第22章-拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件22.1拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度

拉彎構(gòu)件是指同時(shí)承受軸心拉力和彎矩作用的構(gòu)件；壓彎構(gòu)件是指同時(shí)承受軸心壓力和彎矩作用的構(gòu)件。拉彎、壓彎構(gòu)件一般有偏心力作用（圖22-1（a）和圖22-2（a））、軸心力與橫向力共同作用（圖22-1（b）和圖22-2(b)）及軸心力與端彎矩共同作用（圖22-1（c）和圖22-2（c））三種類(lèi)型。

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-1拉彎構(gòu)件圖22-2壓彎構(gòu)件

拉彎、壓彎構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用十分廣泛，有節(jié)間荷載作用的屋架、塔架支柱、廠房框架柱及高層建筑的框架柱等都屬拉彎或壓彎構(gòu)件。例如，圖22-3所示的屋架，其下弦桿AB為拉彎構(gòu)件，上弦桿CD為壓彎構(gòu)件；圖22-4所示的單層廠房框架柱為壓彎構(gòu)件。第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-3屋架結(jié)構(gòu)中的拉彎、壓彎構(gòu)件圖22-4單層廠房框架柱一、拉彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件的截面形式

拉彎、壓彎構(gòu)件的截面形式可分為型鋼截面和組合截面兩類(lèi)。組合截面又分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。當(dāng)彎矩較小時(shí)，拉彎、壓彎構(gòu)件的截面形式與軸心受力構(gòu)件相同；第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-5彎矩較大的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件截面當(dāng)彎矩較大時(shí)，除采用雙軸對(duì)稱(chēng)截面（圖22-5（a））外，還可以采用如圖22-5（b）所示的單軸對(duì)稱(chēng)截面，并應(yīng)使較大翼緣位于受壓（受壓構(gòu)件）或受拉（拉彎構(gòu)件）一側(cè)；當(dāng)彎矩很大并且構(gòu)件較大時(shí)，可選用格構(gòu)式截面（圖22-5（c））,以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。二、拉彎、壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度

拉彎、壓彎構(gòu)件在軸心力和彎矩共同作用下，最終以危險(xiǎn)截面（σmax處）形成塑性鉸而達(dá)到強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)。圖22-6所示為一受軸心拉力N和彎矩M共同作用的矩形截面構(gòu)件。在彈性階段（圖22-6(a)），截面邊緣纖維最大拉應(yīng)力為第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

當(dāng)σmax=fy時(shí)，截面受拉區(qū)邊緣纖維達(dá)到屈服強(qiáng)度（圖22-6（b））。隨著荷載繼續(xù)增大，受拉一側(cè)的塑性區(qū)向截面內(nèi)部發(fā)展，繼而截面另一邊纖維的壓力也達(dá)到屈服強(qiáng)度，部分受壓區(qū)纖維也進(jìn)入塑性狀態(tài)，構(gòu)件截面處于彈塑性工作階段（圖22-6（c））。最終全截面進(jìn)入塑性區(qū)形成塑性鉸（圖22-6（d）），達(dá)到強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)。22-1第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-6拉彎構(gòu)件截面的應(yīng)力狀態(tài)第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

表22-1續(xù)第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件三、拉彎、壓彎構(gòu)件的剛度

拉彎、壓彎構(gòu)件的剛度除個(gè)別情況（如彎矩較大、軸力較小或有其他特殊要求）需進(jìn)行變形驗(yàn)算外，一般仍采用長(zhǎng)細(xì)比來(lái)控制，即式中［λ］——構(gòu)件容許長(zhǎng)細(xì)比，見(jiàn)表20-1、表20-2。22-422.2實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定一、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定

