鋼結構制作與安裝（第4版）課件：鋼結構構件

鋼結構構件課題1軸心受力構件軸心受力構件——構件承受通過截面形心軸線的軸向力作用。圖

軸心受力構件在工程中的應用

桁架；(b)塔架；(c)網架1.概述軸心受力構件截面形式分為：實腹式和格構式實腹式截面格構式截面格構式構件由肢件和綴材組成。肢件就是受力件，一般是型鋼。綴材是把肢件連成整體，并能承擔剪力，分為綴條、綴板。綴條由角鋼組成橫、斜桿；綴板由鋼板組成。

圖

柱的組成軸心受力構件的設計內容應滿足承載能力與正常使用兩種極限狀態(tài)的要求。

軸心受力構件軸心受拉構件軸心受壓構件強度剛度強度剛度穩(wěn)定f—鋼材強度設計值，An—構件凈截面面積(a)彈性狀態(tài)應力；(b)極限狀態(tài)應力2.1強度計算2.軸心受力構件的強度和剛度

a）構件凈截面面積計算An?、?Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面的較小面積計算(a)(b)(c)(d)圖

凈截面面積計算孔前傳力Nb）摩擦型高強螺栓連接的構件n1—計算截面上的螺栓數。n—連接一側螺栓數；計算截面上的力為：N圖

高強度螺栓的孔前傳力摩擦型高強螺栓凈截面強度：摩擦型高強螺栓還應驗算毛截面強度：N′---計算截面上的受到的力保證構件在運輸、安裝、使用時不會產生過大變形。2.2剛度計算項次構件名稱承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構直接承受動力荷載的結構一般建筑結構有重級工作制吊車的廠房1桁架的桿件3502502502吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐300200—3其他拉桿、支撐、系桿(張緊的圓鋼除外)400350—

表

受拉構件的容許長細比受拉構件的極限承載力一般由強度控制，設計時只考慮強度和剛度。所謂的穩(wěn)定是指結構或構件受載變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。細長的軸心受壓構件受外力作用后，不能保持平衡的穩(wěn)定性，構件產生變形而喪失承載能力，這種現象稱為喪失整體穩(wěn)定性，或稱屈曲。3.1整體穩(wěn)定3.軸心受壓構件的穩(wěn)定（1）理想的軸心受壓桿：理想軸心受壓構件的屈曲（2）理想軸心壓桿的屈曲形式：

桿件筆直、截面均勻、無初始應力、無初偏心、無初彎曲等缺陷。

彎曲屈曲

扭轉屈曲

彎扭屈曲1）彎曲屈曲——截面只繞一個主軸旋轉，桿縱軸由直線變?yōu)榍€，是雙軸對稱截面常見的失穩(wěn)形式。2）扭轉失穩(wěn)——失穩(wěn)時各截面均繞縱軸扭轉，是少數雙軸對稱截面可能發(fā)生的失穩(wěn)形式。3）彎扭失穩(wěn)——單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時，桿件發(fā)生彎曲變形的同時必然伴隨著扭轉。理想軸心受壓構件的彈性彎曲屈曲兩端鉸支的理想細長壓桿，當Ｎ較小時，桿件保持直線平衡狀態(tài)。當壓力Ｎ增大時，桿件呈微彎曲平衡狀態(tài)，這種現象稱為平衡的“分枝”。當Ｎ超過某一數值時，桿件產生很大的彎曲變形，隨即破壞，即“屈曲”。根據平衡方程解得（歐拉臨界力）（歐拉臨界應力）在彈性范圍內適用，即；屈曲臨界力與抗彎剛度和構件長度有關。構件失穩(wěn)時如果截面應力超出彈性極限，則構件進入彈塑性工作階段，這時應按切線模量理論進行分析。理想軸心受壓構件的彈塑性彎曲屈曲

實際的軸心受壓構件：桿件有初彎曲、荷載作用有初偏心、截面上有殘余應力。實際軸心受壓構件的穩(wěn)定屬于第二類穩(wěn)定問題結構（構件）從受力開始到破壞沒有平衡狀態(tài)分岔，臨界狀態(tài)表現為不能再承受荷載增量。初始缺陷初始缺陷對軸心受壓桿件穩(wěn)定承載力的影響

幾何缺陷：初彎曲、初偏心等力學缺陷：殘余應力、材料不均勻等

軸心受壓構件的柱子曲線壓桿失穩(wěn)時臨界應力

cr與長細比之間的關系曲線稱為柱子曲線。

a類為殘余應力影響較小，c類為殘余應力影響較大，并有彎扭失穩(wěn)影響，a、c類之間為b類，d類厚板工字鋼繞弱軸。軸心受壓構件的截面分類——軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數，通過構件的長細比

查表得到。

3.2軸心受壓構件的整體穩(wěn)定計算

構件長細比

的確定①截面為雙軸對稱的構件：xxyy板件的局部穩(wěn)定問題

組成板件在整體失穩(wěn)之前不能保持其平面平衡狀態(tài)而發(fā)生波形凸曲，稱為局部失穩(wěn)。3.3局部穩(wěn)定采用限制板件寬度與厚度之比不要過大，否則臨界應力σcr

