鋼結(jié)構(gòu)拉彎和壓彎構(gòu)件課件.ppt

,第6章拉彎、壓彎構(gòu)件,6.1 概述 6.2 拉彎和壓彎構(gòu)件的強度 6.3 壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定 6.4 壓彎構(gòu)件的設(shè)計 6.5 框架中梁與柱的連接 6.6 框架柱的柱腳,6.1 概述,1 . 建立拉彎構(gòu)件與壓彎構(gòu)件的概念 2 . 了解拉壓彎構(gòu)件的破壞形式 3. 了解設(shè)計計算的內(nèi)容,6.1 概述,1、拉彎、壓彎構(gòu)件的概念,構(gòu)件同時承受軸心壓（拉）力和繞截面形心主軸的彎矩作用，稱為壓彎（拉彎）構(gòu)件。 根據(jù)繞截面形心主軸的彎矩，有單向壓（拉）彎構(gòu)件；雙向壓（拉）彎構(gòu)件。 彎矩由偏心軸力引起時，也稱作偏壓（或拉）構(gòu)件。,（1）偏心軸向力； （2）端彎矩作用； （3）橫向荷載。,引起彎矩的可能因素？,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,例如：有節(jié)間荷載作用的桁架上下弦桿、受風荷載作用的墻架柱、工作平臺柱、支架柱、單層廠房結(jié)構(gòu)及多高層框架結(jié)構(gòu)中的柱等。,2、拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,3、截面形式 實腹式和格構(gòu)式,圖6.2 壓彎構(gòu)件的截面形式,實腹式截面：熱軋型鋼截面、冷彎薄壁型鋼截面和組合截面。 當構(gòu)件計算長度較大且受力較大時，為了提高截面的抗彎剛度，還常常采用格構(gòu)式截面。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,4、 拉彎、壓彎構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容 拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強度 正常使用極限狀態(tài)：剛度,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),剛度,壓彎構(gòu)件：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.2 拉彎和壓彎構(gòu)件的強度,對拉彎構(gòu)件、截面有削弱或構(gòu)件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構(gòu)件，需要進行強度計算。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1.單向拉彎、壓彎構(gòu)件強度計算公式,2.雙向拉彎、壓彎構(gòu)件強度計算公式,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,對于需要計算疲勞的構(gòu)件，目前對其截面塑性性能缺乏研究； 對于格構(gòu)式構(gòu)件，當彎矩繞虛軸作用時，由于截面腹部無實體部件，塑性開展的潛力不大； 為了保證受壓翼緣在截面發(fā)展塑性時不發(fā)生局部失穩(wěn)，當受壓翼緣的寬厚比13<b/t<15時不考慮塑性發(fā)展。,對以下三種情況，在設(shè)計時采用邊緣屈服作為構(gòu)件強度計算的依據(jù)，即取gx=gy=1:,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,拉、壓彎構(gòu)件的剛度計算 拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度計算和軸心受力構(gòu)件相同，按下式驗算：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,例6.1 下圖所示的拉彎構(gòu)件，間接承受動力荷載，軸向拉力的設(shè)計值為800kN，橫向荷載的設(shè)計值為7kNm。采用普通工字鋼I22a，截面無削弱，材料為Q345B鋼。試驗算該構(gòu)件的強度和剛度。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,解 采用普通工字鋼I22a，自重0.33kN/m，截面積A42.1cm，,驗算強度：,驗算剛度：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1、拉彎、壓彎構(gòu)件的破壞形式和計算內(nèi)容 2、拉彎、壓彎構(gòu)件的強度 3、拉彎、壓彎構(gòu)件的剛度,小結(jié),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1、拉彎、壓彎構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容 拉彎構(gòu)件： 承載能力極限狀態(tài)：強度 正常使用極限狀態(tài)：剛度,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),剛度,壓彎構(gòu)件：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,2、拉彎、壓彎構(gòu)件的強度,對拉彎構(gòu)件、截面有削弱或構(gòu)件端部彎矩大于跨間彎矩的壓彎構(gòu)件，需要進行強度計算。,拉彎、壓彎構(gòu)件的強度計算準則,邊緣纖維屈服準則;,全截面屈服準則;,部分發(fā)展塑性準則,對于三種情況，在設(shè)計時采用邊緣屈服作為構(gòu)件強度計算的依據(jù)。,單向拉彎、壓彎構(gòu)件強度計算公式：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn) 在N和M同時作用下，一開始構(gòu)件就在彎矩作用平面內(nèi)發(fā)生變形，呈彎曲狀態(tài)，當N和M同時增加到一定大小時則到達極限狀態(tài)，超過此極限狀態(tài)，要維持內(nèi)外力平衡，只能減 小N和M。在彎矩作用平面內(nèi)只產(chǎn)生彎曲屈曲。