钢结构基本原理-黄6.ppt

本章内容： 6.1 拉弯、压弯构件的应用及截面形式 6.2 拉弯、压弯构件的强度和刚度 6.3 实腹式压弯构件的整体稳定 6.4 实腹式压弯构件的局部稳定 6.5 压弯构件的设计 6.6 双向压弯构件设计 6.7 拉弯构件设计 6.8 偏心受压柱柱头和柱脚的构造与设计 6.1 拉弯、压弯构件的应用及截面形式 轴心拉力或压力与弯矩共同作用的构件称为拉弯或压弯构件，图6.1示出了三种较为常见的拉弯、压弯构件的形式。钢结构中的桁架，塔架和网架等由杆件组成的结构，一般都将节点假定为铰接，对于这一类结构如果存在着非节点荷载，就会出现拉弯、压弯构件。以图6.2所示的屋架为例，当受图示节间荷载作用时，下弦AB就是拉弯构件，上弦CD则为压弯构件。 6.2 拉弯、压弯构件的强度和刚度 6.2.1 拉弯、压弯构件的强度 拉弯构件和没有发生整体和局部失稳的压弯构件，其最不利截面(最大弯矩截面或有严重削弱的截面)最终将以形成塑性铰而达到承载能力的强度极限。 由于拉弯、压弯构件的截面形式和工作条件不同，其强度计算方法所依据的应力状态亦分为如下两种： 1)对承受静力荷载或间接动力荷载的实腹式拉弯、压弯构件以及弯矩绕实轴作用的格构式拉弯、压弯构件，应以截面形成塑性铰为其承载能力的强度极限。 图示矩形截面的应力分布，极限承载力 6.3.1 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性 压弯构件的稳定性分析比较复杂，实际应用当一般采用半理论半经验的近似方法，可近似地借用压弯杆在弹性工作状态截面受压边缘纤维屈服时N 与M 的相关公式，然后考虑初始缺陷的影响和适当的塑性发展得到计算公式。 ——无弯矩时，全截面屈服的极限承载力； ——无轴心力时，边缘屈服的最大弯矩； ——弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面抵抗矩 实际上N 与M 并非是独立变量，由于N 的存在而会以 的倍数放大原始弯矩 ，考虑到这一点并加入初始缺陷 的影响可得曲线相关公式(图6.11中的曲线2) 上式由弹性阶段的边缘屈服准则导出，未考虑塑性发展。为了与实际情况很好地吻合，《规范》采用下式来验算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性 　 对于单轴对称截面的压弯构件,若两翼缘的面积相差很大，若受拉区比较薄弱，则可能会因受拉区先出现塑性并发展而使构件失稳。这种情况的稳定验算公式为： 　　1)框架柱和两端支承的构件： 　　① 无横向荷载作用时： 　=0.65+0.35M2/M1，M1,M2,为端弯矩，使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号，使构件产生反向曲率时(有反弯点)取异号， 　≥ 　　； 　　②有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时，　　　 ；使构件产生反向曲率时， 　　　； 　　③无端弯矩但有横向荷载作用时： 　　2)悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱， 　=1.0。 　　当压弯构件的弯矩作用于截面最大刚度的平面内时，构件将可能在弯矩作用平面内发生弯曲屈曲破坏，即平面内失稳。但是，当构件在弯矩作用平面外的刚度较小时，构件就有可能在平面外发生侧向弯扭屈曲而破坏，如图6.13所示。 　　《规范》采用下式计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳定 ： 1)在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构件段内荷载和内力情况确定： 　　①所考虑构件段无横向荷载作用时， 　和　　是在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件段产生同向曲率时取同号，产生反向曲率时取异号，　　　　； 　　②所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件段产生同向曲率时， 　1.0;使构件段产生反向曲率时，　　　　； 　　③所考虑构件段内无弯矩但有横向荷载作用时， 　2)弯矩作用平面外为悬臂的构件：　　　。 　　式(6.21)是根据双轴对称工字形截面压弯构件在弹性工作阶段弯曲屈曲的临界状态导出的；对于单轴对称截面压弯构件以及这些构件在弹塑性工作范围内时，采用上式验算平面外的稳定，多偏于安全，实验也证明了这一点，因而可近似采用。 　　例6.2 6.4 实腹式压弯构件的局部稳定 　　压弯构件的翼缘受力情况与轴压或受弯构件的翼缘的受力情况基本相同，但腹板的受力情况较复杂，除受到非均匀压力作用外，还有剪力存在。规范对压弯构件的局部稳定计算仍以板件的屈曲为准则，用限制板件宽（高）厚比来保证板件的稳定性，见表6.1 6.4.1 翼缘的宽厚比限值 　　工字形、箱形和T形截面压弯构件（图6.16），其受压翼缘的应力状态与梁受压翼缘板类似，当截面设计均由强度控制时就更加相似，故板的自由外伸宽度与其厚度之比。亦应按梁的规定，即应满