鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)課件-基礎(chǔ)知識.ppt

鋼 結(jié) 構(gòu),第一章 概述 第二章 建筑鋼材 第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接 第四章 軸心受力構(gòu)件 第五章 梁（受彎構(gòu)件） 第六章 拉彎與壓彎構(gòu)件,第一章 概述,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用 第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法 第三節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 第四節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 第五節(jié) 本課程的主要內(nèi)容、特點和學(xué)習(xí)方法,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用,一、鋼結(jié)構(gòu)的特點,1、材料強度高、強重比大；塑性、韌性好。,2、材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，安全可靠度高。,3、工廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快。,4、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火；易銹蝕，耐腐性差。,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,1、重型結(jié)構(gòu)及大跨度建筑結(jié)構(gòu)。,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,2、多層、高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)。,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,3、塔桅等高聳結(jié)構(gòu)。,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,4、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。,第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,極限狀態(tài)設(shè)計法,承載能力極 限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),經(jīng)濟、安全、適用、耐久,顛覆,強度破壞,疲勞破壞,喪失穩(wěn)定,變?yōu)榭勺凅w系,第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的要求 第二節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的主要力學(xué)性能 第三節(jié) 影響結(jié)構(gòu)鋼材力學(xué)性能的主要因素 第四節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)鋼材的屈服條件 第五節(jié) 鋼材的破壞形式 第六節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的種類、規(guī)格及其應(yīng)用 第七節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的連接材料,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的要求,鋼材性能要求,較高的強度,足夠的變形能力（較好的塑性和韌性）,良好的加工性能,鋼 材 的 主 要 力 學(xué) 性 能,強度,塑性,沖擊韌性,冷彎性能,可焊性,Z向收縮率,屈服強度fy 為設(shè)計依據(jù) 抗拉強度fu為安全儲備,伸長率、斷面收縮率衡量,鋼材承受動力荷載的能力,是判別鋼材塑性及冶金質(zhì)量的綜合指標,第三節(jié) 鋼材的主要力學(xué)性能,一、鋼結(jié)構(gòu)的特點,1、材料強度高、強重比大；塑性、韌性好。