第4章鋼結(jié)構(gòu)軸心受力構(gòu)件

第4章軸心受力構(gòu)件4.軸心受力構(gòu)件4.1概述4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定4.4軸心受壓柱的設(shè)計4.5柱頭和柱腳1/84第4章軸心受力構(gòu)件4.1概述4.1概述

軸心受拉構(gòu)件：桁架拉桿、網(wǎng)架、塔架

軸心受壓構(gòu)件：桁架壓桿、工作平臺柱、各種結(jié)構(gòu)柱承載能力極限狀態(tài)：強(qiáng)度、穩(wěn)定正常使用極限狀態(tài)：剛度一、軸心受力構(gòu)件的特點軸心受拉構(gòu)件：強(qiáng)度、剛度控制軸心受壓構(gòu)件：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定必須同時滿足軸心受力構(gòu)件應(yīng)滿足兩個極限狀態(tài)：2/84第4章軸心受力構(gòu)件4.1概述實腹式構(gòu)件：單個型鋼截面焊接組合截面冷彎薄壁型鋼二、軸心受力構(gòu)件的截面形式格構(gòu)式構(gòu)件三、柱的組成3/844/845/846/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度一、強(qiáng)度計算

7/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度

關(guān)于凈截面面積8/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度

用摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件的強(qiáng)度計算構(gòu)件凈截面上所受的力應(yīng)扣去已傳走的力同時還應(yīng)驗算構(gòu)件截面無削弱處的強(qiáng)度：孔前傳力——由于摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓是靠摩擦力傳力的，每個螺栓所傳的力已由摩擦力在螺栓孔前傳走。用摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)件，存在孔前傳力9/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度ⅠⅠⅡⅡ10/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度ⅠⅠⅡⅡ11/84第4章軸心受力構(gòu)件4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度二、剛度計算

受拉和受壓構(gòu)件的剛度是以保證其長細(xì)比限值來實現(xiàn)的12/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定第二類穩(wěn)定——由于初始缺陷，壓桿一開始就是偏心受力，沒有平衡分枝現(xiàn)象，變形從小到大，直到失穩(wěn)破壞為止。

計算方法：極限平衡法穩(wěn)定問題分為兩類：第一類穩(wěn)定——由直桿平衡轉(zhuǎn)為微微彎曲的平衡，即發(fā)生平衡形式的轉(zhuǎn)移，變形從無到有，稱為平衡分枝現(xiàn)象，這種失穩(wěn)通常稱為屈曲。

計算方法：歐拉臨界力13/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定兩端鉸接的等截面軸心壓桿的屈曲臨界力為：對于其它支承情況：歐拉臨界應(yīng)力

歐拉（Euler）臨界力——理想軸心壓桿彎曲屈曲臨界力理想軸心壓桿的穩(wěn)定曲線14/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定一、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定1.理想軸心受壓構(gòu)件理想的軸心壓桿——等截面、無初始變形、無初偏心、無殘余應(yīng)力、材質(zhì)均勻的軸心壓桿。由于截面形式不同，軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定的形式有三種:彎曲屈曲：雙軸對稱截面（工字鋼）彎扭屈曲：單軸對稱截面（槽鋼，等邊角鋼）扭轉(zhuǎn)屈曲：十字形理想軸心壓桿的穩(wěn)定屬于第一類穩(wěn)定問題15/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定2.實際軸心受壓構(gòu)件實際軸心受壓構(gòu)件存在初始缺陷，這些初始缺陷包括：初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力由于存在初始缺陷，實際軸心壓桿的失穩(wěn)屬于第二類穩(wěn)定問題16/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定

初始缺陷對軸心壓桿穩(wěn)定極限承載力的影響：1）初彎曲和初偏心的影響初彎曲（初偏心）越大，則變形越大，承載力越小。無論初彎曲（初偏心）多么小，壓力一開始就產(chǎn)生撓曲，并隨荷載增大而增大。17/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定2）殘余應(yīng)力的影響按有效截面的慣性矩近似計算兩端鉸接的等截面軸壓構(gòu)件的臨界力和臨界應(yīng)力：由于k<1，所以殘余應(yīng)力對構(gòu)件穩(wěn)定的不利影響對弱軸比對強(qiáng)軸嚴(yán)重得多。18/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定3.軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的計算對于具有截面削弱的構(gòu)件，在滿足之后，還需驗算軸心受壓構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)不大于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力：19/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定

