 935,軸心受壓構件整體穩(wěn)定的實用計算方法 按極限承載力理論，用計算機算出了96條柱子曲線。 規(guī)范將96條曲線分成四組，也就是將分布帶分成四個窄帶，取每組的平均值（50的分位值）曲線作為該組代表曲線，給出a、b、c、d四條曲線多條柱子曲線。,第39講：柱的承載力設計（9） 936,軸心受壓構件整體穩(wěn)定計算公式 根據軸心受壓構件的 曲線，依據截面的類型、長細比可得到穩(wěn)定系數，進行構件穩(wěn)定承載力的計算。,第39講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 937,1、軸心受壓構件的局部穩(wěn)定； 2、實腹式軸心受壓

8、構件的截面設計和構造要求；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第 四 十 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第40講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 938,1、殘余應力對彎曲屈曲承載力的影響； 2、幾種缺陷綜合影響極限承載力理論； 3、軸心受壓構件整體穩(wěn)定的計算方法；,第40講：柱的承載力設計（9） 939,軸心受壓構件局部穩(wěn)定的計算方法 單向均勻受壓薄板的屈曲：,第40講：柱的承載力設計（9） 940,軸心受壓構件局部穩(wěn)定的計算方法 采用限制構件截面板件寬厚比的辦法來實現，即限制板件寬度與厚度之比不要過大，否則臨界應力cr很低，會過早發(fā)生局部屈曲。 確定板件寬（高）厚比限值的準則： 使構件整

9、體屈曲前其板件不發(fā)生局部屈曲，即局部屈曲臨界應力大于或等于整體臨界應力（或極限應力），稱作等穩(wěn)定性準則。,第40講：柱的承載力設計（9） 941,軸心受壓構件局部穩(wěn)定的計算方法 工形截面： 翼緣為三邊簡支、一邊自由， =0.425， =1.0， ,第40講：柱的承載力設計（9） 942,軸心受壓構件局部穩(wěn)定的計算方法 箱形截面： 圓管截面：,第40講：柱的承載力設計（9） 943,加強局部穩(wěn)定的措施 所選截面如不滿足規(guī)定， 應調整板件厚度或寬度。 對工形和箱形截面的腹板 也可采用設置縱向加勁肋 的方法予以加強，以縮減 腹板計算高度，縱向加勁 肋宜在腹板兩側成對配置， 其一側外伸寬度不應小于 1

10、0tw。,第40講：柱的承載力設計（9） 944,實腹式軸心受壓構件的截面設計 幾個原則： 1、具體措施是在滿足局部穩(wěn)定和使用等條件下，盡量加大截面輪廓尺寸； 2、使兩個主軸方向的長細比盡量接近，即xy， 等穩(wěn)定性； 3、便于與其它構件連接，構造簡單，制造省工，節(jié)約鋼材。,第40講：柱的承載力設計（9） 945,實腹式軸心受壓構件的截面設計 設計步驟： 1、先按整體穩(wěn)定要求初選截面尺寸（長細比的初步假定）； 2、然后驗算是否滿足容許長細比、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求，如有孔洞削弱，還應驗算強度。如不滿足，則調整截面尺寸，再進行驗算，直到滿足為止。 3、型鋼柱、焊接組合柱設計步驟略不同。 實腹式軸心

11、受壓構件構造要求： 焊縫、橫隔、加勁肋、最小板厚,第40講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 946,1、格構式軸心受壓構件截面形式； 2、格構式軸心受壓構件整體穩(wěn)定；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第四十一講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第41講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 947,1、軸心受壓構件的局部穩(wěn)定； 2、實腹式軸心受壓構件的截面設計和構造要求；,第41講：柱的承載力設計（9） 948,格構式軸心受壓構件 格構式構件一般由兩個或多個分肢 用綴件（綴板或綴條）組成。 垂直于分肢腹板平面的主軸實軸； 垂直于分肢綴件平面的主軸虛軸； 格構式軸心受壓構件的設計與 實腹式軸心受

12、壓構件相似，應 考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和 局部穩(wěn)定（分肢的穩(wěn)定和板件 的穩(wěn)定）幾個方面的要求。,第41講：柱的承載力設計（9） 949,格構式軸心受壓構件 格構式軸心受壓構件繞實軸的彎曲屈曲情況與實腹式軸面受壓構件沒有區(qū)別，因此穩(wěn)定計算也相同。按b類截面進行計算。 格構式軸心受壓構件繞虛軸（x-x）彎曲屈曲時，由于兩個分肢不是實體相連，連接兩分肢的綴件的抗剪剛度比實腹式構件腹板弱，除彎曲變形外，還需要考慮剪切變形的影響（在實腹式構件彎曲屈曲時，剪切變形影響很小，一般忽略不計），因此穩(wěn)定承載力有所降低。,第41講：柱的承載力設計（9） 950,格構式軸心受壓構件,第41講：柱的承載力設計（9）

