钢结构设计（共计335共计2部分）部分

钢结构设计（共计335共计2部分）部分第1页/共167页1.1CharacteristicsofSteelStructuresHighstrengthandlowweight1.1.1Advantages

钢结构的优点UniformityofmaterialandpredictabilityofpropertiesEaseoffabricationandhighspeedoferectionGoodperformanceinearthquakeresistance钢结构的特点材料的质量密度材料的强度建筑钢材：钢筋混凝土：木材：适用于跨度大、高度高、承载重的结构！适用于承受动力荷载的结构、地震区结构！第2页/共167页钢结构构件在工厂制作加工钢结构构件的运输钢结构施工现场第3页/共167页钢材耐热性较好焊接连接的钢结构密封性好，适用于要求密闭的高压容器、管道等结构温度在200℃以内时：钢材性质基本不变温度在300℃以上后：钢材强度逐渐下降温度达到600℃时：钢材强度降至不到三分之一钢结构压力容器石油天然气输送用钢管第4页/共167页SusceptibilitytocorrosionPoorabilityinfireresistanceHighpriceofsteels1.1.2Disadvantages

钢结构的缺点在火灾中，未加防护的钢结构一般只能维持20分钟左右！火灾中倒塌的钢桁架火灾中软化的钢梁第5页/共167页钢结构的防火保护措施工人包覆防火板工人喷涂防火涂料水泥沙浆包覆

包覆防火板喷涂防火涂料第6页/共167页1.2DevelopmentsandApplicationsofSteelStructures

钢结构的发展和应用Atthebeginningofthe19thcentury:IronstructureswereusedinbuildingsandbridgesinEurope1.2.1DevelopmenthistoryinforeigncountriesIn1856steelwasfirstmanufacturedTheageofsteelbegan1856年：英国人贝斯麦首次用转炉炼钢成功，钢材开始用于建筑结构，进一步出现了轧制型钢和铆钉连接方法，钢结构得到了广泛应用第7页/共167页HomeInsuranceCompany

Building家庭保险公司大楼Location:Chicago,Illinois,USA

CompletionDate:1885(demolishedin1931)

Height:55m(138feet)

Stories:10

Materials:Steel

FacingMaterials:Brick

Engineer(s):WilliamLeBaronJenneyIn1885thefirsthigh-risesteel-framedbuildingwascompleted:HomeinsurancecompanybuildinginChicago第8页/共167页Atthebeginningofthe20thcentury:High–risebuildingsappearedinNewYorkParkRowBuilding公园街大厦Manhattan,NewYorkcity,USATechnicalDataHeight119m391ftFloors(OG)30Year(start)1896Year(end)1899Thiswasthefirstbuildingintheworldevertoreach30floors第9页/共167页TimesTower时代塔楼Height:110m

Stories:25CompletionDate:1904第10页/共167页EmpireStateBuilding

帝国大厦Height:381m

Stories:102CompletionDate:1931保持世界最高建筑记录达40余年！第11页/共167页第二次世界大战期间（1939-1945）：钢结构的发展陷入停顿状态1945-今：钢结构进入恢复和发展阶段卷入战争的国家和地区80多个（其中参战国61个），人口约20亿，占当时世界总人口80％以上特别是50-70年代，欧洲国家（主要是西欧）和日本在较短的时间内进入到高速发展阶段，成为除美国外钢结构发展水平较高的国家第12页/共167页资料:1991年前，世界前100栋高层建筑中，81栋为钢结构81栋9栋其它国家72栋美国24栋纽约7栋芝加哥41栋其它城市日本加拿大香港新加坡南朝鲜第13页/共167页1.2.2DevelopmenthistoryinChinaInancienttimes(beforetheOpiumWar):Chinawasthepioneertouseironsasload-carryingmembers玉泉寺铁塔（湖北当阳）：塔高16．69米，共13层建于北宋(公元1061年)我国现存最高、最重和保存最完好的铁塔大渡河铁索桥（四川泸定）：始建于清代康熙四十四年（公元1705年），次年完成桥净跨约103m，桥宽2.8m现存古代铁索桥中制作最精良的一座第14页/共167页IntheyearsbetweentheOpiumWarand1949:SlowdevelopmentofsteelstructuresIntheyearsbetween1949and1980s:Steelswereusedonlyinimportantstructures建国后第一个五年计划期间：钢结构得到了发展,兴建了一批钢结构厂房、桥梁1957年10月15日：武汉长江大桥建成通车典礼武汉长江大桥夜景第15页/共167页60-70年代：由于钢产量的限制，仅有少数重要建筑采用钢结构1961年建成的北京工人体育馆：为举办第26届世乒赛兴建直径94m的车辐式悬索结构辐射布置上下钢索各144根至今仍然是我国最大的悬索结构建于1968年的南京长江大桥：采用三跨连续钢桁架第16页/共167页After1980s:Rapiddevelopmentofsteelstructures钢结构在我国得到了迅速发展：出现了一些钢结构（超）高层建筑、高耸建筑东方明珠电视塔：1993年建成高468m金茂大厦：地上88层，地下3层高365m1998年建成深圳地王大厦：81层高325m1996年建成第17页/共167页2006年：我国钢产量突破4亿吨，占全球产量的三分之一1996年：我国钢产量突破1亿吨，并连续十年位居世界第一钢结构建筑总量/建筑总量中国韩国日本美国1%20%50%68%我国建设部建筑用钢发展规划：“十五”期间建筑用钢达到总钢产量的3%2015年建筑用钢达到总钢产量的6%与发达国家相比，我国钢结构的应用存在较大差距：促进钢结构的发展和应用第18页/共167页1.3TypesofSteelStructures1.3.1Single-storeybuildings