構(gòu)件長細(xì)比的確定：（1）截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件：（2）截面為單軸對稱的構(gòu)件：截面剪心和形心不重合的構(gòu)件，沿形心縱軸受壓時必須考慮繞對稱軸（y軸）發(fā)生彎扭屈曲的可能性。構(gòu)件繞非對稱軸（x軸）仍然發(fā)生彎曲屈曲。20/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定把按彈性穩(wěn)定理論算得的彎扭屈曲臨界力換算成為長細(xì)比較大的彎曲屈曲桿件，再按換算長細(xì)比從規(guī)范中查得相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。軸壓彎扭屈曲的實用計算方法是：21/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定22/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定23/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定b1>b2b224/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定2b2btt25/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定20002000200026/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定27/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定28/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定1.局部穩(wěn)定性軸心受壓構(gòu)件的截面大多由若干矩形平面薄板所組成，這些組成板件分別受到沿縱向作用于板件中面的均勻壓力。當(dāng)壓力大到一定程度時，在構(gòu)件尚未喪失整體穩(wěn)定性之前，個別板件可能先不能保持其平面平衡狀態(tài)而發(fā)生波形凸曲，喪失了穩(wěn)定性這種現(xiàn)象稱作構(gòu)件失去局部穩(wěn)定性。29/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定2.均勻受壓板件的臨界應(yīng)力在單向壓應(yīng)力作用下，板件的臨界應(yīng)力為：30第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定3.軸心壓桿的局部穩(wěn)定軸心壓桿局部穩(wěn)定計算采用等穩(wěn)定準(zhǔn)則，即保證板件的局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力不小于構(gòu)件整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力。以工字形截面的軸壓構(gòu)件為例：（P87，表4.5）（1）翼緣板——三邊簡支，一邊自由的均勻受壓板31/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定（2）腹板——兩邊簡支，兩邊彈性嵌固的均勻受壓板32/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定6000—460×16—500×2233/84第4章軸心受力構(gòu)件4.3軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定6000—460×16—500×2234/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計4.4軸心受壓柱的設(shè)計對于一個軸心受壓構(gòu)件，有三種可能出現(xiàn)的問題:①已知荷載、截面，驗算截面。②已知截面求承載力。③已知荷載設(shè)計截面。一、實腹柱設(shè)計截面形式實腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對稱截面，應(yīng)考慮以下幾個原則：①面積的分布應(yīng)盡量開展②使兩個主軸方向等穩(wěn)定性③便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接④盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便2.截面設(shè)計35/84第四章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計對于第①②種情況的計算框圖36/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計對于第③種情況的計算框圖調(diào)整截面37/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計

構(gòu)造要求：38/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計400020002000111-139/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計40/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計41/84第四章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計屋架上弦桿AB（l=5m）軸心受壓，在屋架平面內(nèi)的計算長度？在屋架平面外的計算長度？42/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計1.格構(gòu)柱的截面形式格構(gòu)柱由綴材和柱肢組成，穿過柱肢板的軸為實軸，穿過綴材平面的軸為虛軸。

綴條式格構(gòu)柱根據(jù)綴材的不同，格構(gòu)柱分為

綴板式格構(gòu)柱二、格構(gòu)柱設(shè)計43/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計44/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計2.格構(gòu)柱繞虛軸的換算長細(xì)比格構(gòu)柱繞實軸的整體穩(wěn)定計算與實腹柱相同，繞虛軸的整體穩(wěn)定應(yīng)采用換算長細(xì)比進(jìn)行計算。(1)雙肢格構(gòu)柱的換算長細(xì)比45/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計采用以上公式計算雙肢格構(gòu)柱的換算長細(xì)比時應(yīng)保證：①斜綴條與柱軸線間的夾角應(yīng)在400～700之間；46/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計②綴板線剛度之和應(yīng)大于6倍的分肢線剛度。47/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計3格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的分肢穩(wěn)定分肢穩(wěn)定承載力不小于整體穩(wěn)定承載力48/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計4.綴材設(shè)計(1)軸心受壓格構(gòu)柱的橫向剪力(2)綴條的設(shè)計綴條式格構(gòu)柱可看作桁架體系，柱肢是桁架弦桿，綴條是腹桿。49/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計按軸心壓桿選擇綴條截面綴條一般采用單角鋼，考慮到偏心受力和受壓時的彎扭，按軸心受力構(gòu)件設(shè)計時，強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)乘以折減系數(shù):50/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計綴板式格構(gòu)柱可看作多層框架，柱肢是框架柱，綴板是橫梁。(3)綴板的設(shè)計51/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計5.柱的橫隔橫隔一般用鋼板或交叉角鋼做成。橫隔間距≤截面較大寬度的9倍或8m。每個運輸單元的端部都應(yīng)設(shè)置橫隔。52/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計壓柱計算框圖格構(gòu)式軸心受53/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計40002000200054/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計55/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計56/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計57/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計58/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計59/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計L45×460/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計86461/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計86462/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計86463/84第4章軸心受力構(gòu)件4.4軸心受壓柱的設(shè)計864焊縫計算截面64/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳4.5柱頭和柱腳一、梁和柱的連接加勁肋10-2021突緣填板（1）梁支承在柱頂1梁和柱的鉸接連接65/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳承托梁端突緣填板（2）梁和柱的側(cè)面連接66/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳2梁和柱的剛接連接67/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳68/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳1鉸接柱腳二、柱腳69/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳70/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳71/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳2剛接柱腳72/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳（1）底板的計算1）底板的面積底板的面積決定于基礎(chǔ)材料的抗壓能力73/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳2）底板的厚度底板的厚度由板的抗彎強(qiáng)度決定，將底板分為不同的區(qū)格74/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳75/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳76/84第四章軸心受力構(gòu)件4.5柱頭和柱腳（2）靴梁的計算（3）隔板與肋板的計算靴梁可作為承受底面焊縫傳來的均布力并支承于柱邊的雙懸臂簡支梁計算。靴梁的高度由其與柱邊連接所需的焊縫長度確定。靴梁的厚度比柱翼緣厚度略小。隔板可作為支承于靴梁上的簡支梁，荷載按圖中陰影面積的底板反力計算。隔板的厚度不得小于其寬度的