13、 951,格構式軸心受壓構件 若格構式軸心受壓構件繞虛軸的長細比為x則其臨界力將低于長細比相同的實腹式軸心受壓構件，而僅相當于長細比為 的實腹式構件。 放大的等效長細比 稱為格構式構件繞虛軸的換算長細比。以代替原始長細比x，則格構式軸心受壓構件繞虛軸穩(wěn)定性計算與實腹式構件相同。 （雙肢）綴條式格構構件 綴板式格構構件,第41講：柱的承載力設計（9） 952,格構式軸心受壓構件 四肢格構式軸心受壓構件： 綴件為綴條的三肢組合構件,第41講：柱的承載力設計（9） 953,格構式軸心受壓構件分肢的穩(wěn)定和強度 格構式軸心受壓構件的分肢既是組成整體截面的一部分，在綴件節(jié)點之間又是一個單獨的實腹式受壓構件

14、。 當格構式構件的分肢長細比滿足下列條件時，即可認為分肢的穩(wěn)定和強度可以滿足而不必再作驗算（即能保證分肢的穩(wěn)定和強度高于整體構件）。 綴條式構件： 綴板式構件： 當 ，取,第41講：柱的承載力設計（9） 954,格構式軸心受壓構件的綴件設計 格構式軸心受壓構件的剪力： 1、綴條設計： 綴條內力可按鉸接桁架進行分析， 設計時應按軸心受壓計算， 考慮鋼材強度設計值及連接焊縫 強度的折減。,第41講：柱的承載力設計（9） 955,2、綴板設計： 綴板與構件兩個分肢 組成單跨多層平面剛 架體系。 常用角焊縫 與分肢相連。,第41講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 956,1、格構式軸心受壓構件

15、的截面設計； 2、格構式軸心受壓構件的構造；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第四十二講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第42講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 957,1、格構式軸心受壓構件截面形式； 2、格構式軸心受壓構件整體穩(wěn)定； 3、格構式軸心受壓構件綴件的設計；,第42講：柱的承載力設計（9） 954,格構式軸心受壓構件的綴件設計 格構式軸心受壓構件的剪力： 1、綴條設計： 綴條內力可按鉸接桁架進行分析， 設計時應按軸心受壓計算， 考慮鋼材強度設計值及連接焊縫 強度的折減。,第42講：柱的承載力設計（9） 955,2、綴板設計： 綴板與構件兩個分肢 組成單跨多層平面剛 架體系。 常用

16、角焊縫 與分肢相連。,第42講：柱的承載力設計（9） 958,格構式軸心受壓構件的截面設計 實腹軸心受壓構件的截面設計應考慮的原 則在格構式柱截面設計中也是適用的。 已知：軸心受壓構件的壓力N設計值、 計算長度l0 x和l0y、f和截面類型。 兩大步驟： 1、按實軸穩(wěn)定要求選擇截面兩分肢的尺寸； 2、按虛軸與實軸等穩(wěn)定性確定分肢間距。,第42講：柱的承載力設計（9） 959,格構式軸心受壓構件的截面設計 1、按實軸穩(wěn)定要求選擇截面兩分肢的尺寸： 假定繞實軸長細比y，一般可先在60100范圍選?。?初選分肢型鋼規(guī)格（或截面尺寸），并進行實軸整體穩(wěn)定和剛度驗算；,第42講：柱的承載力設計（9） 9

17、60,格構式軸心受壓構件的截面設計 2、按虛軸（設為x軸）與實軸等穩(wěn)定原則確定兩分肢間距c及截面高度h： 根據換算長細比0 xy，則可得所需要的x最大值,第42講：柱的承載力設計（9） 961,格構式軸心受壓構件的截面設計 3、截面驗算： 強度、整體穩(wěn)定、單肢穩(wěn)定（局部穩(wěn)定）、剛度、 綴件（綴板、綴條）、焊縫等。,第42講：柱的承載力設計（9） 961,格構式軸心受壓構件的構造 橫隔的設置： 格構式構件在受有較大水平力處和每個運送單元的兩端，應設置橫隔，以保證截面幾何形狀不變，提高構件抗扭剛度，以及傳遞必要的內力； 橫隔的間距不得大于構件 截面較大寬度的9倍或8m。,第42講：柱的承載力設計（

18、9） 962,軸心受力構件小結 1、設計內容： 2、構件類型：（實腹式、格構式） 3、截面設計：（等穩(wěn)定性原則；先初選截面，后驗算） 4、整體穩(wěn)定的概念及柱子曲線的應用：（歐拉公式、影響因素、截面分類） 5、（板件）局部穩(wěn)定的概念及其控制與受彎構件有相同的力學原理 6、格構式構件單肢穩(wěn)定的概念,第42講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 963,1、拉彎（壓彎）構件截面形式； 2、拉彎（壓彎）構件的強度計算； 3、壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩(wěn)定；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第 四十三 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第43講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 964,1、格構式軸