,2、材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，安全可靠度高。,3、工廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快。,4、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火；易銹蝕，耐腐性差。,三、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法（極限狀態(tài)設(shè)計法）,1、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計法 2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計法,四、鋼材的主要力學(xué)性能,強度、塑性、沖擊韌性、冷彎性能、可焊性、Z向性能,二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,重型工業(yè)廠房、大跨度建筑的屋蓋、多層及超高層建筑、 高聳結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu),第五節(jié) 復(fù)雜應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)鋼材的屈服條件,只有正應(yīng)力,只有剪應(yīng)力,既有正應(yīng)力又有剪應(yīng)力,第六節(jié) 鋼材的破壞形式,塑性破壞,脆性破壞,疲勞破壞,破壞時有很大的塑性變形,破壞突然、幾乎不出現(xiàn)塑性變形,沒有明顯變形的突然破壞,原因：1、鋼材質(zhì)量差 2、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的構(gòu)造不當(dāng) 3、制造安裝質(zhì)量差 4、結(jié)構(gòu)受較大動力荷載,一、,二、鋼材的破壞形式,塑性破壞,脆性破壞,三、發(fā)生脆性破壞的原因,1、鋼材質(zhì)量差 2、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的構(gòu)造不當(dāng) 3、制造安裝質(zhì)量差 4、結(jié)構(gòu)受較大動力荷載,鋼材疲勞破壞的影響因素,應(yīng)力循環(huán)形式,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),應(yīng)力集中程度及殘余應(yīng)力,反復(fù)荷載引起的應(yīng)力種類（拉、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力等）,應(yīng)力幅（即最大應(yīng)力和最小應(yīng)力的差值）,疲勞計算的條件,直接承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接， 且當(dāng)應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)超過5萬次。,疲勞計算,1、常幅疲勞計算,例題：某承受軸心拉力的鋼板（兩側(cè)為半自動切割） 鋼板承受重復(fù)荷載作用，預(yù)期循環(huán)次數(shù)n=5105，其 容許應(yīng)力幅為多少？,2、變幅疲勞計算,第七節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼材的種類、規(guī)格及其選用,一、結(jié)構(gòu)鋼材的種類,Q235A.b,1、Q：表示“屈”字拼音首位字母，意為“屈服強度”；,2、質(zhì)量等級：分AE五級（字序越高質(zhì)量越好）；,3、脫氧方法：F沸騰鋼；b半鎮(zhèn)靜鋼； Z鎮(zhèn)靜鋼（一般省 略）； TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼。,注：1、炭素結(jié)構(gòu)鋼（Q235)分：A、B、C、D 四級，含 所 有脫氧方法； 2、低合金結(jié)構(gòu)鋼(Q345Q390Q420)分： A、 B、C、D、E五級，只有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。,二、結(jié)構(gòu)鋼材選材原則,2、荷載性質(zhì),1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性,4、應(yīng)力特征,3、連接方法,5、結(jié)構(gòu)的工作溫度,6、鋼材厚度,1、為什么要求結(jié)構(gòu)用鋼有較高的屈服強度和抗拉強度？ 2、結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能有哪些？ 3、什么是承載能力極限狀態(tài)？什么是正常使用極限狀態(tài)？ 4、塑性破壞和脆性破壞的特點是什么？什么時候容易發(fā)生脆性破壞？ 5、導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生脆性破壞的原因有哪些？ 6、影響疲勞破壞的因素有哪些？ 7、什么情況下構(gòu)件需要驗算其疲勞強度？ 8、鋼材中碳的含量與鋼材的各項力學(xué)性能之間有什么關(guān)系？ 9、什么情況下會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象？它對構(gòu)件有什么影響？,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第一節(jié) 連接分類及特點 第二節(jié) 對接焊縫連接設(shè)計 第三節(jié) 角焊縫連接設(shè)計 第四節(jié) 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)變 第五節(jié) 普通螺栓連接設(shè)計 第六節(jié) 高強度螺栓連接設(shè)計,第一節(jié) 連接分類及特點,一、連接概述,連 接,焊縫連接,緊固件連接,二、焊縫連接,焊接優(yōu)點,用料經(jīng)濟,不削弱截面,連接密封性好、整體性好,焊接缺點,焊接部位附近材質(zhì)變脆,產(chǎn)生殘余應(yīng)力及殘余應(yīng)變,焊縫連接形式和種類,按被連接鋼材的相對位置分,按施焊的方位分,按受力特點分,角焊縫,對接焊縫,三、鉚釘、螺栓連接,鉚釘連接,普通螺栓連接,高強度螺栓連接,承壓型,摩擦型,通過摩擦力抗剪,通過孔壁與螺栓桿相互擠壓抗剪,第二節(jié) 對接焊縫連接設(shè)計,一、對接焊縫的構(gòu)造,焊接材料與構(gòu)件鋼材匹配,Q235用E43 Q345用E50,對接焊縫的坡口形式,見P54圖3.9,厚度不等的兩鋼板的對接,關(guān)于用引弧板焊接的問題,二、對接焊縫的計算,1、軸向受力的對接焊縫,例題：試驗算左圖所示鋼板的對接焊縫的強度。圖中a=540mm，t=22mm，軸心拉力的設(shè)計值N=2150KN。鋼材為Q235BF，手工焊，焊條為E43型，三級焊縫，施焊時使用引弧板。,2、對接焊縫承受彎矩和剪力共同作用,一、焊縫連接的 優(yōu)缺點,優(yōu)點：用料經(jīng)濟、不削弱截面、連接密封性好、整體性好。,缺點：焊接部位附近材質(zhì)變脆，產(chǎn)生殘余應(yīng)力及殘余應(yīng)變。,二、焊縫連接形式和種類,1、按被連接鋼材的相對位置分：對接、搭接、T行連接、角接,2、按施焊的方位分：平焊、立焊、橫焊、仰焊,3、按受力特點分：對接焊縫、角焊縫,三、高強度螺栓連接（摩擦型、承壓型）,四、對接焊縫的計算,1、軸向受力的對接焊縫,2、對接焊縫承受彎矩和剪力共同作用,第三節(jié) 角焊縫連接設(shè)計,一、角焊縫形式,正面角焊縫,側(cè)面角焊縫,斜角焊縫,二、角焊縫截面形狀,直角角焊縫,斜角角焊縫,三、角焊縫的尺寸要求,最小焊角尺寸,最大焊角尺寸,側(cè)面角焊縫的最小計算長度,側(cè)面角焊縫的最大計算長度,四、直角角焊縫的強度驗算,四、直角角焊縫的強度驗算,正面角焊縫的驗算,側(cè)面角焊縫的驗算,r,1、承受軸心力作用時角焊縫連接計算,例題1：兩鋼板A、B通過上下兩塊拼接板連接在一起。