第4章 轴心受力构件幻灯片.ppt

1,进入,研制单位：中南林业课件大学,钢结构设计原理(电子教案),研制单位：中南林业科技大学研制人：胡习兵袁智深,2,钢结构设计原理,第1章绪论,第2章钢结构材料,第3章钢结构的连接,第4章轴心受力构件,第5章受弯构件,第6章拉弯和压弯构件,3,钢结构设计原理,第4章,主页,目录,帮助,上一章,下一章,第4章轴心受力构件,4,主页,目录,帮助,上一章,下一章,钢结构设计原理,第4章,主要目标：1、掌握轴心受力构件的截面类型和选择、轴心受力构件强度和刚度计算；2、掌握轴心受压构件整体稳定计算方法和局部稳定计算方法；3、掌握实腹式轴心受压构件的设计方法；4、掌握格构式轴心受压构件设计计算方法。主要内容：4.1轴心受力构件的特点和截面形式4.2轴心受力构件的强度和刚度4.3轴心受压构件的整体稳定4.4轴心受压构件的局部稳定4.5实腹式轴心受压构件设计4.6格构式轴心受压构件设计4.7柱头和柱脚的构造设计,5,3.1.1焊缝连接,主页,目录,帮助,上一章,下一章,钢结构设计原理,第4章,4.1轴心受力构件的特点和截面形式,3.塔架,1.桁架,2.网架,6,轴心受力构件常用截面形式实腹式、格构式,图4.2柱的组成,7,(a)型钢,(b)组合截面,1、实腹式构件截面形式,图4.3轴心受力实腹式构件的截面形式,8,(c)双角钢,(d)冷弯薄壁型钢,图4.3轴心受力实腹式构件的截面形式,9,2.格构式构件的常用截面形式,图4.4格构式构件常用截面形式,图4.5缀板柱,10,3、格构式构件缀材布置缀条、缀板,图4.6格构式构件的缀材布置,(a)缀条柱；(b)缀板柱,11,轴心受力构件的设计,12,4.2轴心受力构件的强度和刚度,f钢材强度设计值，；An构件净截面面积,4.2.1强度计算,图4.7有孔洞拉杆的截面应力分布,(a)弹性状态应力；(b)极限状态应力,13,a）构件净截面面积计算,An取-、-截面的较小面积计算,(a),(b),(c),(d),图4.8净截面面积计算,14,孔前传力,一个螺栓受力N/n计算截面上受力；,孔前:,孔后:,N,b）摩擦型高强螺栓连接的构件,n1计算截面上的螺栓数。,n连接一侧螺栓数；,计算截面上的力为：,N,图4.9高强度螺栓的孔前传力,15,摩擦型高强螺栓连接的净截面强度：,摩擦型高强螺栓连接还应验算毛截面强度：,N-计算截面上的受到的力,16,构件计算长度,i-截面对应于主轴的回转半径,构件的最大长细比,4.2.2刚度计算,17,表4.1轴心受压构件的计算长度系数,18,例4.1图4.10所示一有重级工作制吊车的厂房屋架的双角钢拉杆，截面为210010，角钢上有交错排列的普通螺栓孔，孔径d=20mm。试计算此拉杆所能承受的最大拉力及容许达到的最大计算长度。钢材为Q235钢。,图4.10例4.1图,19,查得210010,AnI=2(45+100+45-20)10=3400mm2,AnII=2(245+402+1002-220)10=3150mm2,N=AnIIf=3150215=677250N=677kN,lox=ix=35030.5=10675mm,loy=iy=35045.2=15820mm,解：,图4.10例4.1图(b),20,理想轴心压杆：,4.3轴心受压构件的稳定,4.3.1整体稳定的计算,受荷前无初始缺陷（初始应力、初弯曲、初偏心）,力线与杆轴线重合,杆件为等截面直杆,预备知识：,21,弯曲屈曲：双轴对称截面，单轴对称截面绕非对称轴；扭转屈曲：十字形截面；弯扭屈曲：单轴对称截面（槽钢，等边角钢）。,图4.11轴心压杆的屈曲变形,(a)弯曲屈曲；(b)扭转屈曲；(c)弯扭屈曲,22,（1）弯曲屈曲-只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式；,23,（2）扭转屈曲-失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式；,24,（3）弯扭屈曲单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。,25,欧拉临界应力,1理想轴心压杆屈曲准则,欧拉（Euler）临界力,一、整体稳定的临界应力的计算,a）弹性状态：,26,采用切线模量理论计算。,Et-切线摸量,b)弹塑性状态,屈曲准则建立的临界应力,27,2实际轴心受压构件,实际轴心受压构件存在初始缺陷-初弯曲、初偏心、残余应力,图4.14有初弯曲、初偏心的轴心压杆及其压力挠度曲线,28,弹塑性阶段压力挠度曲线,有初弯曲(初偏心)时，一开始就产生挠曲,荷载，v,当NNE时，v,初弯曲（初偏心）越大,同样压力下变形越大。