第五讲 轴心受力构件与拉弯压弯构件

1、第五讲第五讲轴心受力构件和拉弯压弯构件轴心受力构件和拉弯压弯构件51 轴心受力构件概述常用于：桁架、塔架、网架及工作平台的支柱。包括：轴心受拉构件、轴心受压构件。 轴心压杆也经常用作工业建筑的工作平台支柱。柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。柱头用来支承平台梁或桁架，柱脚的作用是将压力传至基础。实腹式构件格构式构件 除有孔洞削弱的杆件外，轴压构件主要由稳定控制，因此应尽量使截面开展，截面惯性矩增大。轴心受力构件应满足两个极限状态：第一极限状态第二极限状态: 限制构件变形（刚度），通过限制 长细比达到。轴拉：验算强度轴压：验算强度、稳定整体稳定局部单肢52 轴心受力构件的强度和刚度一般情况下NAfn

2、N 轴心压力或拉力；An 净截面面积5 .2 .1 强度计算NNee1eee1eaNN并列布置An A n1 d0 t错列布置 截面 An1 A 3 d0 t 截面)deae( tAn02212542 截面)deaee( tAn022134222321nnnnA,A,AminA v 普通螺栓连接处构件净截面面积计算NNNNNNv 摩擦型高强度螺栓连接处构件净截面强度计算N)nn.(N1501fANn同时fAN5.2.2 刚度轴心受力构件的刚度用长细比来衡量il0150350受拉构件受压构件0 xxxil0yyyilAIixxAIiyy5.2.3 轴心拉杆的设计v 实腹式轴心受拉构件截面的选择根

3、据 ，可求 ，选择截面。m ax,xyfANnnA 受拉构件没有整体稳定和局部稳定问题，设计时只考虑强度和刚度。 钢材比其他材料更适合于受拉，所以钢拉杆不但用于钢结构，还用于钢与钢筋混凝土或木材的组合结构。此种组合结构的受压构件用钢筋混凝土或木材制作，而拉杆用钢材做成。5.3.1.1 整体稳定的临界力确定方法5.3.1.2 轴心受压构件的柱子曲线即压杆的cr-关系曲线。NAfffcrRyyfAN或5.3.1.3 轴心受压构件的整体稳定计算A毛截面面积；ycrf其中： 轴心受压构件的稳定系数。根据表6.4截面分类和构件的长细比按附表1.1附表1.4查处。与钢号、及构件的截面形式、加工方法和所绕主

4、轴等有关。值可以拟合柏利（Perry）公式的形式来表达yEyEyEycrffff4)1(1)1(121200式中的0值实质为考虑初弯曲、残余应力等综合影响的等效初弯曲率。对于规范中采用的四条柱子曲线， 0的取值为：a类截面：b类截面：c类截面：d类截面：014. 0152. 00035. 0300. 00时）05. 1(094. 0595. 00时）05. 1(216. 0302. 00时）05. 1(132. 0915. 00时）05. 1(375. 0432. 00Efy 上述0值只适用于当 （相当于 ）时，将以上0值代人上式中，就是附表1.11.4中当 时的值表达式。式中：无量纲长细比2

5、15. 0yf/23520215. 0 当 （即 ）时，公式不再适用，规范采用一条近似曲线，使其在 相衔接，即：系数1分别等于0.41（a类截面）、0.65（b类截面）、0.73（c类截面）和1.35（d类截面）。215. 0yf/235200215. 0和2115.3.2 局部稳定式中 板边缘的弹性约束系数； 屈曲系数； 弹性模量折减系数，根据轴心受压构件局部稳定的试验资料，可取为：在单向压力作用下，板的临界应力222112)bt()(EcrE/f)E/f.(.yy2202480110130yf)bt()(E222112 局部稳定验算考虑等稳定性，保证板件的局部失稳临界应力不小于构件整体稳定

6、的临界应力，即 式中的 可用Perry公式表达。由此 可确定出板件宽厚比的限值。（一） 工字形截面（1）翼缘 半个翼缘可视为三边简支一边自由的均匀受压板，取=0.425， =1.0。根椐ycrf板经简化得yf).(tb2351010h0htwtbt构件最大长细比， 30时，取30，大于100时，取100。采用不同钢号时的换算系数。yf235(2)腹板 腹板可视为四边支承板， = 4 ，翼缘对腹板是弹性嵌固 =1.3。根椐ycrf板经简化得htfwy0250 5235(.)构件最大长细比， 30时，取30，大于100时，取100。th0hwtcryf板 0 95.规范取fNmmy 2352htw

7、046htfwy040235th0hwt1b0b1b（二） 箱形截面（1）腹板01.取令4可得yftb235400（2）翼缘板中间部分yftb235)2 . 015(11yftb235)1 .010(1bb1tt（三）T形截面翼缘腹板（1） 剖分T形截面（2）两板焊接T形截面yftb235)17. 013(11腹板腹板的宽厚比比翼缘大得多，受到翼缘的约束作用。相对剖分截面，残余应力较大。各种截面构件的板件宽厚比限值见表。v 当腹板的高厚比超过规定限值 时，可通过以下方法解决：1. 一般调整厚度或宽度；2. 一些截面高度较大的柱子，经计 算认为合理时，可在腹板中央设 一根纵肋 ；3. 听任 tw