已 知l1=500mm，l2=300mm，角焊縫采用E43型的手工 焊（采用引弧板），焊角高度hf=7mm，求該角焊縫所能 承擔(dān)的最大拉力N。,例題2：鋼板A通過兩條角焊縫固定在H型鋼柱上，已知作用 在鋼板A上的拉力N=500KN，L=600mm，焊條采用E43手 工焊（采用引弧板），焊角高hf=8mm，等于30度。試驗 算焊縫的強度。,鋼板A,H型鋼柱,一、角焊縫的形式,正面角焊縫,側(cè)面角焊縫,斜角焊縫,（焊縫長度方向受力方向）,（焊縫長度方向受力方向）,一、角焊縫的尺寸要求,1、最小焊角尺寸,2、最大焊角尺寸,3、側(cè)面角焊縫的最小計算長度,4、側(cè)面角焊縫的最大計算長度,例題3：如下圖所示，兩等邊角鋼212510通過角焊縫與一厚度為8mm的節(jié)點板連接，不采用引弧板，已知N=300KN，焊角高度hf=8mm，求焊縫的最小長度l1和l2.,2、彎矩、軸力和剪力共同作用時角焊縫連接計算,例題1：鋼板A通過兩條角焊縫固定在H型鋼柱上，已知作用 在鋼板A上的拉力N=500KN，L=600mm，偏心距e=100mm 焊條采用E43手工焊（采用引弧板）， 等于30度， 焊角高hf=8mm，試驗算焊縫的強度。,鋼板A,H型鋼柱,例題2：試驗算圖3.43（a）所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強度。 鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。荷載設(shè)計值N=365KN， 偏心距e=350mm，焊角尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。 圖3.43（b）為焊縫有效截面。,第四節(jié) 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形,一、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因,二、焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響,1、當(dāng)構(gòu)件具有良好的塑性時，殘余應(yīng)力不影響構(gòu)件的強度。,2、殘余應(yīng)力降低了構(gòu)件的剛度及構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力。,3、殘余應(yīng)力降低了構(gòu)件的疲勞強度并且容易使構(gòu)件發(fā)生脆性破壞。,第五節(jié) 普通螺栓連接設(shè)計,一、普通螺栓的連接構(gòu)造,1、螺栓的規(guī)格與表示,鋼結(jié)構(gòu)一般選用C級（粗制）六角螺母螺栓，標識用M和螺栓直徑（mm）表示，例如M16、M20等。主要用于受拉連接及次要構(gòu)件和臨時固定構(gòu)件的受剪連接。,2、螺栓的排列應(yīng)考慮以下因素,受力要求,構(gòu)造要求,施工要求,二、普通螺栓的抗剪連接計算,普通螺栓連接按受力分類,受剪,受拉,剪拉共同作用,1、受剪連接的破壞形式,破壞形式,螺栓受剪破壞,孔壁擠壓破壞,連接板凈截面破壞,螺栓受彎破壞,連接板沖剪破壞,連接計算保證,驗算鋼板的強度保證,構(gòu)造要求保證,2、抗剪連接的工作性能,0-1 摩擦傳力的彈性階段,1-2 滑移階段,2-3栓桿直接傳力的彈性階段,3-4栓桿直接傳力的彈塑性階段,3、單個普通螺栓的抗剪承載力計算,螺栓受剪破壞,孔壁擠壓破壞,例題1：兩截面為-14400mm的鋼板，采用雙蓋板（厚度為7mm）和C級普通螺栓拼接，螺栓M20，鋼板為Q235，求每個螺栓所能承擔(dān)的最大剪力。,4、普通螺栓群的軸心抗剪承載力計算,例題2：兩截面為-14400mm的鋼板，采用雙蓋板(厚度為7mm）和C級普通螺栓拼接，螺栓M20，鋼材Q235，試計算該連接所能承擔(dān)的最大拉力N。,普通螺栓連接按受力分類,受剪,受拉,剪拉共同作用,1、受剪連接的五種破壞形式,螺栓桿受剪破壞,孔壁擠壓破壞,2、普通螺栓群的軸心抗剪承載力計算,5、普通螺栓群偏心受剪承載力計算,例題3、一厚度為12mm的鋼板與H型鋼柱的翼緣板（厚14mm）通過8個C級普通螺栓連接，鋼板均為Q345，螺栓直徑為20mm，孔徑為21.5mm，F(xiàn)=200KN，e=100mm，螺栓水平間距為120mm，豎向間距為80mm，驗算螺栓強度。