钢结构设计原理_廖绍怀_拉弯、压弯构件

1、第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式；理解拉弯和压弯的强度和刚度计算;了解压弯构件整体稳定的基本原理，理解其计算方法；了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理，理解其计算方法；理解实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件7.1拉弯、拉弯、压弯构件的应用和截面形式压弯构件的应用和截面形式 构件同时承受轴心压（或拉）力和绕截面形心主轴的构件同时承受轴心压（或拉）力和绕截面形心主轴的弯矩作用，称为压弯（拉弯）构件。根据绕截面形心主轴弯矩作用，称为压弯（拉弯）构件。根据绕截面形心主轴的弯矩，有的弯矩，有单向压（拉）弯构

2、件单向压（拉）弯构件；双向压（拉）弯构件双向压（拉）弯构件。弯矩由偏心轴力引起时，也称作偏压（或拉）构件。例如弯矩由偏心轴力引起时，也称作偏压（或拉）构件。例如有节间荷载作用的桁架上下弦杆、有节间荷载作用的桁架上下弦杆、受风荷载作用的墙架柱、工作平受风荷载作用的墙架柱、工作平台柱、支架柱、单层厂房结构及台柱、支架柱、单层厂房结构及多高层框架结构中的柱等等。多高层框架结构中的柱等等。 图图7.1.1 压弯、拉弯构件压弯、拉弯构件第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 实腹式和格构式。实腹式和格构式。实腹式截面：热轧型实腹式截面：热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面、冷弯薄壁型钢截面和组合截面。钢

3、截面和组合截面。当构件计算长度较大当构件计算长度较大且受力较大时，为了且受力较大时，为了提高截面的抗弯刚度，提高截面的抗弯刚度，还常常采用格构式截还常常采用格构式截面。面。压弯构件的截面压弯构件的截面通常做成在弯矩作用通常做成在弯矩作用方向具有较大的截面方向具有较大的截面尺寸。尺寸。图图7.1.2 压弯构件的截面形式压弯构件的截面形式第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件拉弯构件：拉弯构件： 承载能力极限状态：承载能力极限状态：强度强度 正常使用极限状态：正常使用极限状态：刚度刚度压弯构件：压弯构件：强度强度稳定稳定实腹式实腹式 格构式格构式 弯矩作用在实轴上弯矩作用在实轴上 弯矩作用在

4、虚轴上弯矩作用在虚轴上 (分肢稳定分肢稳定)整体稳定整体稳定局部稳定局部稳定平面内稳定平面内稳定 平面外稳定平面外稳定 承载能承载能力极限力极限状态状态正常正常使用使用极限极限状态状态 取值同轴压构件。取值同轴压构件。 ,maxmax yx刚度刚度第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件7.2 拉弯、压弯构件的截面强度拉弯、压弯构件的截面强度边缘纤维屈服准则边缘纤维屈服准则 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。此时构件在到屈服时即认为构件达到了强度极限。此时构件在弹性段工作。弹性段工作。 全截面屈服准

5、则全截面屈服准则 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，这一截面在轴力和弯矩的共同作用下形成塑性到屈服，此时，这一截面在轴力和弯矩的共同作用下形成塑性铰。铰。 部分发展塑性准则部分发展塑性准则 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，构件在时，构件在弹塑性段工作弹塑性段工作。 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.边缘屈服准则边缘屈服准则当截面边缘处的最大

6、应力达到屈曲点时。当截面边缘处的最大应力达到屈曲点时。yxxfWMANe（7.2.1）1exxpMMNN（7.2.2）图图7.2.1 压弯构件截面应力的发展过程压弯构件截面应力的发展过程Aw=hwtwMxhwxxyyhfyfyfyfyHHN h h(1-2 )hfyfy(a)(b)(c)(d)Af=bt式中：式中：N、Mx验算截面处的轴力和弯矩；验算截面处的轴力和弯矩；A验算截面处的截面面积；验算截面处的截面面积； Wex验算截面处的绕截面主轴验算截面处的绕截面主轴x轴的截面模量；轴的截面模量；NP屈服轴力屈服轴力 ， NPAfy;Mex屈服弯矩屈服弯矩 ， MexWexfy。第第7 7章章