很低，會過早發(fā)生局部屈曲。使構件整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，稱作等穩(wěn)定性準則。軸心受壓構件組成板件的容許寬厚比板件寬厚比限值

工字形截面：

翼緣為三邊簡支、一邊自由的均勻受壓板腹板為四邊支承板說明：b'—翼緣自由外伸寬度；

λ—構件兩方向長細比的較大值。當λ＜30時，取λ=30；當λ＞100時，取λ=100。圓管截面：箱形截面：

軸壓構件的局部穩(wěn)定不滿足時的解決措施1、增加板件厚度；2、當腹板高厚比不滿足以上規(guī)定，在計算構件的強度和穩(wěn)定性時，腹板截面取有效截面，即取腹板計算高度范圍內兩側各為，但計算構件的穩(wěn)定系數時仍取全截面；3、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10tw。(1)實腹式軸心壓柱的截面形式熱軋型鋼組合截面4.軸心受壓柱的設計截面的選取原則2.盡量滿足兩主軸方向的等穩(wěn)定要求，即： ，以達到經濟要求；1.截面積的分布盡量展開，增加慣性矩和回轉半徑，提高整體穩(wěn)定性和剛度；3.便于連接，構造簡單，易加工制作，易取材。(2)截面的設計步驟1.截面面積A的確定： 假定λ=50～100，當壓力大而桿長小時取小值，反之取大值。2.求兩主軸方向的回轉半徑：(3).根據A和ix、iy，優(yōu)先選用軋制型鋼。型鋼截面不滿足時，選用組合截面，組合截面的尺寸可由回轉半徑確定:(4).由求得的A、h、b，綜合考慮構造、局部穩(wěn)定、鋼材規(guī)格等，確定截面尺寸。

(5)截面驗算：

截面有削弱時，進行強度驗算；整體穩(wěn)定驗算；局部穩(wěn)定驗算；對于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進行局部穩(wěn)定的驗算。剛度驗算；構造要求。課題2受彎構件實腹式受彎構件格構式受彎構件(1)實腹式受彎構件—梁按制作方法梁的分為：型鋼梁、組合梁當跨度和荷載較小時，采用熱軋型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁；當型鋼梁不滿足要求時，采用組合梁，組合梁用鋼板焊接、鉚接或螺栓連接而成。如工字型梁、箱行梁。1.受彎構件的形式和應用實腹式受彎構件格構式受彎構件實腹式受彎構件格構式受彎構件

(2)格構式受彎構件—桁架主要承受橫向荷載的受彎構件稱為桁架。梁式桁架的形式強度剛度

梁受彎時各階段正應力的分布情況

b.彈性階段c.彈塑性階段d.塑性階段2.受彎構件的強度和剛度

（1）梁的強度

1）梁的抗彎強度強度剛度Mx、My---繞x軸和y軸的彎矩Wnx、Wny---對x軸和y軸的凈截面模量時，工字截面γx=1.0

當抗彎強度不足,用增大梁高h的方法解決。在Mx作用下在Mx和My作用下γx、γy---截面塑性發(fā)展系數,工字截面γx=1.05,γy=1.2

動力荷載作用γx=γy=1.0強度剛度截面塑性發(fā)展系數γx、γy值強度剛度截面塑性發(fā)展系數γx、γy值續(xù)表強度剛度I—毛截面慣性矩；S—中和軸以上毛截面對中和軸的面積矩；tw—腹板厚度；fv—鋼材的抗剪強度設計值。V—計算截面沿腹板平面作用的剪力；maxbτtwmaxτhtbhV=1.5maxτho腹板剪應力

2）梁的抗剪強度抗剪強度不足,用增大腹板厚度tw的方法解決。強度剛度

lz–腹板的假定壓力分布長度

F–集中荷載(動荷考慮動力系數)；ψ–系數,重級工作制吊車輪壓1.35,其他1.0；A–支承長度吊車輪壓取50mm

梁中部lz=a+5hy+2hR

梁端

lz=a+2.5hy+a1

hR–軌道高度

hy–自梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離梁的局部受壓3）梁的局部承壓強度強度剛度局部壓應力(a)梁端

lz=a+2.5hy+a1強度剛度梁中部lz=a+5hy+2hR

(b)(c)局部壓應力強度剛度組合梁腹板計算高度邊緣處,可能同時受較大的正應力、剪應力和局部壓應力σ、σc

、τ—腹板根部同一點處同時產生的應力，

σ、σc拉為正，壓為負β1：σ、σc同號取1.1，異號取1.2t1b復雜應力4）梁在復雜應力作用下的強度計算強度剛度（2）

梁的剛度v≦[v]V

--由荷載標準值產生的最大撓度[v]--梁的容許撓度或l

–梁的跨度整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證3.梁整體穩(wěn)定的概念強度---彎曲失穩(wěn)—彎曲+扭轉MyzMxMzM(b)(a)梁的整體失穩(wěn)整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