,三、普通螺栓的抗拉連接計算,普通螺栓抗拉強度設(shè)計值取螺栓鋼材抗拉強度設(shè)計值的0.8倍用以考慮撬力的不利影響。,1、普通螺栓群的軸心受拉承載力計算,例題3：一H型鋼柱與一T型板通過10個M22的普通C級螺栓連接，已知軸向拉力設(shè)計值N為250KN，驗算該連接的強度。,2、普通螺栓群的偏心受拉承載力計算,=,+,+,=,小偏心受拉,例題4：一H型鋼柱與一T型板通過10個M22的普通C級螺栓連接，已知拉力設(shè)計值N為250KN，偏心距e=100mm，螺栓間沿y軸方向的間距為100mm，驗算該連接的強度。,抗剪,抗拉,偏心抗剪,軸心抗剪,偏心抗拉,軸心抗拉,大偏心抗拉,小偏心抗拉,+,=,例題5：一H型鋼柱與一T型板通過10個M22的普通C級螺栓連接，已知拉力設(shè)計值N為250KN，偏心距e=150mm，螺栓間沿y軸方向的間距為100mm，驗算該連接的強度。,3、普通螺栓受剪力和拉力聯(lián)合作用的連接計算,螺栓桿受剪、拉破壞,孔壁承壓破壞,破壞形式,例題6：一H型鋼柱(翼緣厚16mm）與一T型板（翼緣厚14mm）通過8個M22的普通C級螺栓連接，鋼材為Q345，已知F=200KN，偏心距e=100mm，螺栓間豎向的間距為100mm，驗算該連接的強度。,抗剪,抗拉,偏心抗剪,軸心抗剪,偏心抗拉,軸心抗拉,大偏心抗拉,小偏心抗拉,剪、拉,第六節(jié) 高強度螺栓連接設(shè)計,一、概述,1、按受力特性分：摩擦型與承壓型,2、抗剪連接時摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀態(tài)；承壓型允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài)（同普通螺栓）。受拉時兩者無區(qū)別。,3、受傳力機理的要求，構(gòu)造上除連接板的邊、端距1.5d0外其它同普通螺栓。,4、高強螺栓按強度等級分10.9與8.8級。,5、高強螺栓的預(yù)拉力（P99表3.6）,二、摩擦型高強螺栓連接計算,1、單個螺栓抗剪承載力,2、單個螺栓抗拉承載力,3、拉、剪共同作用連接計算,例題7、圖示摩擦型高強螺栓連接Q235構(gòu)件，M20，10.9級，噴砂生赤銹，驗算連接強度。已知：M=106k.m； N=384kN；V=450kN。,三、承壓型高強螺栓連接,1、單個螺栓抗剪承載力,2、單個螺栓抗拉承載力,3、拉、剪共同作用連接計算,1：一H型鋼柱與一T型板通過10個M24的普通C級螺栓連接，已知拉力設(shè)計值N為300KN，偏心距e=100mm，螺栓間沿y軸方向的間距為 120mm，驗算該連接的強度。,2、H型鋼柱(翼緣厚16mm）與T型板（翼緣厚12mm）通過8個M24的普通C級螺栓連接，鋼材為Q345，已知F=220KN，偏心距e=120mm，螺栓間豎向的間距為100mm，驗算該連接的強度。,3、圖示摩擦型高強螺栓連接Q345構(gòu)件，M22，10.9級，螺栓豎向間距為100mm，噴砂處理，驗算連接強度。 已知：M=106k.m； N=384kN；V=450kN。,第四章 軸心受力構(gòu)件,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 軸心受拉構(gòu)件 第三節(jié) 實腹式軸心受壓構(gòu)件 第四節(jié) 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件 第五節(jié) 柱頭和柱腳設(shè)計,第一節(jié) 概 述,1、軸心受力構(gòu)件分軸心受拉及受壓兩類構(gòu)件，作為一種受力構(gòu)件，就應(yīng)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。,2、正常使用極限狀態(tài)的要求構(gòu)件有足夠的剛度；承載能力極限狀態(tài)包括強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定三方面的要求。,3、軸心受拉構(gòu)件主要是由強度控制，軸心受壓構(gòu)件主要是由穩(wěn)定控制。