偏心受力构件.ppt

第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,第二节构件的强度和刚度,第三节压弯柱的整体稳定性,第四节压弯柱的局部稳定性,第五节压弯构件设计,第六节压弯构件计算长度,第六章拉弯和压弯构件,大纲要求:,1、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式；,2、了解压弯构件整体稳定的基本原理；掌握其计算方法；,5、掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；,4、掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算;,3、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理；掌握其计算方法；,6、了解压弯构件的计算长度,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,一、应用,受拉+受弯杆受压+受弯柱,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,一、应用,偏心受压柱厂房排架柱有横向荷载作用抗风柱有柱端弯矩框架柱,引起弯矩的可能因素：,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,一、应用,有节间荷载作用的桁架上下弦杆；风荷载作用下的墙架柱；天窗架的侧立柱等等。压弯构件广泛用于柱：厂房框架柱；多层（或高层）建筑中的框架柱；海洋平台立柱等等。,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,实腹式框架和刚架格构式工业厂房,单向受弯平面结构双向受弯空间结构,二、类型,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,三、构件的截面,（1）按截面组成方式分为型钢（a、b），钢板焊接组合截面型钢（c、g），组合截面（d、e、f、h、i）（2）按截面几何特征分为开口截面，闭口截面（g、h、i、j）（3）按截面对称性分为单轴对称截面（d、e、f、n、p），双轴对称截面（其余各图）（4）按截面分布连续性分为实腹式截面（ag）格构式截面（kp）,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,三、构件的截面,截面形式选择,承受弯矩很小轴力很大：采用轴心受压构件截面形式；当仅一个方向的弯矩较大：用单轴对称截面，较大翼缘位于受压一侧,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,四、拉弯(压弯)构件的破坏形式,截面的部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况。,1、强度破坏,3、平面内失稳（弯矩作用平面内弯曲失稳破坏）,弯矩作用平面内的弯曲变形，不存在分枝现象。条件：侧向有足够支撑。,指构件的挠度（或长细比）达到甚至超过规范的限值。,2、刚度破坏,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,四、拉弯(压弯)构件的破坏形式,5、局部失稳破坏,发生在腹板和受压翼缘。条件：板件较薄,弯矩作用方向存在弯曲变形，垂直于弯矩作用方向会突然产生弯曲变形，同时截面会绕杆轴发生扭转。条件：侧向缺乏足够支撑或承受双向弯矩的压弯构件。,4、平面外失稳（弯矩作用平面外失稳破坏、弯扭失稳）,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,五、拉弯(压弯)构件的计算,拉弯构件：承载能力极限状态：强度正常使用极限状态：刚度,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,五、拉弯(压弯)构件的计算,承载能力极限状态,正常使用极限状态,刚度,压弯构件,截面选型双轴对称，或单轴对称截面强度截面正应力、剪应力构件稳定性弯矩作用平面内、平面外板件稳定性受压翼缘和腹板构件刚度长细比，变形构造要求,六、设计要点,第六章拉弯和压弯构件,第一节构件的形式和应用,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,一、拉弯及压弯构件强度计算准则,二、拉弯和压弯构件截面的应力变化,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,四、拉弯及压弯构件刚度的计算,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,一、拉弯及压弯构件强度计算准则,1)边缘纤维屈服准则在构件受力最大的截面上，截面边缘处的最大应力达到屈服时即认为构件达到了强度极限，此时构件在弹性阶段工作；2)全截面屈服准则构件的最大受力截面的全部受拉和受压区的应力都达到屈服，此时，这一截面在拉力（压力）和弯矩的共同作用下形成塑性铰；3)部分发展塑性准则构件的最大受力截面的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给定。此时，构件在弹塑性阶段工作。,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,二、拉弯和压弯构件截面的应力变化,承受轴心压力N和弯矩M共同作用的矩形截面构件，随着荷载的增加，截面塑性发展过程如下图：,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,二、拉弯和压弯构件截面的应力变化,(c)截面拉应力区达到屈服，部分受拉区的材料进入塑性状态,截面处于弹塑性状态,(a)截面边缘纤维的压应力小于钢材的屈服强度时，整个截面都处于弹性状态,(b)截面受压区进入塑性状态,(d)整个截面进入塑性状态形成塑性铰,考虑钢材的塑性性能,承受静载的拉弯、压弯构件是以截面出现塑性铰作为其强度极限。,截面形成塑性铰时的应力分布,式中消去值，得矩形截面形成塑性铰时N、M相关公式：,无轴力作用时，净截面的塑性弯矩。,无弯矩作用时，全部净截面屈服的承载力；,N轴心力M弯矩,矩形截面N和M的相关曲线,为计算简便且偏于安全，采用直线4作为计算依据：,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,（2）以构件截面塑性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,（1）以构件截面边缘纤维屈服时的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,（3）以构件截面部分塑性发展作为强度计算准则,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,净截面强度计算公式,单轴对称截面较小翼缘最外纤维应力,综合上面两式,1、以构件截面边缘纤维屈服时的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,2、以构件截面塑性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,塑性中性轴在腹板内,塑性中性轴在翼缘内,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,的,与,关系曲线不仅与截面形状有关，而且与弯矩作用的主平面及等有关,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,3、以构件截面部分塑性发展作为强度计算准则,只在一个主平面有弯矩作用时,在两个主平面有弯矩作用时,部分塑性发展，轴力和弯矩非线性叠加塑性发展。近似线性叠加，塑性发展系数gx，gy,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,3、以构件截面部分塑性发展作为强度计算准则,塑性发展系数的取值,（1）的数值与截面形式、塑性发展深度和截面高度的比值、腹板面积与翼缘面积的比值、以及应力状态有关。,（2）拉弯、压弯构件的与受弯构件的保持衔接。塑性发展越深，则值越大，但考虑到以下因素，塑性发展深度不宜超出截面高度的0.15倍。,有横向荷载作用时，按材料力学方法进行剪应力计算：,4、抗剪强度,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,对框架梁等以弯曲为主但有少量拉力或压力的构件，则仍应按梁的要求计算其最大挠度（按荷载的标准组合）不超过容许挠度值：,与轴心受力构件相仿，拉弯和压弯构件的刚度通常用最不利方向的最大长细比来衡量，应满足下式要求：,ww，或w/lw/l,四、拉弯及压弯构件刚度的计算,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,多高层框架柱控制风载作用层间侧移：d/hd/h，1/400和顶点侧移：D/HD/H，1/500刚架和排架柱控制风载作用柱顶侧移：1/1001/300有重级工作制吊车厂房，由一台最大吊车水平制动荷载所产生的吊车轨顶标高处的水平位移Hc/1250,对某些使用上需限制其变形的拉弯或压弯构件，也需计算其侧移或挠度不超过容许值。例如:,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,四、例题,第六章拉弯和压弯构件,第二节构件的强度和刚度,四、例题,例题2验算如图所示拉弯构件的强度和刚度。轴心拉力设计值N=100KN，横向集中荷载设计值F=8KN，均为静力荷载。构件的截面为210010010，钢材为Q235，=350。,解：1.构件的最大弯矩。Mx=Fa=81.5=12KNm,2截面几何特性，由附表5查得210010010An=219.26=38.52cm2W1x=263.2=126.4cm3W2x=225.1=50.2cm3，ix=3.05cm,iy=4