鋼結(jié)構(gòu)拉彎和壓彎構(gòu)件ppt課件

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(qiáng)度6 3壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定6 4壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6 5框架中梁與柱的連接6 6框架柱的柱腳 1 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(jì)計(jì)算的內(nèi)容 2 6 1概述 1 拉彎 壓彎構(gòu)件的概念 構(gòu)件同時(shí)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(shí) 也稱作偏壓 或拉 構(gòu)件 3 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 4 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(fēng)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 5 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 3 截面形式實(shí)腹式和格構(gòu)式 圖6 2壓彎構(gòu)件的截面形式 實(shí)腹式截面 熱軋型鋼截面 冷彎薄壁型鋼截面和組合截面 當(dāng)構(gòu)件計(jì)算長度較大且受力較大時(shí) 為了提高截面的抗彎剛度 還常常采用格構(gòu)式截面 6 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 4 拉彎 壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容拉彎構(gòu)件 承載能力極限狀態(tài) 強(qiáng)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 7 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 8 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 單向拉彎 壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算公式 2 雙向拉彎 壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算公式 9 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 對于需要計(jì)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(dāng)彎矩繞虛軸作用時(shí) 由于截面腹部無實(shí)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(shí)不發(fā)生局部失穩(wěn) 當(dāng)受壓翼緣的寬厚比13 b t 15時(shí)不考慮塑性發(fā)展 對以下三種情況 在設(shè)計(jì)時(shí)采用邊緣屈服作為構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù) 即取gx gy 1 10 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 拉 壓彎構(gòu)件的剛度計(jì)算拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度計(jì)算和軸心受力構(gòu)件相同 按下式驗(yàn)算 11 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(jì)值為800kN 橫向荷載的設(shè)計(jì)值為7kN m 采用普通工字鋼I22a 截面無削弱 材料為Q345B鋼 試驗(yàn)算該構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度 12 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A 42 1cm 驗(yàn)算強(qiáng)度 驗(yàn)算剛度 13 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(jì)算內(nèi)容2 拉彎 壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度3 拉彎 壓彎構(gòu)件的剛度 小結(jié) 14 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 拉彎 壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容拉彎構(gòu)件 承載能力極限狀態(tài) 強(qiáng)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 15 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 2 拉彎 壓彎構(gòu)件的強(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 拉彎 壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則 邊緣纖維屈服準(zhǔn)則 全截面屈服準(zhǔn)則 部分發(fā)展塑性準(zhǔn)則 對于三種情況 在設(shè)計(jì)時(shí)采用邊緣屈服作為構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù) 單向拉彎 壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算公式 16 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(shí)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(dāng)N和M同時(shí)增加到一定大小時(shí)則到達(dá)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 17 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(dāng)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(shí) 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(shí)產(chǎn)生雙向彎曲變形并伴隨有扭轉(zhuǎn)變形屬彎扭失穩(wěn) 18 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(zhǔn)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(qiáng)度計(jì)算的承載能力極限狀態(tài) 此時(shí)構(gòu)件處于彈性工作階段 19 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 邊緣屈服準(zhǔn)則 構(gòu)件處于彈性工作階段 在最危險(xiǎn)截面上 截面邊緣處的最大應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn) 即 N Mx 驗(yàn)算截面處的軸力和彎矩 A 驗(yàn)算截面處的截面面積 Wex 驗(yàn)算截面處的繞截面主軸x軸的截面模量 NP 屈服軸力 NP Afy Mex 屈服彎矩 Mex Wexfy 20 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(yàn)算公式為 壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定的計(jì)算公式 a 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件和繞實(shí)軸彎曲的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 21 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(dāng)彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時(shí) 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(jì)算外 還應(yīng)補(bǔ)充如下計(jì)算 圖6 3 3單軸對稱截面的壓彎構(gòu)件 22 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 N 驗(yàn)算截面處的軸力A 壓彎構(gòu)件的截面面積Mx 驗(yàn)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) 23 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 02 框架柱和兩端支承的構(gòu)件 無橫向荷載作用時(shí) mx 0 65 0 35M2 M1 M1和M2是構(gòu)件兩端的彎矩 M2 M1 當(dāng)兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時(shí) 取同號 反之取異號 有關(guān) mx取值 規(guī)范規(guī)定如下 24 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 