臨界彎矩：梁維持穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔的最大彎矩荷載作用位置有關。式和橫向荷載類型、梁端支承方梁的側扭屈曲系數,與—模量；鋼材的彈性模量和剪變—、之間的距離）；（受壓翼緣側向支承點梁受壓翼緣的自由長度—梁毛截面扭轉慣性矩；—性矩；軸（弱軸）的毛截面慣梁對—bGElIyIty1<荷載種類.1荷載作用位置.2

影響臨界彎矩的因素整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證梁的支承情況受壓翼緣側向支承點間距抗扭剛度側向抗彎剛度.6.5.4.31lGIEIty整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

1）梁整體穩(wěn)定的保證當符合下列情況之一時，梁的整體穩(wěn)定可得到保證：1、有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側移和扭轉時。2、工字形截面簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比

l1/b1不超過下表所規(guī)定的數值時；工字形截面簡支梁不需計算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1值跨中無側向支承，荷載作用在跨中有側向支承，不論荷載作用于何處上翼緣下翼緣

整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證Mx—繞強軸作用的最大彎矩；Wx—毛截面模量；φb—梁的整體穩(wěn)定系數。

當不滿足前述不必計算整體穩(wěn)定條件時，應對當梁的整體穩(wěn)定進行計算：2）

梁的整體穩(wěn)定計算方法整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證

梁的整體穩(wěn)定系數的計算

1、焊接工字形等截面簡支梁和H型鋼簡支梁yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ()()軸的慣性矩。翼緣對分別是受拉翼緣和受壓和，加強受拉翼緣：：加強受壓翼緣：對單軸對稱工字型截面對雙軸對稱截面，截面不對稱影響系數，—yIIIIIbbbbbbb21211/12128.00+=-=-==aahahhh整體穩(wěn)定的概念整體穩(wěn)定的保證2、軋制普通工字鋼簡支梁4、雙軸對稱工字形等截面（含H型鋼）懸臂梁3、軋制槽鋼簡支梁（2）

梁的局部穩(wěn)定

梁在強度破壞和喪失整體穩(wěn)定之前，梁的組成板件會偏離原來的平面位置而發(fā)生波形鼓曲，這種現象稱為梁喪失局部穩(wěn)定。熱軋型鋼梁，滿足局部穩(wěn)定的尺寸要求，不必驗算。鋼板連成的組合梁，需驗算局部穩(wěn)定。翼緣腹板

梁局部失穩(wěn)腹板的局部穩(wěn)定翼緣的局部穩(wěn)定腹板的局部穩(wěn)定橫向加勁肋：防止由剪應力和局部壓應力引起的腹板失穩(wěn)；提高梁腹板局部穩(wěn)定可采取以下措施：①加大腹板厚度—不經濟②設置加勁肋—經濟有效腹板的局部穩(wěn)定翼緣的局部穩(wěn)定縱向加勁肋：防止由彎曲壓應力引起的腹板失穩(wěn)，通常布置在受壓區(qū)；短加勁肋：防止局部壓應力引起的失穩(wěn)，布置在受壓區(qū)。同時設有橫向和縱向加勁肋時，斷縱不斷橫。腹板的局部穩(wěn)定◆《規(guī)范》對梁腹板加勁肋布置的規(guī)定如下：yftw當ho23580/￡(1)可不設,有局部壓應力按構造設置橫肋yftw當ho23580/>(2)應設置橫肋，并滿足構造要求和計算要求局部壓應力很大的梁，尚宜在受壓區(qū)配置短橫向加勁肋。支座及上翼緣有較大集中荷載處設支承加勁肋(3)(5)(4)yftw

ho235250/任何情況下，≤課題3拉彎和壓彎構件1.概述

壓彎(拉彎)構件：同時承受軸向力和彎矩的結構稱為壓彎(或拉彎)構件。拉壓彎構件

產生原因：偏心荷載、橫向荷載、彎距作用

拉彎構件的承載能力由強度條件控制壓彎構件就要同時考慮強度和穩(wěn)定性兩方面的要求。

1．單向拉彎、壓彎構件按下式計算截面強度：

2．雙向拉彎、壓彎構件計算截面強度：

2.拉彎和壓彎構件的強度3.拉彎和壓彎構件的剛度拉彎和壓彎構件的允許長細比同軸心受力構件計算公式相同。

拉彎和壓彎構件的允許長細比[λ]同軸心受力構件

4.壓彎構件的整體穩(wěn)定性

(1)彎矩作用平面內的穩(wěn)定計算式：彎矩作用平面內的穩(wěn)定—

平面內軸心受壓構件的穩(wěn)定系數；—

壓彎構件的最大彎距設計值；—

參數；—

等效彎距系數；—

平面內對較大受壓纖維的毛截面抵抗矩NNM1M2各種情況的等效彎矩系數，規(guī)范具體規(guī)定如下：（1）懸臂構件，（2）框架柱和兩端有支撐的構件①無橫向荷載M1和M2為端彎矩，使構件件產生同向曲率取同號，使構件產生反向曲率時取異號NNM1M2使構件產生同向曲率時，使構件產生