单层房屋建筑钢结构的形式1.3.2Multi-storeyandhigh-risebuildings

多层和高层房屋建筑1.3.3Bridges

桥梁1.3.4Towersandmasts

塔架和桅杆

第19页/共167页1.3.1Single-storeybuildings

单层房屋建筑Portalframestructuresandbentstructures

门式刚架结构和排架结构第20页/共167页Gridstructuresandreticulatedshells

网架和网壳结构第21页/共167页日本明古屋体育馆世界上最大的单层网壳结构单层球面网壳，直径187m，1997年建成采用直径65cm，长10m的钢管组成三角形网格网壳结构的工程实例：第22页/共167页网壳结构的工程实例：福冈穹顶日本第一个可开合网壳结构，1993年建成，跨度：212.8m第23页/共167页中国国家游泳中心-“水立方”网架结构的工程实例：第24页/共167页“水立方”内部构造：

Kelvin的“泡沫理论”：将水在泡沫状态下的微观分子结构放大到建筑结构尺度，从几何上可以归结为1个14面体结合了14个12面体的多次重复，将这些多面体内部抽空形成网格，然后按建筑需要切割出平板网架第25页/共167页在主体钢结构的外面：“水立方”的建筑外围采用世界上最为先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料，由3000多个气枕组成，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最，具有较好的抗压性、自洁功能、隔热散光功能膜施工中膜上的镀点可以改变光线的方向起到隔热散光的效果第26页/共167页Suspendedcablestructures

悬索结构主要受力构件为高强度钢索，有多种不同的布置方式第27页/共167页华盛顿杜勒斯机场侯机厅悬索采用Φ25mm圆钢，平行布置索拉力由抗弯刚度较大的斜柱传递悬索结构的工程实例：第28页/共167页Cableandmembranestructures

索膜结构深圳华侨城欢乐谷中心剧场

深圳大梅沙海滨广场张拉膜第29页/共167页1.3.2Multi-storeyandhigh-risebuildings

多层和高层房屋建筑Rigidframedstructures

刚架结构Bracedrigidframes

刚架—支撑结构Tubestructures

筒体结构第30页/共167页梁和柱刚性连接形成多层多跨框架侧向刚度小，适用于层数≤30的多层或高层钢结构Rigidframedstructures

刚架结构第31页/共167页北京长富宫中心

地上25层，地下2层,高94m1987年建成2层以下和地下室为型钢砼结构,以上全部为钢框架结构第32页/共167页框架和支撑体系（支撑桁架、剪力墙、核心筒）组成的结构可用于40～60层的高层钢结构Bracedrigidframes

刚架—支撑结构第33页/共167页框架和支撑体系（核心筒）组成的结构第34页/共167页筒体结构由内外两个筒体或多个筒体组合而成分别称为“筒中筒体系”和“筒束体系”筒体通常的做法为“密柱深梁”筒体结构具有较大的侧向刚度，可用于60～100层左右的超高层钢结构Tubestructures