7、拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2.全截面屈服准则全截面屈服准则 塑性铰阶段。塑性铰阶段。 构件最危险截面处于塑性工作阶段时（构件最危险截面处于塑性工作阶段时（d），塑性中和轴），塑性中和轴可能在腹板或翼缘内。根据内外力平衡条件，可得轴力和弯矩可能在腹板或翼缘内。根据内外力平衡条件，可得轴力和弯矩的关系式。的关系式。 当轴力较小（当轴力较小（NAwfy）时）时,塑性中和轴在腹板内，截面应塑性中和轴在腹板内，截面应力分布如图（力分布如图（d），取），取hhw，并令，并令Af= Aw。则则ywypfAAfN) 12(仅压力作用时截面屈服轴力：仅压力作用时截面屈服轴力：ywwywywypxpxhfAhf

8、AhfAfWM25.02/5 .0仅弯矩作用时截面塑性屈服弯矩：仅弯矩作用时截面塑性屈服弯矩：第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件将应力图分界为与将应力图分界为与M和和N相平衡两部分，由平衡条件得：相平衡两部分，由平衡条件得：ywywfAfhtN)21 ()21 (（7.2.3a）2222222hfAfttfhAtfAhfAtfAhfAfttththhthhthfAthhftththfAMywywwywywywywywywywyfx（7.2.3b）hfyHHN h h(1-2 )hfyAw=hwtwMxhwxxyyAf=bt第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件以上两式消去以上两

9、式消去 ，则得，则得N和和Mx的相关公式：的相关公式：1141222pxxpMMNN（7.2.4a） 当轴力很大（当轴力很大（NAwfy）时）时,塑性中和轴位于翼缘内，按上塑性中和轴位于翼缘内，按上述相同方法可以得到：述相同方法可以得到：112214pxxpMMNN（7.2.4b）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图图7.2.2 压弯构件压弯构件N/Np-Mx/Mpx关系曲线关系曲线式（式（7.2.4b）式（式（7.2.5b）1pxxpMMNN式（式（7.2.4a）式（式（7.2.5a）1.01.000.13pNNpxxMM144121 构件的构件的N/Np-Mx/Mpx关系关系曲线

10、均呈凸形。与构件的截曲线均呈凸形。与构件的截面形状，腹板翼缘面积比面形状，腹板翼缘面积比 有有关。在设计中简化采用直线关。在设计中简化采用直线关系式，其表达式为：关系式，其表达式为：当当N/Np0.13时时:1pxxMM（7.2.5a）当当N/Np0.13时时:115. 11pxxpMMNN（7.2.5b）1pxxpMMNN（7.2.6） 考虑轴心力引起的附加弯矩和考虑轴心力引起的附加弯矩和剪力的不利影响，规范偏于安全采剪力的不利影响，规范偏于安全采用一条斜直线（图中虚线）代替曲用一条斜直线（图中虚线）代替曲线。线。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.部分发展塑性准则部分发展塑性准

11、则：弹塑性阶段。：弹塑性阶段。 比较式（比较式（7.2.2）和式（）和式（7.26）可以看出，两者都是直线）可以看出，两者都是直线关系式，差别仅在于第二项。在式（关系式，差别仅在于第二项。在式（7.2.2）中因在弹性阶段，）中因在弹性阶段，用的是截面的弹性抵抗矩用的是截面的弹性抵抗矩 Wx ；而在式（；而在式（7.2.6）中因在全塑）中因在全塑性阶段，用的则是截面的塑性抵抗矩性阶段，用的则是截面的塑性抵抗矩 Wpx ，因此介于弹性和，因此介于弹性和全塑性阶段之间的弹塑性阶段也可以采用直线关系式如下，全塑性阶段之间的弹塑性阶段也可以采用直线关系式如下，引入塑性发展系数引入塑性发展系数 ，即：，即

12、：1exxxpMMNN（7.2.7） 塑性发展系数，其值与截面的形式、塑性区的深度有关。塑性发展系数，其值与截面的形式、塑性区的深度有关。一般控制塑性发展深度一般控制塑性发展深度0.15h。1pxxpMMNN（7.2.6）1exxpMMNN（7.2.2）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件式中式中 N轴心压力设计值轴心压力设计值 An毛截面面积毛截面面积 Mx、My两个主平面内的弯矩两个主平面内的弯矩Wnx、Wny毛截面对两个主轴的抵抗矩毛截面对两个主轴的抵抗矩 x、 y设计强度部分截面塑性发展系数。按表设计强度部分截面塑性发展系数。按表4.2.1采用，如工采用，如工字形截面：字形截面