8、 不满足要求，腹板丧 失稳定，而在计算构件的强 度和稳定时，仅考虑腹板各 的部分截面工作， 但 仍按全截面计算。2 02 3 5tfwyfANe5.4 轴心受压柱的设计5.4.1 实腹柱设计5.4.1.1 截面形式 实腹式轴心受压柱一般采用双轴对称截面，以避免弯扭失稳。 常用截面形式有轧制普通工字钢、H型钢、焊接工字形截面、型钢和钢板的组合截面、圆管和方管截面等。 选择轴心受压实腹柱的截面时，应考虑以下几个原则：面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整体稳定性和刚度；使两个主轴方向等稳定性，即使 ，以达到经济的效果；便于与其他构件进行连接 ；尽可能构造简单，制造省工，取材

9、方便。yx 首先按上述原则选定合适的截面形式，再初步选择截面尺寸，然后进行强度、整体稳定、局部稳定、刚度等的验算。 由于 ，A、均未知，只能先假定，初选截面，然后验算。fAN5.4.1.2 截面设计1. 截面尺寸的初步确定（1）假定，一般取 60 100。N 大，且 l0 小时， 取较小值；反之， 取较大值。 根据假定的，查，计算出所需的fNAToxTxlioyTyli（2）确定尺寸，分为两种情况若采用型钢截面 根据 、 、 ，按附录型钢表，查出大致符合要求的型钢号。TATxiTxi若采用组合截面 根据 、 、 ，按表查出系数、，初选组合截面的轮廓尺寸， 然后由局部稳定条件和 选择板件厚度。T

10、ATxiTxi12,ihTxT1,ibTyT2TA2. 截面验算fANnm ax,xyfAN及局部稳定条件（整体稳定）（强度）（刚度）5.4.1.3 构造要求（1）当 应设横向加劲肋。时，800wth，mmhbs40300，15ssbt 03h间距（2）翼缘与腹板间焊缝一般按构造设计。5.4.2 格构柱的截面形式缀件缀条缀板格构式柱包括柱肢和缀件两部分。5.4.3 柱子的构造要求1. 实腹式（1）当 应设横向加劲肋。时，800wth，mmhbs40300，15ssbt 03h间距（2）在运送单元的端部应设置横隔。8mh 或间距922wstbbsstmmt128（3）翼缘与腹板间焊缝一般按构造设

11、计。2. 格构式 设置横隔与实腹式相同。设计原则： 传力明确、传力过程简捷、安全可靠、经济合理，有足够的刚度而构造又不复杂。柱头和柱脚的设计包括构造设计传力过程分析各零部件与连接的计算55轴心受压柱的柱头和柱脚5.5.1 柱头梁支承在柱顶上。（单层）梁与柱铰接。 顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取1620mm。为了便于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。 梁的反力通过支承加劲肋直接传给柱的翼缘。两相邻梁之间留一空隙，以便于安装，最后用夹板和构造螺栓连接。这种连接方式构造简单，对梁长度尺寸的制作要求不高。缺点是当柱顶两侧梁的反力不等时将使柱偏心受压。 梁的反力通过端部加劲肋的突出部分如传给柱的轴线

12、附近，因此即使两相邻梁的反力不等，柱仍接近于轴心受压。梁端加劲肋的底面应刨平顶紧于柱顶板。由于梁的反力大部分传给柱的腹板，因而腹板不能太薄且必须用加劲肋加强。两相邻梁之间可留一些空隙，安装时嵌入合适尺寸的填板并用普通螺栓连接。 格构式柱，为了保证传力均匀并托住顶板，应在两柱肢之间设置竖向隔板。 连于柱的侧面。（多层） 支托可采用T形、也可用厚钢板做成。用厚钢板做支托的方案适用于承受较大的压力，但制作与安装的精度要求较高。支托的端面必须刨平。考虑到荷载偏心的不利影响，支托与柱的连接焊缝按梁支座反力的1.25倍计算。梁端与柱间应留空隙加填板并设置构造螺栓。当两侧梁的支座反力相差较大时，按压弯柱计算。1. 构造设计2. 传力过程分析N端面承压垫板底面承压顶板加劲肋端面承压或焊缝焊缝柱身 q 实腹式柱头设计（看书）梁与柱刚接5.5.2 柱脚铰接柱脚使柱身的内力可靠地传给基础，并和基础牢固连接。 是一种最简单的柱脚构造形式，柱中压力由焊缝传至底板，再传给基础。这种柱脚只能用于小型柱。 都增设一些中间传力零件，如靴梁、隔板和肋板等，以增加柱与底板的连接焊缝长度，并且将底板分隔成几个区格，使底板的弯矩减小，厚度减薄。 （b）实腹式柱；（c）格构式柱