,初弯曲（初偏心）即使很小,也有,初弯曲和初偏心的影响,图4.15轴心压杆及其压力挠度曲线,29,弹塑性状态最大强度准则NB,弹性状态“边缘屈服准则”NA,图4.15轴心压杆及其压力挠度曲线,（柏利公式）,30,理想轴心压杆与实际轴心压杆承载能力比较,1-欧拉临界力,2-切线摸量临界力,3-有初弯曲临界力,图4.16轴心压杆的压力挠度曲线,31,二.轴心受压构件的柱子曲线,四条柱子曲线：依截面形式、失稳方向、板件厚度、制造加工方式确定。,我国规范给定的临界应力cr，是按最大强度准则，并通过数值分析确定的。由于各种缺陷对不同截面、不同对称轴的影响不同，所以cr-曲线（柱子曲线），呈相当宽的带状分布，为减小误差以及简化计算，规范在试验的基础上，给出了四条曲线（四类截面），并引入了稳定系数。,32,图4.17我国的柱子曲线,33,表4.2(a)轴压构件的截面分类(板厚tf40mm),34,截面形式和对应轴,类别,b类,c类,y,y,焊接，板件边缘焰切，对x、y轴,y,y,y,y,轧制或焊接，对x、y轴,焊接翼缘为轧制或剪切边，对x轴,格构式，对x、y轴,焊接，翼缘为轧制或剪切边，对y轴,x,x,x,x,焊接，对x、y轴,焊接，板件宽厚比20，对x、y轴,焊接，板件边缘轧制或剪切，对x、y轴,轧制或焊接翼缘为焰切边，对x、y轴,表4.2(a)轴压构件的截面分类(板厚tfbs/15,a,tw,bs,腹板与翼缘焊缝,hf=4-8mm,图4.25实腹柱的腹板加劲肋,66,例4.4图4.26(a)所示为一管道支架，其支柱的设计压力为N1600kN(设计值)，柱两端铰接，钢材为Q235，截面无孔眼削弱。试设计此支柱的截面：用普通轧制工字钢；用热轧H型钢；用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边。,图4.25例4.4图,(b),(a),(c),67,设=90,对x轴a类,对y轴b类,选I56a,A=135cm2,ix=22.0cm,iy=3.18cm.,解,1.轧制工字钢截面,(1)试选截面,(f),图4.25例4.4图,68,(2)截面验算,刚度验算,整体稳定,截面无削弱，不验算强度；热轧型钢，不验算局稳。,远大于,故由查附表4.2得,(f),图4.25例4.4图,69,2.轧制H型截面,(1)试选截面,设=60,b/h0.8对x轴、对y轴b类,试选,(g),图4.25例4.4图,70,(2)截面验算,刚度验算,整体稳定,因对x轴、对式y轴b类,故由长细比的较大值查表,(g),图4.25例4.4图,71,设=60,参照H型截面，翼缘2-25014，腹板-2508,3.焊接工字形截面,(1)试选截面,(h),图4.25例4.4图,72,(2)整体稳定和长细比验算,因对x轴、对式y轴b类,故由长细比的较大值查表,长细比：,(h),图4.25例4.4图,73,翼缘板：,腹板：,（4）构造,，不设加劲肋,腹板与翼缘的连接焊缝，最小焊脚尺寸,取hf=6mm,(3)局部稳定,74,4.4.2格构柱设计,1、格构柱的截面形式,图4.4格构式构件常用截面形式,图4.5缀板柱,75,图4.6格构式构件的缀材布置,(a)缀条柱；(b)缀板柱,图4.5缀板柱,76,2、格构柱绕虚轴的换算长细比,绕虚轴的承载力低，加大长细比。,绕虚轴弯曲产生横向剪力，由缀材承担。,图4.26轴心受压柱失稳,换算长细比,在剪力作用下，缀板柱：刚架；缀条柱：桁架。,77,A1构件截面中垂直于虚轴各斜缀条的毛截面面积之和,x整个构件对虚轴的长细比；,A整个构件横截面的毛面积；,（1）双肢缀条柱,图4.27缀条柱,78,1单个分肢对最小刚度轴1-1的长细比，1=l01/i1；i1分肢弱轴的回转半径；l01缀板间净距。,图4.28缀板柱,（2）双肢缀板柱,1,1,79,(1)轴心受压格构柱的横向剪力,A柱的毛截面面积；,f钢材强度设计值；,fy钢材的屈服强度标准值。,3、缀材设计,图4.29剪力计算简图,80,内力：弯曲可能或左或右，剪力方向变化，缀条或拉或压。,一个缀材面上的剪力,一个缀条的内力,(2)缀条的设计,V1分配到一个缀材面上的剪力;n一个缀材面承受剪力的斜缀条数。单系缀条时，n=1,交叉缀条时，n2；q缀条与横向剪力的夹角。,图4.30缀条的内力,81,强度折减单角钢有偏心，受压时产生扭转。,斜缀条对最小刚度轴的长细比，b/50=278/50=5.6mm。,验算隔板抗剪、抗弯强度：,111,3、靴梁计算,靴梁与柱身的