13、： x=1.05， y=1.20 （7.2.8）fWMANnxxxn1.单向拉弯、压弯构件强度计算公式单向拉弯、压弯构件强度计算公式2.双向拉弯、压弯构件强度计算公式双向拉弯、压弯构件强度计算公式fWMWMANnyyynxxxn（7.2.9）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 对于需要计算疲劳的构件，由于对其截面塑性发展后的性能的研究还不够成熟；对于格构式构件，当弯矩绕虚轴作用时，由于截面腹部空虚，塑性发展的潜力不大；为了保证受压翼缘在截面发展塑性时不发生局部失稳，当受压翼缘的宽厚比 时不考虑塑性发展。规范规定均以截面边缘屈服作为构件强度计算的依据。yy13 235/15 235/f

14、b tf第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件压弯构件弯矩作用平面内失稳压弯构件弯矩作用平面内失稳 在在N和和M同时作用下，一开始构件就在弯矩同时作用下，一开始构件就在弯矩作用平面内发生变形，呈弯曲状态，当作用平面内发生变形，呈弯曲状态，当N和和M同时增加到一定大小时则到达极同时增加到一定大小时则到达极限，超过此极限，要维持内外力平衡，限，超过此极限，要维持内外力平衡，只能减只能减 小小N和和M。在弯矩作用平面内只。在弯矩作用平面内只产生弯曲变形（产生弯曲变形（弯曲失稳弯曲失稳），属于极值），属于极值失稳。失稳。 a) 弯曲失稳弯曲失稳7.3 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算实腹

15、式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件b) 弯扭失稳弯扭失稳压弯构件弯矩作用平面外失稳压弯构件弯矩作用平面外失稳当当构件在弯矩作用平面外没有足够的支构件在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能发生弯扭屈曲（构件可能发生弯扭屈曲（弯扭失稳弯扭失稳）而破坏，这种弯扭屈曲又称为压弯构而破坏，这种弯扭屈曲又称为压弯构件弯矩作用平面外的整体失稳；对于件弯矩作用平面外的整体失稳；对于理想的压弯构件，它具有分枝点失稳理想的压弯构件，它具有分枝点失稳的特征。的特征。 双向压弯构件的失稳双向压弯构件的失稳同时

16、产生同时产生双向弯曲变形并伴随有扭转变形属双向弯曲变形并伴随有扭转变形属弯扭失稳弯扭失稳。 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图图7.3.1 压弯构件的整体失稳压弯构件的整体失稳a) 弯曲失稳弯曲失稳b) 弯扭失稳弯扭失稳NN( a )( b )NN第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件弯矩作用平面内失稳特点弯矩作用平面内失稳特点： 一压就弯，不存在随遇平衡状态及其相应一压就弯，不存在随遇平衡状态及其相应的临界荷载，属于第二类稳定问题。的临界荷载，属于第二类稳定问题。 轴压力轴压力N与跨中挠度与跨中挠度 之间关系曲线如图之间关系曲线如图7.3.2。曲线由上升段和下降段组成曲线由

17、上升段和下降段组成 在上升段：在上升段：平衡是稳定的，因为增加挠度平衡是稳定的，因为增加挠度 ，必须增加荷载。，必须增加荷载。在下降段：平衡是不稳定的。在下降段：平衡是不稳定的。图图7.3.2 受端弯矩作用的压弯构件受端弯矩作用的压弯构件N曲线B BACD 偏心受压时的临界荷载偏心受压时的临界荷载恒低于恒低于轴心受轴心受压时的临界荷载，相当于长度加大到压时的临界荷载，相当于长度加大到l1的轴的轴心受压构件。心受压构件。 ezyeNkNky mzl/2l1l图图7.3.3 压弯构件压弯构件第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件NMyMNzyNMMzNyNMMzN(c)(d)(e)YmmYm

18、YYm塑性受力区yNMzNM0ymyll/2l/2mYNNu0abc弹性曲线fyfy2fyfyf1yfy(a)(b) 实腹式压弯构实腹式压弯构件在弯距作用平面件在弯距作用平面内失稳时已经出现内失稳时已经出现塑性，弹性平衡微塑性，弹性平衡微分方程不再适用。分方程不再适用。同时承受轴力和端同时承受轴力和端弯距作用的杆件，弯距作用的杆件，在平面内失稳时塑在平面内失稳时塑性区的分布如图所性区的分布如图所示。弯曲刚度示。弯曲刚度EI不再保持常数，计算稳定承载力常用的方法：不再保持常数，计算稳定承载力常用的方法：极限荷载计算法和相关公式计算法。极限荷载计算法和相关公式计算法。图图7.3.4 单向压弯构件在