筒体结构第35页/共167页西尔斯大厦的筒束体系

西尔斯大厦：位于美国芝加哥高443m,108层，建于1974年筒体结构的工程实例：第36页/共167页1.3.3Bridges

桥梁Solidwebplategirders

实腹板梁式结构Trussstructures

桁架式结构Archesandframes拱或刚架式结构Combinationofarchesandtrussesorbeams

拱与梁或桁架的组合结构Cable-stayedstructures

斜拉结构Suspendedcablestructures悬索结构第37页/共167页多跨连续钢桁架桥Trussstructures

桁架式结构第38页/共167页钢拱桥Archesandframes拱或刚架式结构第39页/共167页Combinationofarchesandtrussesorbeams

拱与梁或桁架的组合结构第40页/共167页三塔斜拉桥武汉天兴洲长江大桥Cable-stayedstructures

斜拉结构第41页/共167页旧金山金门大桥3跨钢桁梁悬索桥Suspendedcablestructures悬索结构第42页/共167页1.3.4Towersandmasts

塔架和桅杆

Towers

塔架结构Masts

桅杆结构第43页/共167页电站输电塔某电视塔Towers

塔架结构第44页/共167页Masts

桅杆结构杆身依靠纤绳的牵拉而站立第45页/共167页1.4SteelStructuralMembers

钢结构的基本构件Tensionmembers

受拉构件Bendingmembers

受弯构件Axiallyloadedcompressionmembers

轴心受压构件Beam-columns

压弯构件第46页/共167页Chapter2MaterialofSteelStructures

钢结构的材料2.1SteelProperties2.3FailureModesofSteels2.2FactorstoInfluenceSteelProperties2.4StructuralSteelProducts第47页/共167页较高的抗拉强度和屈服强度较好的塑性和韧性良好的工艺性能结构承载能力高安全储备高自重轻结构在静载和动载下有足够的变形能力减轻脆性破坏的倾向调整局部高峰应力易于加工成各种形式的结构且不至因加工对结构的受力性能造成较大不利影响钢结构对材料的要求第48页/共167页2.1SteelProperties

钢材的性能2.1.1Steelpropertiesdeterminedbytensiontest

拉伸试验体现的钢材性能：tensilestress拉伸应力：unitstrain单位应变Percentageelongation:

伸长率Percentagereductionofarea:

截面收缩率拉伸试验标准试件第49页/共167页低碳钢、低合金钢拉伸试件的应力-应变曲线：OABCDEF比例极限弹性极限屈服点抗拉极限Modulusofelasticity:

弹性模量Yieldstress:

屈服应力Tensilestrength:

拉伸强度第50页/共167页OABCDEF比例极限弹性极限屈服点抗拉极限O理想的弹塑性体比例极限、弹性极限、屈服点十分接近屈服后出现较大范围的塑性变形，流幅大约为0.15%—2.5%

作为钢材的最大设计应力（强度标准值）第51页/共167页高强度钢拉伸试件的应力-应变曲线:O条件屈服点（名义屈服点）:卸荷后残余应变为对应的应力第52页/共167页夏比试件的冲击韧性值：摆锤重量摆锤释放前的高度摆锤击断试件后的高度梅氏试件的冲击韧性值：缺口处净截面面积冲击功冲击韧性(Impacttoughness)：衡量钢材在冲击荷载下抗脆断的能力，是强度与塑性的综合体现2.1.2Steelpropertiesdeterminedbyimpacttest

冲击试验体现的钢材性能第53页/共167页2.1.3Steelpropertiesdeterminedbycold-bendtest

冷弯试验体现的钢材性能冷弯试验反映钢材对冷加工过程的适应能力以及钢材质量的好坏，是衡量钢材力学性能的综合指标使试件弯曲180°，看是否出现裂纹或分层第54页/共167页2.1.4Steelpropertiesundercomplexitystresscondition

钢材在复杂应力作用下的性能：弹性状态：塑性状态钢材在复杂应力状态下的折算应力：第55页/共167页平面应力状态对于一般梁截面，考虑几种特殊情况：纯剪时，钢材的抗剪屈服点平面应力状态第56页/共167页2.1.5Weldabilityofsteels

