钢结构第五章 拉弯和压弯构件.ppt

第五章 拉弯和压弯构件 目 录 第一节 概 述 第二节 拉弯、压弯构件的强度和刚度计算 第三节 压弯构件的整体稳定 第四节 实腹式压弯构件的局部稳定 第五节 压弯构件的截面设计和构造要求 第六节 框架梁与柱的连接和柱的拼接 第一节 概 述 一、定义 二、应用 三、截面形式 四、拉弯构件的设计要求 五、压弯构件的设计要求 一、定义 同时承受弯矩和轴心拉力或轴心压力的构件称为拉弯构件或压弯构件。压弯构件也称为梁—柱。 引起弯矩的原因： ①纵向荷载不通过构件截面形心的偏心； ②横向荷载引起； ③构件端部的转角约束。 二、应用 单层厂房的柱、多层或高层房屋的框架柱、承受不对称荷载的工作平台柱、以及支架柱、塔架、桅杆塔等常是压弯构件； 桁架中承受节间内荷载的杆件则是压弯或拉弯构件。 三、截面形式 当弯矩较小和正负弯矩绝对值大致相等或使用上有特殊要求时，常采用双轴对称截面。 当构件的正负弯矩绝对值相差较大时，为了节省钢材，常采用单轴对称截面。 四、拉弯构件的设计要求 一般只需进行强度和刚度计算。 对以承受弯矩为主的拉弯构件，其受力状态与梁相近，当截面一侧最外纤维发生较大的压应力时，则也应考虑和计算构件的整体稳定以及受压板件或分肢的局部稳定。 五、压弯构件的设计要求 1、压弯构件的破坏方式 2、设计要求 应进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算 1、压弯构件的破坏方式 （1）强度破坏。 （2）弯矩作用平面内丧失整体稳定。当NNux时，构件内、外力矩的平衡是稳定的。当N达到Nux后，在减小荷载情况下v仍不断增大，截面内力矩已不能与外力矩保持稳定的平衡。称这种现象为压弯构件丧失弯矩作用平面内的整体稳定，它属于弯曲失稳（屈曲）。 （3）弯矩作用平面外丧失整体稳定。当荷载达某一值Nuy ，构件将突然发生弯矩作用平面外的弯曲变形，并伴随绕纵向剪切中心轴的扭转，而发生破坏。称这种现象为压弯构件丧失弯矩作用平面外的整体稳定，它属于弯扭失稳（屈曲）。 （4）局部失稳（屈曲），将导致压弯构件整体稳定承载力降低。 第二节 拉弯、压弯构件的强度和刚度计算 一、强度计算 1、强度极限状态 2、强度极限承载力计算 二、拉弯和压弯构件的刚度计算 λ≤[λ] 一、强度计算 1、强度极限状态 拉弯和压弯构件的受力最不利截面（最大弯矩截面或有严重削弱的截面）出现塑性铰时，即达到构件的强度极限状态。 2、强度极限承载力计算 根据内外力平衡条件，求得在强度极限状态时N与M的相关关系式。各种截面的拉弯和压弯构件的强度相关曲线均为凸曲线，其变化范围较大。 为了简化计算，且可与轴心受力构件和梁的计算公式衔接，设计规范偏于安全地采用相关曲线中的直线作为计算依据，其表达式为： 考虑构件因形成塑性铰而变形过大，以及截面上剪应力等的不利影响，设计时用γx取代式中的形常数γF 。引入抗力分项系数后，承受单向和双向弯矩时的强度计算公式为: 需要计算疲劳的构件，取γx =γY=1.0。受压翼缘的外伸宽度 b1与其厚度t之比 时，取γx=1.0。格构式构件绕虚轴（x轴）弯曲时，仅考虑边缘纤维屈服，取γx=1.0。 第三节 压弯构件的整体稳定 一、实腹式压弯构件的整体稳定 二、格构式压弯构件的稳定计算 三、压弯构件的计算长度 一、实腹式压弯构件的整体稳定 （一）实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算 1、边缘纤维屈服准则 2、设计规范关于实腹式压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式 （二）实腹式压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定计算 （三）实腹式双向压弯构件的稳定计算 1、边缘纤维屈服准则 稳定理论分析可得最大弯矩Mmax可表示为 : Mx是把构件看作简支梁时由荷载产生的跨中最大弯矩，称为一阶弯矩；Nυm为轴心压力引起的附加弯矩，称为二阶弯矩。βmx称为等效弯矩系数，随荷载而异。考虑构件的缺陷后，构件边缘纤维屈服条件为: e0是考虑构件缺陷的等效偏心距。当M=0时，压弯构件转化为带有缺陷e0的轴心受压构件，其承载力为N=Nx=Afyφx= NPφx。求出e0 ，导出的相关公式为: 2、规范关于实腹式压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算 考虑塑性性能、初始缺陷和残余应力，利用数值计算方法来求极限荷载Nux。把求出的Nux与用边缘纤维屈服准则导出的相关公式中的N进行对比，对相关公式进行修整作为实用计算公式： 对于单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用于对称轴平面且使较大翼缘受压时，构件还可能在受拉区首先出现屈服而导致构件失去承载能力，由受拉侧应力σ≤fy，因此还应按下式计算： （二）实腹式压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定计算 压弯构件应分别计算构件在弯矩作用平面内和平面外的稳定性。根