第四章轴心受力构件《钢结构基本原理》课件

Chapter4

第四章轴心受力构件§1-轴心受力构件的类型轴心受力构件轴心受压构件轴心受拉构件轴心受力构件截面形式：§2轴心受力构件的强度和刚度一、轴心受力构件的强度计算对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。其计算公式为An取值：

当轴心受力构件采用普通螺栓（或锚栓）连接时，若螺栓（或锚栓）为并列布置［图４-４（ａ）］，Aｎ按最危险截面Ⅰ—Ⅰ计算。若螺栓错排布置［图４-４（ｂ）］，构件可能沿正交截面Ⅰ—Ⅰ破坏，也可能沿锯齿状截面Ⅱ—Ⅱ破坏。Aｎ应通过计算比较确定，即取截面Ⅰ—Ⅰ和截面Ⅱ—Ⅱ两者较小者为净截面面积。An取值：对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力（图４-５）。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按式（４-２）和式（４-３）计算二、轴心受力构件的刚度计算按正常使用极限状态的要求，轴心受力构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。当轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。轴心受力构件对主轴x轴、y轴的长细比λｘ和λｙ应满足下列要求:一、整体稳定的计算1.整体稳定的临界应力确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法一般有下列四种。§3轴心受压构件的整体稳定a.屈曲准则弯曲屈曲扭转屈曲弯扭屈曲一、整体稳定的计算1.整体稳定的临界应力§3轴心受压构件的整体稳定b.边缘准则实际的轴心压杆与理想柱的受力性能之间是有很大差别的，这是因为实际轴心压杆是带有初始缺陷的构件。边缘屈服准则以有初偏心和初弯曲等的压杆为计算模型，截面边缘应力达到屈服点即视为压杆承载能力的极限。一、整体稳定的计计算1.整体稳定的临界应应力c.最大强度准则最大强度准则仍以以有初始缺陷（初初偏心、初弯曲和和残余应力等）的的压杆为依据，但但考虑塑性深入截面，以构件件最后破坏时所能能达到的最大轴心心压力值作为压杆杆的稳定极限承载载力。压杆失稳时临界应应力σｃｒ与长细比λ之间的关系曲线称称为柱子曲线。我我国现行《钢结构设计规范》所采用的轴心受压压柱子曲线是按最最大强度准则确定定的，计算结果与与国内各单位的试试验结果进行了比比较，较为吻合，，说明了计算理论论和方法的正确性性。现行《钢结构设计规范》在上述计算资料的的基础上，结合工工程实际，将这些些柱子曲线合并归归纳为四组，取每每组中柱子曲线的的平均值作为代表表曲线，即图４-１１中的ａ、ｂ、、ｃ、ｄ四条曲线线。在λ＝４０～１２０的的常用范围，柱子子曲线ａ比曲线ｂｂ高出４％～１５５％，而曲线ｃ比曲线线ｂ低７％～１３３％，ｄ曲线则更更低，主要用于厚厚板截面。2.轴心受压构件的整整体稳定计算轴心受压构件所受受应力应不大于整整体稳定的临界应应力，考虑抗力分分项系数γＲ后，即为《钢结构设计规范》对轴心受压构件的的整体稳定计算采采用下列形式:整体稳定系数φ值应根据表４-３、表４-４的截面分类和构构件的长细比，按按附表７-１～附表７-４查出整体稳定系数φ值应根据表４-３、表４-４的截面分类和构构件的长细比，按按附表７-１～附表７-４查出构件长细比应按照照下列规定确定：：(1)截面为双轴对称或或极对称的构件(2)截面为单轴对称的的构件对双板Ｔ形和槽形形等单轴对称截面面进行弯扭分析后后，认为绕对称轴轴（设为狔轴）的的稳定应取计及扭扭转效应的下列换换算长细比代替。。二、轴心受压构件件的局部稳定轴心受压构件都是是由一些板件组成成的，一般板件的的厚度与板的宽度度相比都较小，设设计时应考虑局部部稳定问题1.工字形截面稳定计计算（１）翼缘（２）腹板2.Ｔ形截面（２）腹板（１）翼缘3.箱形截面稳定计算算（１）受压翼缘（２）腹板2.圆钢管截面§4实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构构件一般采用双轴轴对称截面，避免免弯扭失稳。常用用截面形式有型钢钢截面和组合截面面两种形式。进行行实腹式轴心受压压构件的截面设计计时，根据内力大大小、计算长度、、加工量、材料供供应等情况综合进进行考虑。进行截面设计时，，应采取的原则包包括：面积的分布布尽量开展；两个个主轴方向尽量等等稳定性；便于与与其他构件进行连连接；尽可能构造造简单，制造省工工，取材方便。