,圖 壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn),6.3 壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定,壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,圖 壓彎構(gòu)件的整體失穩(wěn),壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外失穩(wěn)當構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支撐以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時，構(gòu)件可能發(fā)生彎扭屈曲而破壞，這種彎扭屈曲又稱為壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的整體失穩(wěn)。,雙向壓彎構(gòu)件的失穩(wěn)同時產(chǎn)生雙向彎曲變形并伴隨有扭轉(zhuǎn)變形屬彎扭失穩(wěn)。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.3.1 彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定 邊緣纖維屈服準則 以構(gòu)件截面邊緣纖維屈服的彈性受力階段極限狀態(tài)作為強度計算的承載能力極限狀態(tài)。此時構(gòu)件處于彈性工作階段。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,邊緣屈服準則,構(gòu)件處于彈性工作階段，在最危險截面上，截面邊緣處的最大應(yīng)力達到屈服點，即：,N、Mx驗算截面處的軸力和彎矩； A驗算截面處的截面面積； Wex驗算截面處的繞截面主軸x軸的截面模量；,NP屈服軸力 ， NPAfy; Mex屈服彎矩 ， MexWexfy,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,規(guī)范規(guī)定單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定驗算公式為：,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的計算公式,a) 實腹式壓彎構(gòu)件和繞實軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,b) 對于單軸對稱截面壓彎構(gòu)件，當彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時，有可能在較小翼緣或無翼緣一側(cè)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)破壞。對于這種情況，除按上式計算外，還應(yīng)補充如下計算：,圖6.3.3 單軸對稱截面的壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,N驗算截面處的軸力 A壓彎構(gòu)件的截面面積 Mx驗算截面處的彎矩 x截面塑性發(fā)展系數(shù) W1,x、W2x最大受壓纖維的毛截面模量和受壓較小翼緣或無翼緣端的毛截面模量 bmx-等效彎矩系數(shù),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1）懸臂構(gòu)件和在內(nèi)力分析中未考慮二階效應(yīng)的無支撐框架和弱支撐框架柱 mx=1.0 2）框架柱和兩端支承的構(gòu)件 無橫向荷載作用時 mx=0.65+0.35M2 / M1， M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩。M2<M1。當兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時，取同號，反之取異號。,有關(guān)mx取值，規(guī)范規(guī)定如下：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件, 有端彎矩和橫向荷載同時作用時 使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率， mx=1.0； 產(chǎn)生反向曲率，mx=0.85。, 無端彎矩有橫向荷載作用時：mx=1.0。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.3.2彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算,開口薄壁截面壓彎構(gòu)件的抗扭剛度及彎矩作用平面外的抗扭剛度通常較小，當構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支撐以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時，構(gòu)件可能發(fā)生彎扭屈曲而破壞，這種彎扭屈曲稱為壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體失穩(wěn)。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定計算公式,規(guī)范規(guī)定單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗算公式為：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,N驗算截面處的軸力 A壓彎構(gòu)件的截面面積 Mx計算構(gòu)件段范圍內(nèi)(構(gòu)件側(cè)向支撐點間)的最大彎矩 h截面影響系數(shù)，箱形截面取0.7，其他截面取1.0 jy彎矩作用平面外的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，對單軸對稱截面應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，采用換算長細比確定 jb均勻彎曲的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)按附錄3計算，對工形截面和T形截面的非懸臂構(gòu)件可按受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的近似公式計算(附3.5)；對閉口截面取1.0 btx-計算彎矩平面外穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,所計算段內(nèi)有端彎矩又有橫向力作用 產(chǎn)生相同曲率時，tx=1.0；產(chǎn)生反向曲率時 tx=0.85,1） 在彎矩作用平面外有支承的構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)兩相鄰支承點間構(gòu)件段內(nèi)荷載和內(nèi)力情況確定。