钢材的可焊性

Carbonsteel碳素钢C<0.27%Mn<0.7%Si<0.4%S<0.05%P<0.05%Low-alloysteel低合金钢以碳当量衡量钢材的可焊性：好的可焊性：焊接安全、可靠、不产生焊接裂缝，焊接接头和焊缝的冲击韧性以及热影区的延伸性（塑性）和力学性能都不低于母材第57页/共167页2.1.6Corrosionresistanceofsteels

钢材的抗腐蚀性

涂层保护

采用耐候钢(weatheringsteel)耐候钢通过添加合金元素提高其耐腐蚀性：合金体系合金体系第58页/共167页低碳钢(Lowcarbonsteel)：C<0.25%中碳钢(Middlecarbonsteel)：0.25%<C<0.6%高碳钢(Highcarbonsteel)：C>0.6%铁(Fe)约占99%（碳素钢）碳(C)低于0.22%（碳素钢）提高强度塑性、韧性、可焊性下降钢材的基本成分2.2FactorstoInfluenceSteelProperties

影响钢材性能的因素2.2.1Chemicalcomposition

化学成分纯铁体较柔软碳和铁合成渗碳体及珠光体渗碳体和珠光体较坚硬第59页/共167页钢材的其它成分有害成分脱氧剂：硅（Si）、锰（Mn）提高强度对塑性、韧性无显著不良影响合金元素：钒（V）、钛（Ti）提高强度、抗腐蚀性能不显著降低塑性

硫（S）降低塑性、韧性、疲劳强度、可焊性导致“热脆”磷（P）导致“冷脆”提高强度、抗锈蚀性降低塑性、韧性、冷弯性能

氧（O）导致“热脆”

氮（N）导致“冷脆”第60页/共167页控制钢材的化学成分投入脱氧剂脱氧1200～1300℃下压制改善内部结构，消除缺陷，提高力学性能沸腾钢、半镇静钢、镇静钢钢板Plates型钢Shapes冶炼Smelting浇铸Moulding轧制Rolling2.2.2Productionprocess

生产过程第61页/共167页时效硬化原因:高温时熔化在铁中的少量氮和碳，随着时间的增长从纯铁体中析出，形成氮化物和碳化物，散布在晶粒的滑移面上阻碍其塑性变形，使得钢材强度提高，塑性和韧性下降时效硬化后的变形能力时效硬化后的屈服强度

人工时效（artificialagehardening）

使钢材产生10%的塑性变形后加热至250℃左右并保温1小时以加速时效硬化，以测定重要结构钢材的时效后冲击韧性2.2.3Agehardening

时效硬化第62页/共167页冷加工后的变形能力冷加工消耗的塑性变形应变硬化后的屈服强度冷加工硬化原因：

冷加工过程消耗了一部分塑性变形，使其塑性变形能力下降，屈服点提高应变时效：既发生了应变硬化，又发生了时效硬化2.2.4Coldworkhardening(strainhardening)

冷加工硬化(应变硬化)第63页/共167页2.2.5Temperature

温度“蓝脆”：250℃左右，抗拉强度提高而冲击韧性下降，表面出现蓝色氧化膜温度升高，钢材强度降低，应变增大200℃以下，钢材性能变化不大430℃—540℃之间，钢材强度急剧下降600℃时，钢材强度很低不能承载温度降低，钢材强度增大，塑性和韧性下降第64页/共167页温度对冲击韧性的影响冷脆转变温度（冷脆临界温度）:或对应的温度脆性破坏塑性破坏转变过渡区域T1T2T0反弯点试验温度T（℃）冲击断裂功BrittlefailureDuctilefailure第65页/共167页第66页/共167页应力集中部位存在同号平面或立体应力场，促使钢材变脆构件形状变化越剧烈，应力集中越严重，脆性破坏的危险性越大孔边的最大应力净截面平均应力应力集中系数2.2.6Stressconcentration