,4、軸心受力構(gòu)件截面,組合截面,型鋼截面,格構(gòu)式組合截面,實腹式組合截面,第二節(jié) 軸心受拉構(gòu)件,一、軸心受拉構(gòu)件的強度,以凈截面的平均應(yīng)力強度為準則：即,二、軸心受拉構(gòu)件的剛度,以構(gòu)件的長細比來控制，即,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),強度,剛度,例題1：已知一工字型軸心受拉桿件，沿著X軸的計算長度lx=6m，沿著Y軸的計算長度ly=3m，承受軸心拉力設(shè)計值N=1500KN。鋼材為Q235，容許長細比 【】=250截面尺寸為：t1=10mm，t2=8mm，L=500mm，B=200mm，試驗算桿件的截面。,第三節(jié) 實腹式軸心受壓構(gòu)件,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定,剛度（控制長細比）,一、軸心受壓構(gòu)件的強度,二、實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定,1、關(guān)于穩(wěn)定的概述,N較小時：,N增加到Ncr時：,N大于Ncr時：,歐拉臨界力,微彎可恢復(fù),微彎不可恢復(fù),產(chǎn)生很大的彎曲變形 隨即破壞,一、軸心受拉構(gòu)件的驗算,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),強度驗算,剛度驗算,二、軸心受壓構(gòu)件的驗算,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗算,剛度驗算,三、歐拉臨界力,歐拉臨界應(yīng)力,影響臨界應(yīng)力的因素,截面殘余應(yīng)力,長細比,初始偏心,初始彎曲,2、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定驗算：,穩(wěn)定系數(shù),思考題：工字形截面更容易沿著哪個軸發(fā)生失穩(wěn)破壞？提高軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力的措施有哪些？,例2：一焊接工字形鋼柱，翼緣為焰切邊，截面尺寸如圖所示， 該柱承受軸心壓力設(shè)計值N=1200KN，柱的計算長度為 Lx=7m，Ly=3.5m，鋼材為Q345，試驗算該柱的整體穩(wěn)定性。,三、實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定,板件越寬越薄,板件越容易失穩(wěn),局部失穩(wěn),促使構(gòu)件整體破壞,保證局部失穩(wěn)不先于整體失穩(wěn),控制板件局部失穩(wěn)的方法,限制寬厚比b/t,處理H、工字形腹板局部失穩(wěn)的方法,1、增加板件厚度,3、任其腹板局部失穩(wěn),2、增加縱、橫向加勁肋,軋制的型鋼構(gòu)件一般都滿足局部 穩(wěn)定要求，無需進行局部穩(wěn)定驗 算。,四、軸心受壓構(gòu)件的剛度,以構(gòu)件的長細比來控制，即,軸心受壓構(gòu)件的驗算,限制寬厚比b/t,驗算強度,驗算整體穩(wěn)定性,驗算局部穩(wěn)定性,驗算剛度,例3：圖示軸心受壓構(gòu)件，Q235鋼，截面無消弱， 翼緣為軋制邊。試驗算該截面是否滿足要求。,五、實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計,1、設(shè)計原則,肢寬壁薄,等穩(wěn)定性,構(gòu)造簡單,P125：例題4.3,第四節(jié) 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件,一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的組成,強度、整體穩(wěn)定、分肢穩(wěn)定,剛度,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性,繞實軸（Y-Y）的穩(wěn)定性,繞虛軸（X-X）的穩(wěn)定性,（和實腹式構(gòu)件相同）,不同于實 腹式構(gòu)件,長細比增大系數(shù),換算長細比的計算,雙肢綴條柱,雙肢綴板柱,例題4：一格構(gòu)式軸心受壓柱截面如圖(4.21)所示，承受軸心壓力設(shè)計值N=1500KN，虛軸方向的計算長度為6m，實軸方向的計算長度為3m，鋼材為Q345，試驗算其強度及整體穩(wěn)定性。