19、单向压弯构件在M作用平面的整体屈曲作用平面的整体屈曲第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.极限荷载计算法极限荷载计算法 目前各国设计规范多采用的方法。目前各国设计规范多采用的方法。2xNkEI2.相关公式计算法相关公式计算法计算压弯构件弯矩作用平面内极限荷载的方法有解析法和数值法。计算压弯构件弯矩作用平面内极限荷载的方法有解析法和数值法。 参照第参照第6章式（章式（6.3.23）受偏心压力（均匀弯）受偏心压力（均匀弯矩）作用的压弯构件中点挠度为：矩）作用的压弯构件中点挠度为：m0/ 202sec122 sec12/ 2zlENyyeNklklNNl/2 2l/2 2zyve0ye00

20、 其中其中 0为不考虑为不考虑N时简支梁的中点挠度，方括号项为压弯构件时简支梁的中点挠度，方括号项为压弯构件考虑轴力影响的跨中挠度放大系数。考虑轴力影响的跨中挠度放大系数。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件0max21/xExNMN N（7.3.3b） 对其它荷载作用的压弯构件，考虑二阶效应后，两端对其它荷载作用的压弯构件，考虑二阶效应后，两端铰支构件由横向力或端弯矩引起的最大弯矩为：铰支构件由横向力或端弯矩引起的最大弯矩为： 考虑初始缺陷的影响，同时考虑二阶效应后，由初弯考虑初始缺陷的影响，同时考虑二阶效应后，由初弯曲产生最大弯矩为：曲产生最大弯矩为：mxxmax1Ex1/xMMN

21、 N（7.3.3a） 根据边缘屈曲准则，压弯构件弯矩作用平面内截面最根据边缘屈曲准则，压弯构件弯矩作用平面内截面最大应力应满足：大应力应满足：xmax1xmax2mxx0y1ex1Ex1/xxMMMNNNfAW MA WN N（7.3.4） 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 上述边缘屈服准则的应用是用应力问题的表达式来剪力上述边缘屈服准则的应用是用应力问题的表达式来剪力稳定问题的相关公式稳定问题的相关公式 当上式中当上式中Mx0，则式（，则式（7.3.4）中的）中的N 即为有初始缺陷即为有初始缺陷的轴心压杆的临界力的轴心压杆的临界力N0 x，把，把Np、Mex代入解得等效初始缺陷代

22、入解得等效初始缺陷 0为为：Ex0 x0 xEx0 xyx1NANNNNAfW0（7.3.5） N0 x= x Np = x Afymxxxy1x yxEx11/NMAfW fN N（7.3.6） 将式（将式（7.3.5）带入（）带入（7.3.4）可得：）可得：第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件考虑抗力分项系数后，考虑抗力分项系数后，规范设计公式规范设计公式 （1）按边缘屈服准则）按边缘屈服准则 mxxx1xxEx1/MNfAWN N（7.3.8）适用于绕虚轴弯曲的格构式压弯构件。适用于绕虚轴弯曲的格构式压弯构件。（2）考虑塑性发展及残余应力等的修正）考虑塑性发展及残余应力等的修正

23、式（式（7.3.8）没有考虑部分塑性深入截面，也未计入残余应力影）没有考虑部分塑性深入截面，也未计入残余应力影响，与工程实际有误差。为提高计算精度，规范对响，与工程实际有误差。为提高计算精度，规范对11种常见截面种常见截面进行了比较计算，引入塑性发展系数，用进行了比较计算，引入塑性发展系数，用0.8代替第二项分母中的代替第二项分母中的 x。得出如下设计公式：。得出如下设计公式：221 . 1xExEAN3.压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式压弯构件弯矩作用平面内整体稳定的计算公式mxxxx1Ex10.8/xMNfAWN N（7.3.8）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件单对称轴

24、截面，绕非对称轴弯曲单对称轴截面，绕非对称轴弯曲 特点：特点：临界状态时可能拉、压区均出现塑性，临界状态时可能拉、压区均出现塑性，或受拉区先出现塑性。而塑性区的发展也能导或受拉区先出现塑性。而塑性区的发展也能导致失稳。所以还需按下式作补充计算。致失稳。所以还需按下式作补充计算。yxy0eb)+c)+图图7.3.5 单轴对称截面单轴对称截面xyey0a)fNNWMANxEx2xxmx/25. 11（7.3.10） 单轴对称截面必须使（单轴对称截面必须使（7.3.9）、（）、（7.3.10）同时满足。同时满足。 W2x=Ix/yo较小翼缘最外纤维的毛截面模较小翼缘最外纤维的毛截面模量。量。 1.2