,有關(guān)tx取值按下列方法采用,所計算的段內(nèi)無橫向荷載作用 tx =0.65+0.35M2/M1,所計算段內(nèi)無端彎矩，但有橫向力作用 tx=1.0,M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩。M2<M1。當兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時，取同號，反之取異號。,2） 彎矩作用平面外為懸臂構(gòu)件：tx =1.0,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.3.4 實腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,一、受壓翼緣板的寬厚比限值,實腹式壓彎構(gòu)件的板件與軸壓和受彎構(gòu)件的板件的受力相似，其局部穩(wěn)定也是采用限制板件的寬（高）厚比的辦法來保證。,外伸翼緣板,兩邊支承翼緣板,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,腹板受力較復雜。同時受不均勻壓力和剪力的作用。,二、腹板的高厚比限值,腹板的局部穩(wěn)定主要與壓應(yīng)力的不均勻分布的梯度有關(guān)。,0應(yīng)力梯度 smax腹板計算高度邊緣的最大壓應(yīng)力 smin腹板計算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力，壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負,1.工字形和H形截面的腹板,規(guī)范規(guī)定工字形和H形截面壓彎構(gòu)件腹板高厚比限值：,當0o <1.6時:,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,當1.6<o2.0時:,構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細比； 當 30時，取 =30， 100時，取 =100。,2. 箱形截面的腹板,考慮到兩塊腹板可能受力不均，因而箱形截面高厚比值取為工字型截面腹板的0.8倍。但不應(yīng)小于,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1、實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計算 2、實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算 3、實腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,小結(jié),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計算,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn),壓彎構(gòu)件整體失穩(wěn)形式,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外失穩(wěn),雙向壓彎構(gòu)件的失穩(wěn),單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定,壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的計算公式,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,b) 實腹式壓彎構(gòu)件和繞實軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,a) 繞虛軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算,規(guī)范規(guī)定單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗算公式為：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,c) 對于單軸對稱截面壓彎構(gòu)件，當彎矩作用在對成軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時，有可能在較小翼緣或無翼緣一側(cè)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)破壞。對于這種情況，除按式(6.13)計算外，還應(yīng)補充如下計算,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,實腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,（1） 受壓翼緣板的寬厚比限值,實腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定采用限制板件的寬（高）厚比的辦法來保證。,外伸翼緣板,兩邊支承翼緣板,當構(gòu)件強度和整體穩(wěn)定不考慮截面塑性發(fā)展時：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,（2）腹板的高厚比限值,腹板的局部穩(wěn)定主要與壓應(yīng)力的不均勻分布的梯度有關(guān)。