單向壓彎構(gòu)件由于彎矩通常繞截面強(qiáng)軸作用（在最大剛度平面內(nèi)），因此構(gòu)件既可能發(fā)生在彎矩作用平面內(nèi)的彎曲屈曲，稱(chēng)為平面內(nèi)失穩(wěn)；也可能發(fā)生在彎矩作用平面外的彎扭屈曲，稱(chēng)為平面外失穩(wěn)。故對(duì)壓彎構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行彎矩作用平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定計(jì)算。實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算公式參見(jiàn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件當(dāng)壓彎構(gòu)件的彎矩作用于截面的較大剛度平面內(nèi)時(shí)，如果構(gòu)件在側(cè)向沒(méi)有可靠的支承阻止其側(cè)向撓曲變形，由于構(gòu)件在垂直于彎矩作用平面的剛度較小，構(gòu)件就可能在彎矩作用平面外發(fā)生側(cè)向彎扭屈曲而破壞，如圖22-8所示。實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗(yàn)算公式參見(jiàn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-8彎矩作用平面外的彎扭屈曲二、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件21-1第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件22.3格構(gòu)式壓彎構(gòu)件簡(jiǎn)介

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件截面有實(shí)軸和虛軸之分，常用截面形式如圖22.9所示圖22.9格構(gòu)式壓彎構(gòu)件常用截面

1.強(qiáng)度計(jì)算格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式為當(dāng)彎矩繞虛軸作用時(shí)，取γx＝1.0；彎矩繞實(shí)軸作用，按表22-1取值。22-5第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

2.穩(wěn)定計(jì)算

格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相比有一些不同之處，計(jì)算公式參見(jiàn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。

3.剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算仍按長(zhǎng)細(xì)比控制，僅對(duì)虛軸取換算長(zhǎng)細(xì)比。

4.構(gòu)造規(guī)定與格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件相同。第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件22.4柱腳

柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳遞給基礎(chǔ)并與基礎(chǔ)固定。由于柱腳的耗鋼量大、制造費(fèi)工，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，盡可能符合結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并便于安裝固定

第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件鉸接柱腳主要用于軸心受壓柱，圖22-10是常用的鉸接柱腳的幾種形式。圖22-10a所示為鉸接柱腳的最簡(jiǎn)單形式，柱身壓力通過(guò)柱端與底板間的焊縫傳給底板，底板再傳給基礎(chǔ)，它只適用于柱軸力很小柱。當(dāng)柱軸力較大時(shí)，可采用圖22-10b、c、d的形式，由于增設(shè)了靴梁、隔板、肋板，可使柱端和底板間的焊縫長(zhǎng)度增加，焊腳尺寸減小。同時(shí)，底板因被靴梁分成幾個(gè)較小的區(qū)格，減小了底板在基礎(chǔ)反力作用下的最大彎矩值，底板厚度亦可減小。當(dāng)采用靴梁后，底板的彎矩值仍較大時(shí)，可再采用隔板和肋板。一、柱腳的形式和構(gòu)造柱腳按其與基礎(chǔ)的連接方式，分為鉸接和剛接兩類(lèi)。不論是軸心受壓柱、框架柱或壓彎構(gòu)件，這兩種形式均有采用。但軸心受壓柱常用鉸接柱腳，而框架柱則多用剛接柱腳。本節(jié)只講述鉸接柱腳。第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-10鉸接柱腳(一）第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件圖22-10鉸接柱腳（二）第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件柱腳通過(guò)錨栓固定于基礎(chǔ)。鉸接柱腳只沿著一條軸線設(shè)置兩個(gè)連接在底板上的錨栓，錨栓的直徑一般為20~25mm。為便于柱的安裝和調(diào)整，底板上的錨栓孔的孔徑應(yīng)比錨栓直徑大1~1.5倍或做成U形缺口。最后固定時(shí)，應(yīng)用孔徑比錨栓直徑大1~2mm的錨栓墊板套住錨栓并與底板焊固。二、軸心受壓柱腳軸心受壓柱腳的計(jì)算包括按所承受的軸心壓力確定底板的尺寸、靴梁尺寸以及它們之間的連接焊縫尺寸。柱腳的剪力一般數(shù)值不大，可由底板與基礎(chǔ)表面間的摩擦力傳遞，必要時(shí)可設(shè)置抗剪鍵，圖22-10b所示。第22章拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件

三、壓彎柱腳壓彎構(gòu)件與基礎(chǔ)的連接有鉸接和剛接兩種形式，鉸接柱腳的構(gòu)造和計(jì)算與第20章軸心受壓相同。剛接柱腳要求能傳遞