19、心受壓構件綴件的設計； 2、格構式軸心受壓構件截面形式；,第43講：柱的承載力設計（9） 965,拉彎構件和壓彎構件 拉彎構件和壓彎構件是指同時承受軸心拉力或壓力N以及彎矩M的構件。 也常稱為偏心受拉構件或偏心受壓構件。,第43講：柱的承載力設計（9） 966,拉彎構件和壓彎構件 拉彎和壓彎構件的截面通常做成在彎矩作用方向具有較大的截面尺寸。 與軸心受壓構件和受彎構件相仿，壓彎構件的設計應考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等四個方面。,第43講：柱的承載力設計（9） 967,拉彎構件和壓彎構件的強度計算 強度計算一般可考慮截面塑性變形的發(fā)展，對直接承受動力荷載的構件和格構式構件等則通常按彈性受

20、力計算。 對拉彎構件和截面有孔洞等削弱較多的或構件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構件，需要進行強度計算。,第43講：柱的承載力設計（9） 968,拉彎構件和壓彎構件的強度計算 只在一個主平面有彎矩作用時： 在兩個主平面有彎矩作用時： 截面塑性發(fā)展系數；對工形截面取 =1.05 =1.20,第43講：柱的承載力設計（9） 969,實腹式單向壓彎構件的穩(wěn)定 壓彎構件的承載能力通常是由整體穩(wěn)定性決定的。 在N和M同時作用下，一開始構件 就在彎矩作用平面內發(fā)生變形，呈 彎曲狀態(tài)，當N和M同時增加到一 定大小時則到達極限，超過此極 限，要維持內外力平衡，只能減 小N和M。 這種現象稱為壓彎構件喪失彎矩 作用

21、平面內的整體穩(wěn)定。,第43講：柱的承載力設計（9） 970,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定 對側向剛度較小的壓彎構件則有另一種可能。 當N和M增加到一定大小時，構件在 彎矩作用平面外不能保持平面，突 然發(fā)生平面外的彎曲變形，并伴隨 著繞縱向剪切中心軸的扭轉。 這種現象稱為壓彎構件喪失彎矩 作用平面外的整體穩(wěn)定。,第43講：柱的承載力設計（9） 971,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面內的穩(wěn)定,第43講：柱的承載力設計（9） 972,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面內的穩(wěn)定 壓彎構件在彎矩作用平面內整體穩(wěn)定的工作性狀與有初彎曲和初偏心等幾何缺陷的軸心受壓構件一樣。對軸心受壓構件，引起彎

22、矩的初始缺陷是偶然因素引起的，M數值相對較??；而壓彎構件中的彎矩M與軸心力N同是主要內力。 采用相關公式方法： 對單軸對稱截面（如T形或槽形）壓彎構件：,第43講：柱的承載力設計（9） 973,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面內的穩(wěn)定 為等效彎矩系數。由于相關公式是以軸心受壓加上兩端承受大小相等、方向相反的彎矩（純彎）作為基本受力狀態(tài)推導的，對于其它受力狀態(tài)需要在構件最大彎矩等效的基礎上采用等效彎矩系數加以修正。 梁端彎矩不相等：mx=0.65+0.35M2/M1 mx1.0,第43講：柱的承載力設計（9） 下一講的主要內容 974,1、壓彎構件彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定； 2、拉彎（壓彎）構件

23、的局部穩(wěn)定；,東南大學遠程教育,結構設計原理,第 四十四 講,主講教師： 曹雙寅 舒贛平,第44講：柱的承載力設計（9） 上一講內容 975,1、拉彎（壓彎）構件截面形式； 2、拉彎（壓彎）構件的強度計算； 3、壓彎構件彎矩作用平面內的整體穩(wěn)定；,第44講：柱的承載力設計（9） 976,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定 壓彎構件可以分解為純彎曲和軸心受壓兩種受力情況。包括沿兩截面主軸（x、y軸）的彎曲和沿縱向扭轉軸的扭轉。,第44講：柱的承載力設計（9） 977,實腹式單向壓彎構件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定 設計時采用相關公式方法：,第44講：柱的承載力設計（9） 978,實腹式單向壓彎構

24、件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定 可采用近似計算公式求得。 tx為平面外穩(wěn)定計算的等效彎矩系數。 例題： 某壓彎構件的簡圖、截面尺寸、受力和側向支承情況如圖所示，試驗算所用截面是否滿足強度、剛度和整體穩(wěn)定要求。鋼材為Q235鋼，翼緣為焰切邊；構件承受靜力荷載設計值（標準值）F=100kN(Fk=75kN)和N=900kN(Nk=700kN)；容許撓度wl/300。,第44講：柱的承載力設計（9） 979,解：1.內力（設計值） 軸心力N =900kN,第44講：柱的承載力設計（9） 980,2.截面特性和長細比： m， m mm2 mm4 mm3 mm mm 3.強度驗算： N/mm2 f=215 N/mm2，滿足。,第44講：柱的承載力設計（9） 981,4.剛度驗算： 均小于 150