钢结构基础-拉弯和压弯构件

第六章拉弯和和压弯弯构件件大纲要要求:1、了解解拉弯弯和压压弯构构件的的应用用和截截面形形式；；2、了解解压弯弯构件件整体体稳定定的基基本原原理；；掌握其其计算算方法法；5、掌握实实腹式式压弯弯构件件设计计方法法及其其主要要的构构造要要求；4、掌握拉拉弯和和压弯弯的强强度和和刚度度计算算;3、了解解实腹腹式压压弯构构件局局部稳稳定的的基本本原理理；掌握其其计算方法法；6、掌握格格构式式压弯弯构件件设计计方法法及其其主要要的构构造要要求；§6-1概述一、应应用一般工工业厂厂房和和多层层房屋屋的框框架柱柱均为为拉弯和和压弯弯构件件。NMNe二、截截面形形式三、计计算内内容拉弯构构件：：承载能能力极极限状状态：：强度正常使使用极极限状状态：：刚度压弯构构件：：强度稳定实腹式

格构式

弯矩作用在实轴上弯矩作用在虚轴上(分肢稳定)整体稳定局部稳定平面内稳定

平面外稳定

承载能能力极极限状状态正常使使用极极限状状态刚度第二节节拉拉弯弯和压压弯构构件的的强度度计算算当受力力最不不利的的截面面处出出现塑塑性铰铰时，，认为为达到到强度度极限限状态态。以以矩形形截面面为例例截面出出现塑塑性铰铰时可列列出平平衡方方程：：若只有有轴力力，则则最大大轴力力：若只有有弯矩矩，则则最大大弯矩矩：代入上上式得得：以工字字形截截面压压弯构构件为为例：hhwAfAfAwfy(A)(A)弹性工工作阶阶段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工工作阶阶段—塑性铰铰(强度极极限)(B)最大压压应力力一侧侧截面面部分分屈服服(C)截面两两侧均均有部部分屈屈服ηhηhh-2ηh对于工工字形形截面面压弯弯构件件，由由图（（D）内力力平衡衡条件件可得得，N、M无量纲纲相关关曲线线：N、M无量纲纲相关关曲线线是一一条外外凸曲曲线，，规范范为简简化计计算采采用直直线代代替，，其方方程为为：01.01.0式中：：由于全全截面面达到到塑性性状态态后，，变形形过大大，因因此规规范对对不同同截面面限制制其塑塑性发发展区区域为为（1/8-1/4）h因此，，令：：并并引入入抗力力分项项系数数，得得：上式即即为规规范给给定的的在N、Mx作用下下的强强度计计算公公式。。对于在在N、Mx、My作用下下的强强度计计算公公式，，规范范采用用了与与上式式相衔衔接的的线形形公式式：——两个主轴方向的弯矩——两个主轴方向的塑性发展因数如工字形，当直接承受动动力荷载时，，其他截面的塑塑性发展系数数见教材。第三节压弯弯构件的稳定定计算一、压弯构件件在弯矩作用用平面内的失失稳现象对构件侧向有有足够支承的的压弯构件，，在轴线压力力N和弯矩M的共同作用下下，可能在弯弯矩作用平面面内发生整体体的弯曲失稳稳。yXyXXXyy二、压弯构件件在弯矩作用用平面内的弹弹性性能对弹性压弯构构件，如用等等效初弯曲表表示综综合缺陷，以以截面边缘纤纤维的应力开开始屈服作为为平面内稳定定承载能力的的计算准则，，有：1：边缘屈服准则则容许截面塑性性深入，以具具有各种初始始缺陷的构件件为计算模型型，求解其极极限承载能力力2：最大强度准则则考虑一定初弯弯曲和实测残残余应力数值值计算得到200条相关曲线3：规范公式修修正得规范βmx对作出具体规规定：1、框架柱和两两端支承构件件（1）没有横向荷荷载作用时：：M1、M2为端弯矩，无无反弯点时取取同号，否则取异号，｜M1｜≥｜M2｜（2）有端弯矩和和横向荷载同同时作用时:使构件产生同同向曲率时:βmx=1.0使构件产生反反向曲率时:βmx=0.85（3）仅有横向荷荷载时：βmx=1.02、悬臂构件:βmx=1.0对于单轴对称称截面，当弯弯矩使较大翼翼缘受压时，，受拉区可能能先受拉出现现塑性，为此此应满足：三、弯矩作用用平面外的稳稳定弯矩作用平面面外稳定的机机理与梁失稳稳的机理相同同，因此其失失稳形式也相相同——平面外弯扭屈屈曲。