一、实腹式轴心受受压构件的截面设设计设计步骤（１）假定构件的的长细比，求出需需要的截面面积A。（２）求两个主轴轴所需要的回转半半径（３）由面积、回回转半径优先选用轧制型钢。一般假定λ＝５０～１００（４）由所需要的的A、h、b等，考虑构造要求求、局部稳定以及及钢材规格等，确确定截面的初选尺尺寸。（５）构件强度、、稳定和刚度验算算。§5格构式轴心受压构件的截面设计格构式轴心受压构构件一般由两个肢肢件组成，例如用用两根槽钢或Ｈ型型钢作为肢件，，肢件间用缀条或或缀板连成整体。。在柱的横截面上上穿过肢件腹板的的轴称为实轴；穿穿过两肢之间缀材材面的轴称为虚轴轴。缀条一般用单根角钢做做成，而缀板通常常用钢板做成。一、格构式轴心受受压构件绕虚轴的的换算长细比格构式构件绕实轴轴的稳定计算要求求和步骤与实腹式式构件相同。格构构式构件绕虚轴的的稳定计算：绕虚虚轴的整体稳定临临界力比长细比相相同的实腹式轴心心受压构件低。１．缀条式格构构式构件的换算长长细比２．缀板式格构构式构件的换算长长细比3．四肢格构式构件件的换算长细比4．三肢格构式构件件的换算长细比二、格构式轴心受受压构件的缀材设设计１．格构式轴心受受压构件的横向剪剪力２．缀条的设计计3．缀板的设计缀板柱可视为一多多层框架，整体挠挠曲时假定各层分分肢中点和缀板中中点为反弯点。取取出脱离体，可得得缀板内力为剪力：弯矩（与肢件连接接处）：三、格构式构件的的构造要求格构式构件横截面面中部空心，抗扭扭刚度较差。为了了提高其抗扭刚度度，保证构件在运运输和安装过程中中的截面形状不变变，应每隔一段距距离设置横隔。横横隔的间距不得大大于构件较大宽度度的９倍或８ｍ，，且每个运送单元元的端部均应设置置横隔。设计步骤（１）按对实轴（（y—y轴）的整体稳定选择柱的截面，方方法与实腹式构件件的计算相同。（２）按对虚轴（（x—x轴）的整体稳定确定两分肢的距离离。（３）验算构件对对虚轴的整体稳定定性，不合适时应调整犫犫再进行验算（４）计算缀条或或缀板（包括与分分肢的连接）。四、格构式轴心受受压构件的设计步步骤为了获得等稳定性性，应使两方向的长细比相等，即即λｘ＝λｙ。缀条柱（双肢）缀板柱（双肢）§6轴心受压柱的柱头和柱脚一、轴心受压柱柱柱头柱的顶部与梁（桁桁架）连接的部分分称为柱头，作用用是通过柱头将上上部结构的荷载传传到柱身。柱下端端与基础连接的部部分称为柱脚，作作用是将柱身所受受的力传递和分布布到基础，并将柱柱固定于基础。梁与轴心受压柱铰铰接时，梁可支承承于柱顶上，亦可可连于柱的侧面。。梁支于柱顶时，，梁的支座反力通通过柱顶板传给柱柱身。顶板与柱用用焊缝连接，顶板板厚度一般取１６６～２０ｍｍ。为为了便于安装定位位，梁与顶板用普普通螺栓连接。二、轴心受压柱柱柱脚柱脚的构造造应使柱身身的内力可可靠地传给给基础，并并和基础牢牢固地连接接。轴心受受压柱的柱柱脚主要传传递轴心压压力，与基基础的连接接一般采用用铰接。图４-２７（ｃ））所示为格格构式柱柱柱脚。图４４-２７（ｄ））所示为在在靴梁外侧侧设置肋板板，底板做做成正方形形或接近正正方形。1.柱底板的计计算（１）底板板的平面尺尺寸。所需要的底底板净面积积Aｎ应满足足:混凝土局部部承压时的的强度提高高系数；:基础混凝土土的轴心抗抗压强度设设计值，应应考虑基础础混凝土局局部承压时时强度提高高系数。根据构造要要求确定底底板宽度为为:（２）底板板的厚度。。底板的厚厚度由板的的抗弯强度度决定。（２）底板板的厚度。。底板的厚厚度由板的的抗弯强度度决定。底板可视为为一支承在在靴梁、隔隔板和柱端端的平板，，承受基础础传来的均均匀反力。。靴梁、肋肋板、隔板板和柱端面面均可视为为底板的支支承边，将将底板分隔隔成不同的的区格，有有四边支承承、三边支支承、两相相邻边支承承和一边支支承等区格格。在均匀匀分布的基基础反力作作用下，各各区格板单单位宽度上上的最大弯弯矩。１）四边支支承区格２）三边支支承区格和和两相邻边边支承区格格３）一边支支承区格（（悬臂板））几部分板承承受的弯矩矩一般不相相同，取各各区格板中中的最大弯矩Mｍａｘ来确定板的的厚度t２．靴梁梁的计算３．隔板板与肋板的的计算靴梁的高度度由其与柱柱边连接所所需的焊缝缝长度决定定，此连接接焊缝承受受柱身传来来的压力N。靴梁的厚厚度比柱翼翼缘厚度略略小。靴梁按支承承于柱边的的双悬臂梁梁计算，根根据所承受受的最大弯弯矩和最大大剪力值，，验算靴梁梁的抗弯和和抗剪强度度。隔板可视为为支承于靴靴梁上的简简支梁，荷荷载可按承承受