应力集中第67页/共167页钢材在不同应力条件下的应力-应变曲线第68页/共167页第69页/共167页2.3FailureModesofSteels

钢材的破坏形式Plasticfailure

塑性破坏应力超过屈服点并达到抗拉强度破坏前有明显的塑性变形破坏断口呈纤维状Brittlefailure

脆性破坏低应力破坏前塑性变形很小或没有破坏断口较平直第70页/共167页第71页/共167页资料：1919年1月15日美国波士顿的一个直径90英尺、高50英尺，装有2百万加仑糖浆的钢罐突然破裂，12人被淹死或受伤而死，40人受伤，数匹马被淹死，并对波士顿部分地区的高架铁轨造成了损害。第72页/共167页重复荷载作用破坏时应力低于抗拉极限甚至屈服点塑性变形很小或没有疲劳破坏的特征疲劳破坏的三个阶段裂纹形成裂纹不断扩展脆性断裂连续重复荷载作用Fatiguefractureofsteels

钢材的疲劳破坏第73页/共167页2.4.1Carbonstructuralsteel

碳素结构钢力学性能基本保证yieldstrengthultimatestrengthelongation屈服强度极限强度伸长率化学成分基本要求

carbon(C),manganese(Mn),silicon(Si),sulfur(S),phosphorus(P)2.4StructuralSteelProducts

钢材的种类牌号Q195,Q215,Q235,Q255,Q275第74页/共167页冷弯试验合格脱氧方法

F、b、Z、TZExamples:Q235A、Q235Ab、Q235AFQ235B、Q235Bb、Q235BFQ235CQ235D质量等级20℃0℃-20℃gradeAgradeBgradeCgradeD第75页/共167页2.4.2Lowalloystructuralsteel

低合金结构钢力学性能基本保证yieldstrength,ultimatestrength,elongation,cold-bendproperty化学成分要求carbon(C),manganese(Mn),silicon(Si),sulfur(S),phosphorus(P),vanadium(V),niobium(Nb),titanium(Ti)强度等级

Q295，Q345，Q390，Q420，Q460第76页/共167页质量等级gradeAgradeB20℃gradeCgradeD冷弯试验合格脱氧方法

Z、TZExamples:Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345EQ420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420EgradeE-40℃-20℃0℃第77页/共167页2.4.3Highqualitycarbonstructuralsteel

优质碳素结构钢2.4.4Highqualitywirerope

优质钢丝绳

高强度钢丝严格限制杂质元素和缺陷

S<0.035%,P<0.035%钢丝束Strands钢丝绳Wirerope抗拉强度第78页/共167页（1+6+12）（1+6）Strands(钢丝束)Strands(钢绞线)Wirerope（钢丝绳）第79页/共167页优质钢丝绳第80页/共167页2.4.5Weatheringsteelandfire-resistantsteel

耐候钢和耐火钢copper—phosphorus—titanium—lanthanon()copper—phosphorus—nickel—chromium()耐候钢添加的合金元素:耐火钢添加的贵金属元素:

molybdenum(Mo),chromium(Cr),niobium(Nb)第81页/共167页2.4.6Shapesofsteels

型钢的种类Hot-rolledsteel热轧型钢PlatesAngleswithequallegsAngleswithunequallegsSteelpipesChannels

IshapesHshapesTeesweldedpipeseamlesspipe第82页/共167页

钢板:薄板

0.35~4mm厚板

4.5~60mm特厚板

>60mm扁钢

4~60mm“_宽×厚×长”角钢：“L肢宽×肢厚”“L长肢宽×短肢宽×肢厚”工字钢：“I截面高度厘米数”“QI截面高度厘米数”槽钢：“[截面高度厘米数”“Q[截面高度厘米数”H型钢:“HW（HM，HN）高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”HM340×250×9×14钢管：“□宽度×高度×厚度”

“Φ

外径×管厚”

第83页/共167页厚度1.5~12mm，国外已发展到25mmCold-formedsteel冷弯型钢第84页/共167页2.4.7Choiceofstructuralsteels

钢材的选用结构的类型和重要性荷载类别连接方法环境温度受力性质钢材厚度第85页/共167页思考题：钢结构的特点有哪些？钢结构的结构形式有哪些？什么是“密柱深梁”？钢材的机械性能指标有哪些？分别反映了钢材哪些方面的性能？第86页/共167页Chapter3FailureModesofSteelStructures

钢结构的破坏形式3.1OverallBuckling整体屈曲3.3PlasticFailure塑性破坏3.2LocalBuckling局部屈曲3.4FatigueFailure疲劳破坏3.5BrittleFracture脆性断裂第87页/共167页3.1OverallBuckling