基本假定：1、由于平面外外截面刚度很很大，故忽略略该平面的挠挠曲变形。2．杆件两端铰铰接，但不能能绕纵轴转动动。3．材料为弹性性。规范关于取取值规定1、弯矩作用平面面外为悬臂的的构件2、弯矩作用平平面外有支撑撑的构件（1）无横向荷载载作用时构件无反弯点点时取同号，，有反弯点时时取异号（2）有端弯矩和和横向荷载作作用时（3）无端弯矩，，但有横向荷荷载对于不产生扭扭转的双轴对称截面面(包括箱形截面面)，当弯矩作用用在两个主平平面时，公式式可以推广验验算稳定：及第4节实腹式压压弯构件的局局部稳定1、翼缘的局部部稳定因压弯构件中中翼缘的受力力情况与梁翼翼缘的受力情情况基本相同同，接近均匀匀分布，计算算式同梁翼缘缘第4节实腹式压压弯构件的局局部稳定2、腹板的局部部稳定压弯构件腹板板的屈曲应力力除与板的宽厚厚比有关外，，还与剪应力力大小，截面面正应力分布布及截面塑性性发展有关。。规范考虑到腹腹板的塑性发发展应与构件件的长细比有有关，并注意意了与轴压构构件、受弯构构件的衔接，，提出实用计算算公式。——应力梯度工字形截面压压弯柱腹板的的受力状态，，四边简支，，二对边承受受单向线性分分布压应力，，同时四边承承受均布剪应应力的作用。。——腹板计算高度度边缘的最大大压应力——腹板计算高度度另一边缘相相应的应力，，压应力取正，拉应力力取负第4节实腹式压压弯构件的局局部稳定（1）工字形截面面第4节实腹式压压弯构件的局局部稳定（2）T形截面第4节实腹式压压弯构件的局局部稳定（3）箱形截面三、实腹式压压弯构件的局局部稳定规范采用了限限制板件的宽宽厚比的方法法。端部约束条件件比较简单的的单根压弯构构件，利用计计算长度系数数m直接得到计算算长度：l0＝ml框架柱计算长长度根据上下下端构件间约约束情况计算算§6-5压弯构件（框框架柱）的计计算长度简单约束情况况压弯构件计计算长度计算算：一、截面选择择1、对于N大、M小的构件，可可参照轴压构构件初估；2、对于N小、M大的构件，可可参照受弯构构件初估；因影响因素多多，很难一次次确定。二、截面验算算1、强度验算2、整体稳定验验算3、局部稳定验验算—组合截面4、刚度验算三、构造要求求§6.6实腹式压弯构构件的设计截面高度要求求较大的压弯弯构件常采用用格构式形式式，且由于存存在较大剪力力，通常采用用缀条式弯距不大或正正负弯距绝对对值相差不大大时可用对称称截面正负弯距绝对对值相差较大大时常采用不不对称截面，，受压较大一侧侧采用较大的的肢件§6.7格构式压弯构构件的计算强度计算同前。