25、5也是引入的修正系数。也是引入的修正系数。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1）悬臂构件和在内力分析中未考虑二阶效应的无支撑框架和）悬臂构件和在内力分析中未考虑二阶效应的无支撑框架和弱支撑柱框架弱支撑柱框架 mx=1.02）框架柱和两端支承的构件）框架柱和两端支承的构件 无横向荷载作用时无横向荷载作用时 mx=0.65+0.35M1/M2， M1和和M2是构件两端的弯矩。是构件两端的弯矩。 M2 M1 。当两端弯。当两端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。 有端弯矩和横向荷载同时作用时有端弯矩和横向荷载同时作用时 使构件产生同向曲

26、率，使构件产生同向曲率， mx=1.0； 产生反向曲率，产生反向曲率， mx=0.85。（3）有关）有关 mx取值，规范规定如下：取值，规范规定如下： 无端弯矩有横向荷载作用时无端弯矩有横向荷载作用时： mx=1.0。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件概念概念 压弯构件可以分解为纯弯曲和轴心受压两种受力情况。包压弯构件可以分解为纯弯曲和轴心受压两种受力情况。包括沿两截面主轴（括沿两截面主轴（x、y轴）的弯曲和沿纵向扭转轴的扭转。轴）的弯曲和沿纵向扭转轴的扭转。zNNleeyxNeNNNezMNeNeNi02NeMdudzdudzu(a)(b)(c)xMNe-NeMNuuy7.4 实腹

27、式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算 图图7.4.1 平面外弯扭屈曲平面外弯扭屈曲 弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同，因此其失稳形式也弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同，因此其失稳形式也相同相同平面外弯扭屈曲平面外弯扭屈曲。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 根据弹性稳定理论，受轴心压力和均匀弯矩作用的双轴对称截根据弹性稳定理论，受轴心压力和均匀弯矩作用的双轴对称截面实腹式压弯构件，假定面实腹式压弯构件，假定1.由于平面外截面刚度很大，故忽略该平由于平面外截面刚度很大，故忽略该平面的挠曲变形。面的挠曲变形。2.杆件两端铰接，但

28、不能绕纵轴转动。杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。3.材料为弹材料为弹性。性。无初始缺陷，其平面外的弯扭屈曲的临界条件为：无初始缺陷，其平面外的弯扭屈曲的临界条件为：1.压弯构件在弯矩作用平面外的弯扭屈曲压弯构件在弯矩作用平面外的弯扭屈曲（7.4.1）22Ey110 xcrxMNNNNMNEy构件绕构件绕y轴弯曲屈曲的临界力；轴弯曲屈曲的临界力；N构件绕构件绕z轴扭转屈曲的临界力。轴扭转屈曲的临界力。 由（由（7.4.1）可作出相关曲线：）可作出相关曲线：一般情况，一般情况，N /NE y总大于总大于1，取，取N /NEy=1进行设计是偏于安全的。进行设计是偏于安全的。于是有相关方程：于是有相关

29、方程：图图7.4.2 相关曲线相关曲线N/NEy=2N/NEy= 1.0Mx/McrxN/NEyo1.01.01crxxEyMMNN（7.4.2）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2. 压弯构件弯矩作用平面外整体稳定计算公式压弯构件弯矩作用平面外整体稳定计算公式 将将NEy= yA fy Mcrx= bW1x fy代入式（代入式（7.4.2）并考虑引入弯）并考虑引入弯矩非均匀分布系数矩非均匀分布系数 tx和截面影响系数和截面影响系数 得到：得到： txxyybx1y1NMAfW f（7.4.3）1crxxEyMMNNtxxyb1xNMfAW（7.4.4） y轴心受压构件在弯矩作用面外

30、屈曲的稳定系数轴心受压构件在弯矩作用面外屈曲的稳定系数; b受均布弯矩的受弯构件的整体稳定系数，对箱形截面受均布弯矩的受弯构件的整体稳定系数，对箱形截面 b=1.0，I、T形截面按形截面按P389附录附录3.5中的近似公式计算；中的近似公式计算； Mx弯矩，取所计算构件段范围内的最大弯矩值；弯矩，取所计算构件段范围内的最大弯矩值； tx等效弯矩系数。等效弯矩系数。 截面影响系数。截面影响系数。箱形截面取箱形截面取0.7，其它截面取，其它截面取1.0y2yb2354400007. 1f第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2354400007. 12yybf 的的惯惯性性矩矩；轴轴翼翼缘缘