整体屈曲(失稳）关于稳定的基本概念PP微小的扰动PP撤去扰动后：构件恢复到初始平衡位置——稳定构件停留在新的平衡位置——临界状态构件的变形持续增长——失稳构件处于临界状态时所对应的荷载称为临界荷载（criticalload）第88页/共167页屈曲（失稳）的类别Eulerbuckling欧拉屈曲Extremebuckling极值型屈曲Criticalload

临界荷载Ultimateload

极限荷载第89页/共167页钢构件的整体失稳第90页/共167页3.2LocalBuckling

局部屈曲（失稳）结构的局部失稳:结构中的局部构件失去稳定，不能继续承载构件的局部失稳:

构件的组成板件失去稳定（发生凸曲变形）

不宜利用局部屈曲后的强度，因为构件或板件失稳后会出现明显的变形，不利于继续使用不宜在承受动力荷载的结构中利用可以利用，但有动力荷载时，局部失稳的临界荷载不能太小，以防止呼吸现象的出现。第91页/共167页AluminumHAluminumcruciform第92页/共167页截面的分类特厚实截面（塑性设计截面）厚实截面（弹塑性设计截面）非厚实截面（弹性设计截面）超屈曲设计截面（纤细截面，薄柔截面）第93页/共167页3.3PlasticFailure

塑性破坏受拉构件的塑性破坏:塑性变形阶段弹性阶段应变硬化阶段断裂3.3.1Plasticfailureofsteelmembers

构件的塑性破坏第94页/共167页受弯构件的塑性破坏:第95页/共167页3.3.2Plasticredistributionofstresses

应力塑性重分布不均匀的应力分布均匀的应力分布有残余应力时的应力塑性重分布塑性变形第96页/共167页应力集中时的应力塑性重分布第97页/共167页3.3.3Plasticredistributionofinternalforces

内力塑性重分布梁端形成塑性铰跨中形成塑性铰第98页/共167页重复荷载作用破坏时应力低于抗拉极限甚至屈服点塑性变形很小或没有疲劳破坏的特征疲劳破坏的三个阶段裂纹形成裂纹不断扩展脆性断裂连续重复荷载作用3.4FatigueFailure

疲劳破坏第99页/共167页连续重复荷载作用下的应力比和应力幅应力比:(拉应力取正值，压应力取负值)绝对值最小的应力绝对值最大的应力应力幅：最大拉应力最小拉应力或压应力第100页/共167页疲劳强度（Fatiguestrength）:应力循环中的最大拉应力疲劳寿命（Fatiguelife）:应力循环次数疲劳强度和疲劳寿命的关系第101页/共167页疲劳强度和应力比的关系ACEDB疲劳强度分析图（N=2×106）第102页/共167页焊接结构疲劳寿命主要与应力幅有关在焊缝及其附近主体金属残余拉应力通常达到钢材的屈服点实际最大应力实际最小应力第103页/共167页A36:：千磅/英寸2第104页/共167页应力幅与致损循环次数的关系曲线以一定概率所定设计式：平均曲线：容许应力幅第105页/共167页疲劳设计准则—常幅疲劳设计对于焊接结构:对于非焊接结构::预期的疲劳寿命12345687不同结构和连接类别的曲线:系数，由试验确定第106页/共167页设应力幅的循环次数为对应的常幅疲劳寿命为根据线形累积损伤准则，发生疲劳破坏的条件为：设想有常应力幅对应的常幅疲劳寿命为用（a）式代替用（b）式代替（b）（a）等效应力幅：疲劳设计准则—变幅疲劳设计第107页/共167页疲劳强度计算应注意的几点1疲劳强度计算采用容许应力幅法，荷载采用标准值，不考虑荷载分项系数和动力系数，应力按弹性工作计算；2在完全压应力（不出现拉应力）循环中，裂纹不会继续发展，此种情况可不予验算；3根据试验，不同钢种的不同静力强度对焊接部位的疲劳强度无显著影响。疲劳容许应力幅与钢种无关。第108页/共167页3.5BrittleFracture