,規(guī)范規(guī)定工字形和H形截面壓彎構(gòu)件腹板高厚比限值：,當0o1.6時:,當1.6<o2.0時:,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.4. 壓彎構(gòu)件（框架柱）的設(shè)計,6.4.1 框架柱的計算長度 6.4.2 實腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計 6.4.3 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,熟悉框架柱計算長度的求解方法；掌握實腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計方法；了解格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計算特點。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.4.1 框架柱的計算長度,一、計算長度的概念,概念來源：理想軸心受壓構(gòu)件的彈性屈曲。 定義：當任意支承情況的理想軸心壓桿（長度為l）的臨界力與另一兩端鉸接的理想軸心壓桿（長度為l0）的歐拉臨界力相等時，則l0定義為任意支承情況桿件的計算長度，比值=l0/l為該桿的計算長度系數(shù)。 幾何意義：任意支承情況桿件彎曲屈曲后撓度曲線兩反彎點間的長度。 物理意義：將不同支承情況的桿件按穩(wěn)定承載力等效為長度等于l0的兩端鉸接的理想軸心壓桿。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,l0（或值）的大小與桿件支承情況有關(guān)： （1）端部為理想鉸接或理想固接桿件，值可直接查表； （2）框架柱，支承情況與各柱兩端相連的桿件（包括 左右橫梁和上下相連的柱）的剛度及基礎(chǔ)的情況有關(guān)。,計算方法： 框架柱在框架平面內(nèi)的計算長度l0 x：按平面框架體系彈性整體穩(wěn)定分析； 框架柱在框架平面外的計算長度l0y：按框架平面外的支撐點的距離來確定。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,二、框架柱在框架平面內(nèi)的計算長度,框架柱在框架的平面內(nèi)的失穩(wěn)有兩種形式： （1）無側(cè)移框架柱 框架中設(shè)有支撐架、剪力墻、電梯井等橫向支撐結(jié)構(gòu)，且其抗側(cè)移剛度足夠大，致使失穩(wěn)時柱頂無側(cè)向位移。 （2）有側(cè)移框架柱 框架中未設(shè)橫向支撐結(jié)構(gòu)，失穩(wěn)時柱頂有側(cè)向位移。 由于兩種形式的失穩(wěn)時的承載能力相差甚大，需分別對待。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1.單層單跨等截面框架柱的計算長度 （1）無側(cè)移框架,下圖（a）為對稱單跨等截面框架，柱與基礎(chǔ)剛接。因框架頂部有水平支承，框架表現(xiàn)為無側(cè)移的對稱失穩(wěn)形式。橫梁對柱的約束作用取決于橫梁的線剛度 I0/l 和柱的線剛度 I/H 的比值K0 ，而K0=I0H/Il。柱的計算長度H0=H 。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1.單層單跨等截面框架柱的計算長度 （2）有側(cè)移框架,下圖為對稱單跨等截面框架，柱與基礎(chǔ)剛接。因框架頂部未設(shè)橫向支撐，框架表現(xiàn)為有側(cè)移的失穩(wěn)形式。柱頂發(fā)生位移，橫梁也有變形，節(jié)點B與C的轉(zhuǎn)角相等方向相同。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,柱的計算長度系數(shù)取決于柱相臨的兩根橫梁的線剛度之和I1/l1+I2/l2 與柱的線剛度I/H的比值K1，而系數(shù)可查附表5得到。,2.單層多跨等截面框架柱的計算長度,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,例題：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,3.多層多跨等截面框架柱的計算長度,計算長度系數(shù)取決于在該柱上端節(jié)點處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K1，同時還取決于該柱下端節(jié)點處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K2。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,柱在框架平面外的計算長度取決于支撐構(gòu)件的布置。支撐結(jié)構(gòu)可為框架柱提供平面外的支承點。柱在框架平面外失穩(wěn)時，支承點可看作變形曲線的反彎點，即計算長度等于支承點間的距離。如下圖所示框架柱，在平面外的計算長度，上下段的計算長度分別為 H1 和 H2 。對于多層框架柱，在平面外的計算長度可能就是該柱的全長。,三、框架柱在框架平面外的計算長度,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.4.2 實腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,實腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計應(yīng)使構(gòu)件滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的要求。截面選擇的原則： （1）肢寬壁薄 （2）等穩(wěn)定性 （3）連接簡便，制造省工,一、截面形式 1.對于N大、M小的構(gòu)件，可參照軸壓構(gòu)件初估； 2.