,三、分肢的穩(wěn)定性,綴條柱,綴板柱,例題5：一格構(gòu)式軸心受壓柱截面如圖(4.21)所示，承受軸心壓力設(shè)計值N=1500KN，虛軸方向的計算長度為6m，實軸方向的計算長度為3m，鋼材為Q345，試驗算其分肢的穩(wěn)定性。,四、剛度驗算,以構(gòu)件的長細比來控制，即,格構(gòu)式 軸心受壓構(gòu)件的驗算,驗算強度,驗算整體穩(wěn)定性,雙肢穩(wěn)定,驗算剛度,虛軸,實軸,綴條,綴板,綴條,綴板,第五節(jié) 柱頭和柱腳的設(shè)計,一.柱頭的定義及作用,柱頭是指柱的頂部與梁（或桁架）連接的部分。其作用是將梁等上部結(jié)構(gòu)的荷載傳到柱身。,二、柱頭的連接方式,（1）將梁連于柱側(cè)面的側(cè)面連接,（2）將梁直接放在柱頂上的頂面連接,（1）將梁連于柱側(cè)面的側(cè)面連接,N,墊板,頂板,加勁肋,腹板,（2）將梁直接放在柱頂上的頂面連接,N,墊板,頂板,加勁肋,柱端綴板,柱身,三.柱腳的定義及作用,柱下端與基礎(chǔ)相連的部分稱為柱腳。柱腳的作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基礎(chǔ)，并將柱固定于基礎(chǔ)。,第五章 受彎構(gòu)件-梁,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 梁的強度和剛度 第三節(jié) 梁的扭轉(zhuǎn) 第四節(jié) 梁的整體穩(wěn)定 第五節(jié) 梁的局部穩(wěn)定和加勁肋設(shè)計 第六節(jié) 考慮腹板屈曲后強度梁的設(shè)計 第七節(jié) 鋼梁的設(shè)計,第一節(jié) 概 述,1、梁主要是用作承受橫向荷載的實腹式構(gòu)件，主要內(nèi)力為彎矩與剪力。,2、梁的截面主要分型鋼與鋼板組合截面。,3、梁格形式主要有：簡式梁格、普通梁格及復(fù)式梁格。,4、梁的正常使用極限狀態(tài)為控制梁的撓曲變形。,5、梁的承載能力極限狀態(tài)包括：強度、整體穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性。,梁的驗算,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài),強度,局部穩(wěn)定,整體穩(wěn)定,剛度（即最大撓度）,第二節(jié) 梁的強度與剛度,一、梁的抗彎強度,彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力,塑性階段：整個截面達到屈服,彈塑性階段：部分截面屈服,截面形狀系數(shù),塑性發(fā)展系數(shù),彈性最大彎矩,塑性鉸彎矩,抗彎強度驗算,例題1：一截面如圖所示的工字形組合鋼梁Q345 ，其兩端鉸支， 集中荷載P=50KN，試驗算其抗彎強度。,例題2：一截面如圖所示的工字形組合鋼梁Q345 ，其兩端鉸支，集中荷載P=50KN，同時承受沿著Y方向的純彎矩30KNm，試驗算其抗彎強度。,二、梁的抗剪強度,例題3：一截面如圖所示的工字形組合鋼梁Q345 ，其兩端鉸支， 集中荷載P=50KN ，試驗算其抗剪強度。,三、梁的局部承壓強度,例題：一截面如圖所示的工字形組合鋼梁Q345 ，其兩端鉸支， 集中荷載P=50KN ，墊塊的支承長度a=50mm，試驗算其局部承壓強度。,二、梁的抗剪強度,三、梁的局部承壓強度,一、梁的抗彎強度,四、折算應(yīng)力,五、梁的剛度,二、梁的抗剪強度,三、梁的局部承壓強度,四、折算應(yīng)力,五、梁的剛度,一、梁的抗彎強度,例題：某焊接工字形等截面簡支樓蓋梁，截面尺寸如下圖所示，無削弱。材料為Q345鋼。集中荷載設(shè)計值為Pk=429kN，為間接動力荷載，均布荷載q=1.35KN/m，試計算該梁的強度。 （Ix=230342cm2,A=146cm2),第三節(jié) 梁的扭轉(zhuǎn),一、剪力流和剪切中心,1、截面中剪應(yīng)力的合力作用線與對稱軸的交點S，稱為剪切中心。