格构式压弯构构件弯距作用用平面内整体体稳定：格构式压弯构构件通常使弯弯距绕虚轴作作用；不考虑截面塑塑性的发展深深入，采用边边缘屈服准则则导出公式：：1弯距绕虚轴作作用的格构式式压弯构件W1x＝Ix/y0，Ix为对x轴（虚轴）的的毛截面惯性性矩y0为x轴到压力较大大分肢轴心距距离和到该分分肢腹板边缘缘距离的较大大值分肢的稳定计计算弯距绕虚轴作作用的格构式式构件，弯距作用平面面外的整体稳定性性由分肢稳定定计算保证每个分肢可视视为一个单独独的轴心受压压（拉）构件件将整个构件视视为一平行桁桁架，两个分分肢为桁架体体系的弦杆，，分肢所受轴轴心力计算：缀条式分肢按按轴心压杆计计算，分肢计计算长度：缀材平面内取取缀条体系的的节间长度缀条平面外取取整个构件两两侧向支撑点点间的距离分肢1：分肢2：缀材的设计取构件实际剪力和按式（5.33）计算所得剪剪力两者中的较大值设计缀材：设计方法同轴轴心受压构件件相同：（5.33）V假定由各缀件件面共同承担担，对双肢格格构柱两个缀缀件面各承担担V1＝V/2按轴心压杆选选择截面弯距绕实轴作作用格构式压压弯构件受力力性能同实腹腹式压弯构件件完全相同，，构件绕实轴轴产生弯曲失失稳2弯距绕实轴作作用的格构式式压弯构件计算弯矩作用用平面外的整整体稳定时，，长细比应取取换算长细比比，整体稳定定系数取缀材所受剪力力按式（5.33）计算进行设设计（5.33）分肢的稳定计计算分肢按按实腹腹式压压弯构构件计计算分肢所所受轴轴力N和M分配原原则为为：分肢1分肢2整体稳稳定计计算公公式：：3双向受受弯的的格构构式压压弯构构件和NEx由换算算长细细比确确定W1y为在弯弯距My作用下下对较较大受受压纤纤维的的毛截截面模模量分肢的的稳定定计算算分肢稳稳定与与单向向受弯弯构件件稳定定一样样分肢所所受轴轴力N和M按照以以下原原则分分配：：分肢1分肢2格构柱柱无论论截面面大小小，均均应设设置横横隔设置方方法同同轴心心受压压格构构柱4格构柱柱的横横隔及及分肢肢的局局部稳稳定横膈的的间距距不得得大于于柱截截面较较大宽宽度的的9倍且不不得大大于8m运送单单元端端部应应设置置横隔隔较大水水平力力作用用处格构柱柱分肢肢局部部稳定定同实实腹式式柱梁与柱柱的连连接类类型：：铰接连连接——柱身只只承受受梁端端的竖竖向剪剪力，，梁与与柱轴轴线间间的夹夹角可可以自自由改改变，，节点点的转转动不不受约约束；；刚性连连接——柱身在在承受受梁端端竖向向剪力力的同同时，，还将将承受受梁端端传递递的弯弯矩，，梁与与柱轴轴线间间的夹夹角在在节点点转动动时保保持不不变；；半刚性性连接接（partiallyrestrainedconnection）——介于铰铰接连连接和和刚性性连接接之间间，这这种连连接除除承受受梁端端传来来的竖竖向剪剪力外外，还还可以以承受受一定定数量量的弯弯矩，，梁与与柱轴轴线间间的夹夹角在在节点点转动动时将将有所所改变变，受受到一一定程程度的的约束束§6-8框架中中梁与与柱的的连接接框架结结构梁梁柱连连接一一般为为刚接接实际工工程中中理想想刚接接很少少存在在的，，当梁梁柱节节点能能够承承受理理想刚刚性连连接弯弯矩的的90%以上时时，即即可认认为是是刚性性连接接梁柱刚刚性连连接框架柱柱柱脚脚类型型有铰铰接和和刚接接柱脚脚两种种：铰接柱柱脚只只传递递轴心心压力力和剪剪力，，构造造和计计算同同轴心心受压压柱柱柱脚相相同，，但需需采取取抗剪剪构造造措施施传递递剪力力刚接柱柱脚除除了传传递轴轴心压压力和和剪力力外，，还需需传递递弯距距框架柱柱多采采用刚刚接柱柱脚，，个别别单层层框架架采用用铰接接柱脚脚§6-9偏心受受压柱柱的柱柱脚设设计1、铰接接柱脚脚：同同轴压压柱脚脚2、刚接接柱脚脚1）整体体式刚刚性柱柱脚适用于于实腹腹柱及及分肢肢间距距小的的压弯弯构件件，常常2）分离离式刚刚性柱柱脚适用于分肢肢间距大