有端彎矩和橫向荷載同時(shí)作用時(shí)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(shí) mx 1 0 25 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(jì)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(dāng)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(shí) 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) 26 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(jì)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(yàn)算公式為 27 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 N 驗(yàn)算截面處的軸力A 壓彎構(gòu)件的截面面積Mx 計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi) 構(gòu)件側(cè)向支撐點(diǎn)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 0jy 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(xì)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(jì)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(jì)算 附3 5 對閉口截面取1 0btx 計(jì)算彎矩平面外穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù) 28 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 所計(jì)算段內(nèi)有端彎矩又有橫向力作用產(chǎn)生相同曲率時(shí) tx 1 0 產(chǎn)生反向曲率時(shí) 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(diǎn)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(jì)算的段內(nèi)無橫向荷載作用 tx 0 65 0 35M2 M1 所計(jì)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(dāng)兩端彎矩使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時(shí) 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 29 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 3 4實(shí)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(shí)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 30 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 腹板受力較復(fù)雜 同時(shí)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(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力smin 腹板計(jì)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(fù) 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(dāng)0 o 1 6時(shí) 31 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 當(dāng)1 6 o 2 0時(shí) 構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比 當(dāng) 30時(shí) 取 30 100時(shí) 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 32 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算2 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算3 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定 小結(jié) 33 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)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(jì)算公式 34 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 b 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件和繞實(shí)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 35 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)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(yàn)算公式為 36 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(dāng)彎矩作用在對成軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時(shí) 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(jì)算外 還應(yīng)補(bǔ)充如下計(jì)算 37 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 實(shí)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(shí)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(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度和整體穩(wěn)定不考慮截面塑性發(fā)展時(shí) 38 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(dāng)0 o 1 6時(shí) 當(dāng)1 6 o 2 0時(shí) 39 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 4 壓彎構(gòu)件 框架柱 的設(shè)計(jì) 6 4 1框架柱的計(jì)算長度6 4 2實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)6 4 3格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì) 熟悉框架柱計(jì)算長度的求解方法 掌握實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法 了解格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計(jì)算特點(diǎn) 40 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 4 1框架柱的計(jì)算長度 一 計(jì)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(dāng)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(shí) 則l0定義為任意支承情況桿件的計(jì)算長度 比值 l0 l為該桿的計(jì)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(diǎn)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 41 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(jì)算方法 框架柱在框架平面內(nèi)的計(jì)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(jì)算長度l0y 按框架平面外的支撐點(diǎn)的距離來確定 42 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 43 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 二 框架柱在框架平面內(nèi)的計(jì)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(shí)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(shí)柱頂有側(cè)向位移 由于兩種形式的失穩(wěn)時(shí)的承載能力相差甚大 需分別對待 44 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 單層單跨等截面框架柱的計(jì)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(jì)算長度H0 H 45 