,2、當(dāng)橫向荷載V通過S，梁只產(chǎn)生彎曲變形，當(dāng)橫向荷載V不通過S，梁產(chǎn)生彎曲并同時伴有扭轉(zhuǎn)變形。,扭轉(zhuǎn),自由扭轉(zhuǎn),約束扭轉(zhuǎn),二、自由扭轉(zhuǎn),特點：,1、各截面的翹曲變形相同，縱向纖維保持直線且長度 保持不變。,2、截面上只有剪應(yīng)力沒有正應(yīng)力。,開口薄壁構(gòu)件,三、約束扭轉(zhuǎn),特點：,1、各截面的翹曲變形不相同，縱向纖維扭成不均勻的曲 曲線形。,2、截面上既有剪應(yīng)力也有正應(yīng)力，而且各縱向纖維正 應(yīng)力沿桿長度方向發(fā)生變化。,約束扭轉(zhuǎn),自由扭轉(zhuǎn),翹曲扭轉(zhuǎn),剪應(yīng)力,翹曲正應(yīng)力和翹曲剪應(yīng)力,=,+,=,+,例題：某焊接工字形等截面簡支樓蓋梁，截面尺寸如下圖所示，無削弱。材料為Q345鋼。集中荷載設(shè)計值為Pk=400kN，為間接動力荷載，均布荷載q=1KN/m，試計算該梁的強度。,第四節(jié) 梁的整體穩(wěn)定,臨界彎矩的影響因素：,梁的截面形狀和尺寸,荷載的種類和荷載作用位置,梁的受壓翼緣自由長度,純彎矩作用：,梁的整體穩(wěn)定計算方法：,1、簡支組合工字型及軋制H型：,2、簡支軋制普通工字型：,查表5.6,3、簡支軋制槽鋼：,整體穩(wěn)定系數(shù),雙向受彎的整體穩(wěn)定驗算：,整體穩(wěn)定系數(shù)的確定：,扭轉(zhuǎn),自由扭轉(zhuǎn),約束扭轉(zhuǎn),1、各截面的翹曲變形相同，縱向纖維保持直線且長度 保持不變。,2、截面上只有剪應(yīng)力沒有正應(yīng)力。,1、各截面的翹曲變形不相同，縱向纖維扭成不均勻的曲線形。,2、截面上既有剪應(yīng)力也有正應(yīng)力，而且各縱向纖維正應(yīng)力沿桿長度方向發(fā)生變化。,梁的整體穩(wěn)定的影響因素：,梁的截面形狀和尺寸,荷載的種類和荷載作用位置,梁的受壓翼緣自由長度,梁的整體穩(wěn)定計算方法：,不進行梁的整體穩(wěn)定驗算的條件：P178,例題：某工字形截面焊接組合簡支梁（Q345鋼）， 在跨長三分點處布置次梁，如下圖所示。次梁傳來的計算集中力 ，不考慮梁自重，試驗算該梁的整體穩(wěn)定性。,第四節(jié) 梁的局部穩(wěn)定和加勁肋設(shè)計,一、概述,1、同軸壓構(gòu)件一樣，為提高梁的剛度與強度及整體穩(wěn)定承載力，應(yīng)遵循“肢寬壁薄”的設(shè)計原則，從而引發(fā)板件的局部穩(wěn)定承載力問題。,2、翼緣板受力較為簡單，仍按限制板件寬厚比的方法來保證局部穩(wěn)定性。,3、腹板受力復(fù)雜，而且為滿足強度要求，截面高度較大，如仍采用限制梁的腹板高厚比的方法，會使腹板取值很大，不經(jīng)濟，一般采用加勁肋的方法來減小板件尺寸，從而提高局部穩(wěn)定承載力。,圖中：1橫向加勁肋 2縱向加勁肋 3短加勁肋,二、梁受壓翼緣板的局部穩(wěn)定,三、梁腹板的局部穩(wěn)定,按構(gòu)造配橫向加勁肋或不配加勁肋,根據(jù)計算值配橫向加勁肋,根據(jù)計算值配橫向和縱向加勁肋,四、加勁肋的構(gòu)造,1、橫向加勁肋貫通，縱向加勁肋斷開。,2、橫向加勁肋的間距a應(yīng)滿足 ，當(dāng) 且 時，允許,3、縱向加勁肋距受壓翼緣的距離應(yīng)在 范 圍內(nèi)。,4、加勁肋可以成對布置于腹板兩側(cè)，也可以單側(cè)布 置， 支承加勁肋及重級工作制吊車梁必須兩側(cè)對稱布置。,5、加勁肋必須具備一定剛度，截面尺寸及慣性矩應(yīng)滿足 一定的要求,6、橫向加勁肋應(yīng)按右圖示切角，避免多向焊縫相交，產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力場。,7.支承加勁肋的計算,當(dāng)加勁肋的端部刨平頂緊時,應(yīng)按下式計算端面承壓應(yīng)力:,第七節(jié) 鋼梁的設(shè)計,一、型鋼梁的設(shè)計,1、根據(jù)實際情況計算梁的最大彎距設(shè)計值Mmax；,2、根據(jù)抗彎強度，計算所需的凈截面抵抗矩：