對于N小、M大的構(gòu)件，可參照受彎構(gòu)件初估；,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,截面選擇：,具體步驟為:, 選擇截面型式；, 確定鋼材及強度設(shè)計值;, 定彎矩作用平面內(nèi)和平面外的計算長度;, 根據(jù)經(jīng)驗或已有資料初選截面尺寸;, 確定構(gòu)件承受的內(nèi)力設(shè)計值，即彎矩設(shè)計值 、 軸心壓力設(shè)計值N和剪力設(shè)計值V；,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,二、截面驗算 1. 強度驗算 2. 整體穩(wěn)定驗算 3. 局部穩(wěn)定驗算 4. 剛度驗算,三、構(gòu)造要求 與實腹式軸心受壓構(gòu)件相似。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,例題：某壓彎構(gòu)件的簡圖、截面尺寸、受力和側(cè)向支承情況如圖所示，試驗算所用截面是否滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。鋼材為Q235鋼，翼緣為焰切邊；構(gòu)件承受靜力荷載設(shè)計值F=100kN和N=900kN。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1.內(nèi)力（設(shè)計值） 軸心力N =900kN,2.截面特性和長細比：,l0 x=16m，l0y=8m,彎 矩,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,3.強度驗算,滿足要求,剛度滿足要求,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,4.在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗算,滿足要求,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,5.在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗算：,AC段（或CB段）兩端彎矩為M1=400 kN.m，M20，段內(nèi)無橫向荷載：,滿足要求,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,本例題中若中間側(cè)向支承點由中央一個改為兩個（各在l/3點即D和E點），結(jié)果如何？,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.局部穩(wěn)定驗算,翼緣的寬厚比,腹板計算高度邊緣的應(yīng)力,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,腹板高厚比,滿足要求,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,重點： 1、框架柱的計算長度 2、實腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,本節(jié)課小結(jié),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,框架柱的計算長度,柱的計算長度H0=H 。 1、柱在框架平面內(nèi)的計算長度： 單層單跨等截面框架柱：橫梁對柱的約束取決于橫梁的線剛度 I0/l 和柱的線剛度 I/H 的比值K0 ，而K0=I0H/Il。,單層多跨等截面框架柱：橫梁對柱的約束取決于柱相臨的兩根橫梁的線剛度之和I1/l1+I2/l2 與柱的線剛度I/H的比值K1,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,多層多跨等截面柱：取決于在該柱上端節(jié)點處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K1，同時還取決于該柱下端節(jié)點處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K2。,框架柱在框架平面外的計算長度取決于支撐構(gòu)件的布置。,2、柱在框架平面外的計算長度：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,一、 截面形式 1.對于N大、M小的構(gòu)件，可參照軸壓構(gòu)件初估； 2.對于N小、M大的構(gòu)件，可參照受彎構(gòu)件初估；,實腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,二、截面驗算 1. 強度驗算 2. 整體穩(wěn)定驗算 3. 局部穩(wěn)定驗算 4. 剛度驗算,三、構(gòu)造要求 與實腹式軸心受壓構(gòu)件相似,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.4.3 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,當柱中彎矩不大，或柱中可能出現(xiàn)正負號的彎矩但二者的絕對值相差不大時，可用對稱的截面形式(k、i、m)；當彎矩較大且彎矩符號不變，或者正、負彎矩的絕對值相差較大時，常采用不對稱截面(n、p)，并將截面較大的肢件放在彎矩產(chǎn)生壓應(yīng)力的一側(cè)。,格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的截面形式,圖6.7.1 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的截面形式,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,圖6.7.1 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的截面形式,由于截面的高度較大且受有較大的外剪力，所以綴板連接的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件很少采用。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,截面中部空心，不考慮塑性的深入發(fā)展。,1.彎矩平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計算,注意：式中x及NEx均按格構(gòu)式柱的換算長細比0 x 確定 ，W1x=Ix/y0。 