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 單層單跨等截面框架柱的計(jì)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(diǎn)B與C的轉(zhuǎn)角相等方向相同 46 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 柱的計(jì)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(jì)算長度 47 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 例題 48 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 3 多層多跨等截面框架柱的計(jì)算長度 計(jì)算長度系數(shù)取決于在該柱上端節(jié)點(diǎn)處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K1 同時(shí)還取決于該柱下端節(jié)點(diǎn)處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K2 49 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 柱在框架平面外的計(jì)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(diǎn) 柱在框架平面外失穩(wěn)時(shí) 支承點(diǎn)可看作變形曲線的反彎點(diǎn) 即計(jì)算長度等于支承點(diǎn)間的距離 如下圖所示框架柱 在平面外的計(jì)算長度 上下段的計(jì)算長度分別為H1和H2 對于多層框架柱 在平面外的計(jì)算長度可能就是該柱的全長 三 框架柱在框架平面外的計(jì)算長度 50 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 4 2實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì) 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)應(yīng)使構(gòu)件滿足強(qiáng)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 51 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(qiáng)度設(shè)計(jì)值 定彎矩作用平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長度 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(jì)值 即彎矩設(shè)計(jì)值 軸心壓力設(shè)計(jì)值N和剪力設(shè)計(jì)值V 52 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 二 截面驗(yàn)算1 強(qiáng)度驗(yàn)算2 整體穩(wěn)定驗(yàn)算3 局部穩(wěn)定驗(yàn)算4 剛度驗(yàn)算 三 構(gòu)造要求與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相似 53 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(yàn)算所用截面是否滿足強(qiáng)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(jì)值F 100kN和N 900kN 54 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 1 內(nèi)力 設(shè)計(jì)值 軸心力N 900kN 2 截面特性和長細(xì)比 l0 x 16m l0y 8m 彎矩 55 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 3 強(qiáng)度驗(yàn)算 滿足要求 剛度滿足要求 56 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(yàn)算 滿足要求 57 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(yàn)算 AC段 或CB段 兩端彎矩為M1 400kN m M2 0 段內(nèi)無橫向荷載 滿足要求 58 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 本例題中若中間側(cè)向支承點(diǎn)由中央一個(gè)改為兩個(gè) 各在l 3點(diǎn)即D和E點(diǎn) 結(jié)果如何 59 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 局部穩(wěn)定驗(yàn)算 翼緣的寬厚比 腹板計(jì)算高度邊緣的應(yīng)力 60 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 腹板高厚比 滿足要求 61 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 重點(diǎn) 1 框架柱的計(jì)算長度2 實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì) 本節(jié)課小結(jié) 62 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 框架柱的計(jì)算長度 柱的計(jì)算長度H0 H 1 柱在框架平面內(nèi)的計(jì)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 63 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(diǎn)處相交的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值K1 同時(shí)還取決于該柱下端節(jié)點(diǎn)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(jì)算長度取決于支撐構(gòu)件的布置 2 柱在框架平面外的計(jì)算長度 64 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(shí)腹式壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì) 二 截面驗(yàn)算1 強(qiáng)度驗(yàn)算2 整體穩(wěn)定驗(yàn)算3 局部穩(wěn)定驗(yàn)算4 剛度驗(yàn)算 三 構(gòu)造要求與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相似 65 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(jì) 當(dāng)柱中彎矩不大 或柱中可能出現(xiàn)正負(fù)號的彎矩但二者的絕對值相差不大時(shí) 可用對稱的截面形式 k i m 當(dāng)彎矩較大且彎矩符號不變 或者正 負(fù)彎矩的絕對值相差較大時(shí) 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 66 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 67 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(jì)算 注意 式中 x及N Ex均按格構(gòu)式柱的換算長細(xì)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 68 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 圖6 7 2格構(gòu)柱計(jì)算繞虛軸截面模量時(shí)y0的取值 69 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 雙肢綴條式柱 A 兩個(gè)肢柱的毛截面面積 A1 兩個(gè)斜桿的毛截面面積 70 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 y2 y1 1 1 2 分肢的穩(wěn)定計(jì)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(jì)算來保證而不必驗(yàn)算 兩分肢的軸心力 6 31a 6 32b 將整個(gè)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 71 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(jì)算 分肢計(jì)算長度 1 綴條平面內(nèi) 1 1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(diǎn)間的距離 不設(shè)支承時(shí)取loy 柱子全高 72 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(jì)算時(shí) 除N1 N2外 尚應(yīng)考慮剪力作用下產(chǎn)生的局部彎矩 按實(shí)腹式壓彎構(gòu)件計(jì)算 在綴板平面內(nèi) 分肢的計(jì)算長度對焊接綴板 計(jì)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 73 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 3 綴件的設(shè)計(jì) 