脆性断裂第109页/共167页影响脆性断裂的因素裂纹Flaws应力Stresses材料Materials温度Temperature

加载速率loadingSpeed第110页/共167页Chapter4TensionMembers

受拉构件4.1AxiallyLoadedTensionMembers

轴心受拉构件4.2TensionandBendingMembers

拉弯构件第111页/共167页4.1AxiallyLoadedTensionMembers

轴心受拉构件4.1.1Configurationofcrosssections

截面形式Built-upsections

组合截面Cold-formedshapes

冷成型钢Hot-rolledshapes

热轧型钢第112页/共167页4.1.2Strengthofaxiallyloadedtensionmembers

轴心受拉构件的强度强度承载力:强度承载力设计值:截面无削弱时的强度或塑性变形阶段弹性阶段应变硬化阶段断裂截面无削弱时的强度设计公式：：钢材的设计强度抗力分项系数第113页/共167页截面有削弱时的强度该处截面极限承载力::净截面面积:抗拉强度该处截面极限承载力的设计值::抗拉强度的设计值或该处截面的强度设计公式：材料强度系数第114页/共167页净截面示意第115页/共167页则有削弱截面的强度设计公式可写为：或If有削弱截面的强度设计公式为第116页/共167页4.1.3Effectivenetareaoftensionmembers

受拉构件的有效净截面有效净截面:第117页/共167页:distancefromgussetplatetocentroid:lengthofconnection第118页/共167页4.1.3Stiffnessoftensionmembers

受拉构件的刚度:构件的最大长细比:构件的计算长度:构件的回转半径:容许长细比第119页/共167页4.2TensionandBendingMembers

拉弯构件4.2.1Criterionforstrengthcalculation

强度计算准则边缘纤维屈服准则全截面屈服准则部分发展塑性准则第120页/共167页4.2.2Strengthoftensionanduniaxialbendingmembers

单向拉弯构件的强度按边缘纤维屈服准则计算时的强度:绕截面主轴轴的截面模量x第121页/共167页:屈服轴力:屈服弯矩按边缘纤维屈服准则的强度设计公式：:净截面模量:净截面面积或:钢材的设计强度第122页/共167页按全截面屈服准则计算时的强度第123页/共167页考虑特殊情形之二：仅有弯矩作用:塑性截面模量全截面屈服时屈服轴力考虑特殊情形之一：仅有轴向拉力作用全截面屈服时塑性弯矩第124页/共167页单向拉弯构件全截面屈服时第125页/共167页全截面屈服时的强度设计公式：偏安全地采用直线关系式：:净截面面积:绕主轴轴的净截面塑性模量第126页/共167页第127页/共167页按部分发展塑性准则计算时的强度:塑性发展系数强度设计公式：第128页/共167页4.2.3Strengthoftensionandbiaxialbendingmembers

双向拉弯构件的强度按边缘纤维屈服准则计算按全截面屈服准则计算按部分发展塑性准则计算第129页/共167页4.2.4Stiffnessoftensionandbendingmembers拉弯构件的刚度:构件的最大长细比:构件的计算长度:构件的回转半径:容许长细比第130页/共167页4.2.5Stabilityoftensionandbendingmembers拉弯构件的稳定当截面上出现压应力时需考虑稳定问题当截面上不出现压应力时不需考虑稳定问题第131页/共167页Chapter5AxiallyLoadedCompressionMembers

轴心受压构件（柱）5.1FailureModes

破坏形式5.2StrengthDesign

强度设计5.3WholeStabilityofSolid-WebbedColumns

实腹式柱的整体稳定5.4WholeStabilityofLatticeColumns

格构式柱的整体稳定5.5DesignofWholeStability

整体稳定设计第132页/共167页5.1FailureModes

破坏形式截面强度破坏strengthfailure整体失稳破坏overallbucklingPP微小的扰动PP构件恢复到初始平衡位置——稳定构件停留在新的平衡位置——临界状态构件的变形持续增长——失稳构件处于临界状态时所能承受的荷载称为临界荷载（criticalload）撤去扰动后：第133页/共167页弯曲屈曲(flexuralbuckling)弯扭屈曲(flexural-torsionalbuckling)扭转屈曲(torsionalbuckling)轴心压杆整体失稳的形态：第134页/共167页局部失稳localbuckling结构的局部失稳:结构中的局部构件失去稳定，不能继续承载构件的局部失稳:

构件的组成板件失去稳定（发生凸曲变形）

允许局部失稳，因为局部失稳后仍能继续承载！不允许局部失稳！因为板件出现了明显的凸凹变形第135页/共167页5.2StrengthDesign

强度设计设计准则:强度设计公式:or强度