y0為x軸到較大壓力分肢的軸線距離或壓力較大分肢腹板邊緣的距離，兩者中取較大者（見下圖）。,6.4.3.1 彎矩繞虛軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,圖6.7.2 格構(gòu)柱計算繞虛軸截面模量時y0的取值,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,雙肢綴條式柱：,A兩個肢柱的毛截面面積； A1兩個斜桿的毛截面面積。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,y2,y1,1,1,2.分肢的穩(wěn)定計算 構(gòu)件彎距作用平面外的整體穩(wěn)定一般通過分肢的穩(wěn)定計算來保證而不必驗算。, 兩分肢的軸心力,（6.31a）,（6.32b）,將整個構(gòu)件視為一平行弦桁架，分肢為弦桿，兩分肢的軸心力則由內(nèi)力平衡得：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,y2,y1,1,1, 綴條式構(gòu)件的分肢按軸心受壓柱計算,分肢計算長度： 1）綴條平面內(nèi)（11軸）取綴條體系的節(jié)間長度lox=l1 ； 2）綴條平面外，取構(gòu)件側(cè)向支撐點間的距離。不設(shè)支承時取loy=柱子全高。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件, 綴板式構(gòu)件的分肢,對綴板柱的分肢計算時，除N1、N2外，尚應(yīng)考慮剪力作用下產(chǎn)生的局部彎矩，按實腹式壓彎構(gòu)件計算。,在綴板平面內(nèi)，分肢的計算長度對焊接綴板，計算長度取兩綴板間的單肢凈長。螺栓連接的綴板，則取相鄰兩綴板邊緣螺栓的最近距離。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,3.綴件的設(shè)計和格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件相同。,當剪力較大時，局部彎矩對綴板柱的不利影響較大，這時采用綴條柱更為適宜。,剪力取以下兩式的較大者：,實際剪力 和,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,彎矩作用平面內(nèi)屈曲：,由于其受力性能與實腹式壓彎構(gòu)件相同，故其彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平面外整體穩(wěn)定計算均與實腹式壓彎構(gòu)件相同。,6.4.3.2 彎矩繞實軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,彎矩作用平面外屈曲：,但計算平面外穩(wěn)定時，對虛軸的長細比應(yīng)取換算長細比來求x ，b應(yīng)取1.0。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,例題：圖示上端自由，下端固定的壓彎構(gòu)件，長度為5m，作用的軸心壓力為500kN，彎矩為Mx，截面由兩個I25a型鋼組成，綴條用L505，在側(cè)向構(gòu)件的上下端均為鉸接不動點，鋼材為Q235鋼，要求確定構(gòu)件所能承受的彎矩Mx的設(shè)計值。,1.對虛軸計算確定Mx,截面特性：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,查表，此獨立柱繞虛軸的計算長度系數(shù)2。,綴條面積： A1=24.89.6cm2。,換算長細比：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,按b類查附表,懸臂柱mx=1,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,對虛軸的整體穩(wěn)定：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,2.對單肢計算確定Mx,右肢的軸線壓力最大,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,按a類查附表4.1,單肢穩(wěn)定計算,經(jīng)比較可知，此壓彎構(gòu)件所能承受的彎矩設(shè)計值為283.3KN.m，整體穩(wěn)定和分肢穩(wěn)定的承載力基本一致。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1.截面選擇 1）對稱截面（分肢相同），適用于M相近的構(gòu)件； 2）非對稱截面（分肢不同），適用于M相差較大的構(gòu)件；,格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計,2.截面驗算 1）強度驗算 2) 整體穩(wěn)定驗算（含分肢穩(wěn)定） 剛度驗算,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,3.構(gòu)造要求 1) 壓彎格構(gòu)柱必須設(shè)橫隔，做法同軸壓格構(gòu)柱； 2) 分肢局部穩(wěn)定同實腹柱。,4) 綴材設(shè)計 設(shè)計內(nèi)力取柱的實際剪力和軸壓格構(gòu)柱剪力的較大值；計算方法與軸壓格構(gòu)柱的綴材設(shè)計相同。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.5 框架中梁與柱的連接,梁、柱連接的形式有哪些？ 如何區(qū)分鉸接與剛接？,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,在多、高層框架中，梁與柱的連接節(jié)點一般都做成剛性連接，可以增強框架的抗側(cè)移剛度，減小框架橫梁的跨中彎矩。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,剛性連接的特點：,（1）可以增強框架的抗側(cè)移剛度，減小框架橫梁的跨中彎矩。 （2）剛性連接要保證將梁端的彎矩和剪力有效地傳給柱子。 （3）當節(jié)點能夠承受理想剛性連接彎矩的90%以上時，即可認為是剛性連接。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,梁柱剛性連接的典型形式：,做法一：全焊接剛性連接,梁翼緣焊縫承受由梁端彎矩產(chǎn)生的拉力和壓力； 梁腹板與柱翼緣采用角焊縫連接以傳遞梁端剪力。 優(yōu)點：省工省料 缺點：梁需要現(xiàn)場定位、工地高空施焊，不便于施工。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,梁柱剛性連接的典型形式：,做法二：預留短梁段連接,焊縫在工廠焊接，可以很好的保證質(zhì)量； 框架橫梁拼接處的內(nèi)力比梁端處小，因而有利于高強度螺栓連接的設(shè)計。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,梁柱剛性連接的典型形式：,做法三：栓焊混合連接,梁腹板與柱翼緣采用連接角鋼和高強度螺栓連接。橫梁安裝就位后再將梁的上、下翼緣與柱的翼緣用坡口對接焊縫連接。 高強度螺栓和焊縫兩種連接件聯(lián)合或分別承受梁端的彎矩和剪力，稱為混合連接。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,框架柱在對應(yīng)于梁的上、下翼緣處為什么要設(shè)置水平加勁肋？,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,框架中梁與柱的連接： 區(qū)分鉸接和剛接； 框架中梁與柱的連接形式主要是剛接，要了解實際工程中梁、柱剛性連接的構(gòu)造。,本節(jié)課小結(jié),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.6 框架柱的柱腳,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,一、剛性柱腳的形式(整體式、分離式),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,箱型截面柱的柱腳,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,分離式柱腳,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,抗剪鍵,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,抗剪鍵,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,二、剛性柱腳中錨栓的布置 靴梁沿柱腳底板長邊方向布置，錨栓布置在靴梁的兩側(cè)，并盡量遠離彎曲軸。 錨栓要固定在由靴梁挑出的承托(牛腿)上。 在彎矩作用下，柱腳拉力由錨栓來承受，所以錨栓的數(shù)量和直徑需要通過計算決定。 為了便于柱子的安裝，錨栓不宜穿過柱腳底板。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,三、整體式剛性柱腳的計算 底板的計算 假定柱腳底板與基礎(chǔ)接觸面的壓應(yīng)力成直線分布，底板下基礎(chǔ)的最大壓應(yīng)力按下式計算：,底板厚度計算方法與軸壓柱腳相同。在計算各區(qū)格底板的彎矩值時，可以偏于安全地按該區(qū)格的最大壓應(yīng)力計算。底板的厚度一般不小于20mm。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,錨栓的計算 底板另一側(cè)的應(yīng)力為： 當最小應(yīng)力min出現(xiàn)負值時，說明底板與基礎(chǔ)之間產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于底板和基礎(chǔ)之間不能承受拉應(yīng)力，此時拉應(yīng)力的合力由錨栓承擔。 根據(jù)對混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)力合力作用點的力矩平衡條件M=0，可得錨栓拉力Z為：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,每個錨栓所需要的有效截面面積為：,錨栓直徑不小于20mm。錨栓下端在混凝土基礎(chǔ)中用彎鉤或錨板等錨固，保證錨栓在拉力Z作用下不被拔出。 錨栓承托肋板按懸臂梁設(shè)計，高度不小于350400mm。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,靴梁、隔板、肋板及其連接焊縫的計算 柱身與靴梁連接焊縫承受的最大內(nèi)力N1按下式計算： 靴梁的高度由焊縫確定，不宜小于450mm。 靴梁的強度、靴梁與底板之間的連接焊縫、隔板、肋板等的設(shè)計方法均與軸壓柱腳相同。只是荷載按底板上不均勻反力的最大值計算。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.6.2 分離式柱腳 可以認為是由兩個獨立的軸心受壓柱腳所組成。 每個分肢的柱腳都是根據(jù)其可能產(chǎn)生的最大壓力，按軸心受壓柱腳進行設(shè)計。 受拉分肢的全部拉力由錨栓承擔并傳至基礎(chǔ)。 兩個獨立柱腳所受最大壓力為：,右肢： 左肢：,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,6.6.3 插入式柱腳,為了節(jié)約鋼材，可以采用插入式柱腳，即將柱端直接插入鋼筋混凝土杯形基礎(chǔ)的杯口中。 杯口構(gòu)造和插入深度可參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定。 插入式基礎(chǔ)主要需要驗算鋼柱與二次澆灌層(采用細石混凝土)之間的粘剪力以及杯口的抗沖切強度。,第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,1、框架中梁與柱的連接 區(qū)分鉸接和剛接；框架中梁與柱的連接形式主要是剛接，要了解實際工程中梁、柱剛性連接的構(gòu)造。 2、框架柱的柱腳 熟悉整體式和分離式柱腳的形式和構(gòu)造，了解剛接柱腳的設(shè)計方法。,本節(jié)課小結(jié),第六章 拉彎、壓彎構(gòu)件,