第22章-拉弯构件和压弯构件

第22章拉弯构件和压弯构件22.1拉弯构件和压弯构件的强度和刚度

拉弯构件是指同时承受轴心拉力和弯矩作用的构件；压弯构件是指同时承受轴心压力和弯矩作用的构件。拉弯、压弯构件一般有偏心力作用（图22-1（a）和图22-2（a））、轴心力与横向力共同作用（图22-1（b）和图22-2(b)）及轴心力与端弯矩共同作用（图22-1（c）和图22-2（c））三种类型。

第22章拉弯构件和压弯构件图22-1拉弯构件图22-2压弯构件

拉弯、压弯构件在钢结构中的应用十分广泛，有节间荷载作用的屋架、塔架支柱、厂房框架柱及高层建筑的框架柱等都属拉弯或压弯构件。例如，图22-3所示的屋架，其下弦杆AB为拉弯构件，上弦杆CD为压弯构件；图22-4所示的单层厂房框架柱为压弯构件。第22章拉弯构件和压弯构件图22-3屋架结构中的拉弯、压弯构件图22-4单层厂房框架柱一、拉弯构件、压弯构件的截面形式

拉弯、压弯构件的截面形式可分为型钢截面和组合截面两类。组合截面又分为实腹式和格构式两种。当弯矩较小时，拉弯、压弯构件的截面形式与轴心受力构件相同；第22章拉弯构件和压弯构件图22-5弯矩较大的实腹式压弯构件截面当弯矩较大时，除采用双轴对称截面（图22-5（a））外，还可以采用如图22-5（b）所示的单轴对称截面，并应使较大翼缘位于受压（受压构件）或受拉（拉弯构件）一侧；当弯矩很大并且构件较大时，可选用格构式截面（图22-5（c））,以获得较好的经济效果。二、拉弯、压弯构件的强度

拉弯、压弯构件在轴心力和弯矩共同作用下，最终以危险截面（σmax处）形成塑性铰而达到强度承载能力极限状态。图22-6所示为一受轴心拉力N和弯矩M共同作用的矩形截面构件。在弹性阶段（图22-6(a)），截面边缘纤维最大拉应力为第22章拉弯构件和压弯构件

当σmax=fy时，截面受拉区边缘纤维达到屈服强度（图22-6（b））。随着荷载继续增大，受拉一侧的塑性区向截面内部发展，继而截面另一边纤维的压力也达到屈服强度，部分受压区纤维也进入塑性状态，构件截面处于弹塑性工作阶段（图22-6（c））。最终全截面进入塑性区形成塑性铰（图22-6（d）），达到强度承载能力极限状态。22-1第22章拉弯构件和压弯构件图22-6拉弯构件截面的应力状态第22章拉弯构件和压弯构件

第22章拉弯构件和压弯构件

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表22-1续第22章拉弯构件和压弯构件

第22章拉弯构件和压弯构件三、拉弯、压弯构件的刚度

拉弯、压弯构件的刚度除个别情况（如弯矩较大、轴力较小或有其他特殊要求）需进行变形验算外，一般仍采用长细比来控制，即式中［λ］——构件容许长细比，见表20-1、表20-2。22-422.2实腹式压弯构件的稳定一、实腹式压弯构件的整体稳定

单向压弯构件由于弯矩通常绕截面强轴作用（在最大刚度平面内），因此构件既可能发生在弯矩作用平面内的弯曲屈曲，称为平面内失稳；也可能发生在弯矩作用平面外的弯扭屈曲，称为平面外失稳。故对压弯构件应进行弯矩作用平面内和平面外的稳定计算。实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算公式参见《钢结构设计标准》。第22章拉弯构件和压弯构件当压弯构件的弯矩作用于截面的较大刚度平面内时，如果构件在侧向没有可靠的支承阻止其侧向挠曲变形，由于构件在垂直于弯矩作用平面的刚度较小，构件就可能在弯矩作用平面外发生侧向弯扭屈曲而破坏，如图22-8所示。实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性验算公式参见《钢结构设计标准》。

第22章拉弯构件和压弯构件图22-8弯矩作用平面外的弯扭屈曲二、实腹式压弯构件的局部稳定第22章拉弯构件和压弯构件21-1第22章拉弯构件和压弯构件22.3格构式压弯构件简介

格构式压弯构件截面有实轴和虚轴之分，常用截面形式如图22.9所示图22.9格构式压弯构件常用截面

1.强度计算格构式压弯构件的强度计算公式为当弯矩绕虚轴作用时，取γx＝1.0；弯矩绕实轴作用，按表22-1取值。22-5第22章拉弯构件和压弯构件

2.稳定计算

格构式压弯构件的稳定计算与实腹式压弯构件相比有一些不同之处，计算公式参见《钢结构设计标准》。

3.刚度验算刚度验算仍按长细比控制，仅对虚轴取换算长细比。

4.构造规定与格构式轴心受压构件相同。第22章拉弯构件和压弯构件22.4柱脚

柱脚的作用是将柱身的压力均匀地传递给基础并与基础固定。由于柱脚的耗钢量大、制造费工，因此设计时应使其构造简单，尽可能符合结构的计算简图，并便于安装固定

第22章拉弯构件和压弯构件铰接柱脚主要用于轴心受压柱，图22-10是常用的铰接柱脚的几种形式。图22-10a所示为铰接柱脚的最简单形式，柱身压力通过柱端与底板间的焊缝传给底板，底板再传给基础，它只适用于柱轴力很小柱。当柱轴力较大时，可采用图22-10b、c、d的形式，由于增设了靴梁、隔板、肋板，可使柱端和底板间的焊缝长度增加，焊脚尺寸减小。同时，底板因被靴梁分成几个较小的区格，减小了底板在基础反力作用下的最大弯矩值，底板厚度亦可减小。当采用靴梁后，底板的弯矩值仍较大时，可再采用隔板和肋板。一、柱脚的形式和构造柱脚按其与基础的连接方式，分为铰接和刚接两类。不论是轴心受压柱、框架柱或压弯构件，这两种形式均有采用。但轴心受压柱常用铰接柱脚，而框架柱则多用刚接柱脚。本节只讲述铰接柱脚。第22章拉弯构件和压弯构件图22-10铰接柱脚(一）第22章拉弯构件和压弯构件图22-10铰接柱脚（二）第22章拉弯构件和压弯构件柱脚通过锚栓固定于基础。铰接柱脚只沿着一条轴线设置两个连接在底板上的锚栓，锚栓的直径一般为20~25mm。为便于柱的安装和调整，底板上的锚栓孔的孔径应比锚栓直径大1~1.5倍或做成U形缺口。最后固定时，应用孔径比锚栓直径大1~2mm的锚栓垫板套住锚栓并与底板焊固。二、轴心受压柱脚轴心受压柱脚的计算包括按所承受的轴心压力确定底板的尺寸、靴梁尺寸以及它们之间的连接焊缝尺寸。柱脚的剪力一般数值不大，可由底板与基础表面间的摩擦力传递，必要时可设置抗剪键，图22-10b所示。第22章拉弯构件和压弯构件

三、压弯柱脚压弯构件与基础的连接有铰接和刚接两种形式，铰接柱脚的构造和计算与第20章轴心受压相同。刚接柱脚要求能传递