和格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件相同 當(dāng)剪力較大時(shí) 局部彎矩對綴板柱的不利影響較大 這時(shí)采用綴條柱更為適宜 剪力取以下兩式的較大者 實(shí)際剪力和 74 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(shí)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(jì)算均與實(shí)腹式壓彎構(gòu)件相同 6 4 3 2彎矩繞實(shí)軸作用的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件 75 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 彎矩作用平面外屈曲 但計(jì)算平面外穩(wěn)定時(shí) 對虛軸的長細(xì)比應(yīng)取換算長細(xì)比來求 x b應(yīng)取1 0 76 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(gè)I25a型鋼組成 綴條用L50 5 在側(cè)向構(gòu)件的上下端均為鉸接不動點(diǎn) 鋼材為Q235鋼 要求確定構(gòu)件所能承受的彎矩Mx的設(shè)計(jì)值 1 對虛軸計(jì)算確定Mx 截面特性 77 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 查表 此獨(dú)立柱繞虛軸的計(jì)算長度系數(shù) 2 綴條面積 A1 2 4 8 9 6cm2 換算長細(xì)比 78 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 按b類查附表 懸臂柱 mx 1 79 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 對虛軸的整體穩(wěn)定 80 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 2 對單肢計(jì)算確定Mx 右肢的軸線壓力最大 81 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 按a類查附表4 1 單肢穩(wěn)定計(jì)算 經(jīng)比較可知 此壓彎構(gòu)件所能承受的彎矩設(shè)計(jì)值為283 3KN m 整體穩(wěn)定和分肢穩(wěn)定的承載力基本一致 82 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(jì) 2 截面驗(yàn)算1 強(qiáng)度驗(yàn)算2 整體穩(wěn)定驗(yàn)算 含分肢穩(wěn)定 剛度驗(yàn)算 83 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(shí)腹柱 4 綴材設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)力取柱的實(shí)際剪力和軸壓格構(gòu)柱剪力的較大值 計(jì)算方法與軸壓格構(gòu)柱的綴材設(shè)計(jì)相同 84 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 85 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 86 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(diǎn)一般都做成剛性連接 可以增強(qiáng)框架的抗側(cè)移剛度 減小框架橫梁的跨中彎矩 87 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 剛性連接的特點(diǎn) 1 可以增強(qiáng)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(dāng)節(jié)點(diǎn)能夠承受理想剛性連接彎矩的90 以上時(shí) 即可認(rèn)為是剛性連接 88 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(diǎn) 省工省料缺點(diǎn) 梁需要現(xiàn)場定位 工地高空施焊 不便于施工 89 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(yù)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(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì) 90 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 91 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(qiáng)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(qiáng)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 92 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 93 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 94 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(shí)際工程中梁 柱剛性連接的構(gòu)造 本節(jié)課小結(jié) 95 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 6框架柱的柱腳 96 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 一 剛性柱腳的形式 整體式 分離式 97 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 98 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 箱型截面柱的柱腳 99 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 分離式柱腳 100 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 抗剪鍵 101 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 抗剪鍵 102 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(yuǎn)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(jì)算決定 為了便于柱子的安裝 錨栓不宜穿過柱腳底板 103 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 三 整體式剛性柱腳的計(jì)算底板的計(jì)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(jì)算 底板厚度計(jì)算方法與軸壓柱腳相同 在計(jì)算各區(qū)格底板的彎矩值時(shí) 可以偏于安全地按該區(qū)格的最大壓應(yīng)力計(jì)算 底板的厚度一般不小于20mm 104 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 錨栓的計(jì)算底板另一側(cè)的應(yīng)力為 當(dāng)最小應(yīng)力 min出現(xiàn)負(fù)值時(shí) 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(shí)拉應(yīng)力的合力由錨栓承擔(dān) 根據(jù)對混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)力合力作用點(diǎn)的力矩平衡條件 M 0 可得錨栓拉力Z為 105 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 每個(gè)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(jì) 高度不小于350 400mm 106 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 靴梁 隔板 肋板及其連接焊縫的計(jì)算柱身與靴梁連接焊縫承受的最大內(nèi)力N1按下式計(jì)算 靴梁的高度由焊縫確定 不宜小于450mm 靴梁的強(qiáng)度 靴梁與底板之間的連接焊縫 隔板 肋板等的設(shè)計(jì)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(jì)算 107 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 6 6 2分離式柱腳可以認(rèn)為是由兩個(gè)獨(dú)立的軸心受壓柱腳所組成 每個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì) 受拉分肢的全部拉力由錨栓承擔(dān)并傳至基礎(chǔ) 兩個(gè)獨(dú)立柱腳所受最大壓力為 右肢 左肢 108 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(yàn)算鋼柱與二次澆灌層 采用細(xì)石混凝土 之間的粘剪力以及杯口的抗沖切強(qiáng)度 109 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(shí)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(jì)方法 本節(jié)課小結(jié) 110 第六章拉彎 壓彎構(gòu)件 111