31、对对分分别别为为受受压压翼翼缘缘和和受受拉拉、，yIIIIIfAhWbyybxb2121121235140001 . 0207. 1 b均匀弯曲受弯构件的整体稳定系数，计算如下：（1）工字形（含）工字形（含H型钢）截面型钢）截面双轴对称时：双轴对称时：单轴对称时：单轴对称时：第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2350017. 00 . 1yybf 2350022. 00 . 1yybf 2350005. 00 . 1yybf 弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于 时：时：yf23518（2）T形截面（形截面（M绕对称轴绕对称轴x作用）作用）弯矩使翼缘受

32、压时：弯矩使翼缘受压时： 双角钢双角钢T形截面：形截面：剖分剖分T型钢和两板组合型钢和两板组合T形截面：形截面：p注意：注意：p用以上公式求得的应用以上公式求得的应 b1.0；p当当 b 0.6时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；p闭口截面闭口截面 b=1.0。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 所计算段内有端弯矩又有横向力作用所计算段内有端弯矩又有横向力作用产生相同曲率时，产生相同曲率时， tx=1.0；产生反向曲率时产生反向曲率时 tx=0.85。 1） 在弯曲矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支在弯曲矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻

33、支承点间构件段内荷载和内力情况确定。承点间构件段内荷载和内力情况确定。 tx取值办法取值办法所计算的段内无横向荷载作用所计算的段内无横向荷载作用 tx =0.65+0.35M2/M1 所计算段内无端弯矩，但有横向力作用所计算段内无端弯矩，但有横向力作用 tx=1.0M1和和M2是构件两端的弯矩。是构件两端的弯矩。 M2 M1 。当两端弯矩使。当两端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。2） 弯矩作用平面外为悬臂构件：弯矩作用平面外为悬臂构件： tx =1.0。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件在工程设计中，规范给出了实用经验设计表达式在

34、工程设计中，规范给出了实用经验设计表达式及及tyymxxby1yx1xEx1 0.8xMMNfAWNWN（7.4.5a）myytxxybx1xy1yEy1 0.8MMNfAWNWN（7.4.5b）xyeyexx1y1eyxyexx1y1图图7.4.5 双轴对称截面双轴对称截面第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件7.5 实腹式压弯构件的局部稳定实腹式压弯构件的局部稳定 （按梁的规定）（按梁的规定） 实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力实腹式压弯构件的板件与轴压和受弯构件的板件的受力相似，其局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚比的办法相似，其局部稳定也是采用限制板件的宽（高）厚

35、比的办法来保证。来保证。外伸翼缘板外伸翼缘板0y/40 235/btf（7.5.1b）yftb23515 y/13 235/b tf（7.5.1a）两边支承翼缘板两边支承翼缘板 当构件强度和整体稳定不考虑截面塑性发展时，式当构件强度和整体稳定不考虑截面塑性发展时，式（7.5.1a）可放宽至：）可放宽至：第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件图图7.5.1 压弯构件腹压弯构件腹板弹性状态受力情况板弹性状态受力情况 maxminahw板厚板厚tw 腹板受力较复杂。腹板受力较复杂。同时受同时受不均匀压力不均匀压力和和剪力剪力的作用。的作用。 ke正应力与剪应力共同作用时，板的屈曲系数。正应力与

36、剪应力共同作用时，板的屈曲系数。 腹板的局部稳定主要与压应腹板的局部稳定主要与压应力的不均匀分布的力的不均匀分布的梯度梯度有关。有关。 0应力梯度应力梯度 根据弹性理论，在对边受非均匀的根据弹性理论，在对边受非均匀的压力同时有均布剪力的作用的腹板（按压力同时有均布剪力的作用的腹板（按四边简支板）弹性屈曲的临界应力为四边简支板）弹性屈曲的临界应力为。 22wcre2012 1tEKh（7.5.3a） 0 ( max- min)/ max（7.5.2）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 规范规范规定工字形和规定工字形和H H形截面压弯构件腹板高厚比限值。形截面压弯构件腹板高厚比限值。 根

37、据弹塑性理论，弹塑性屈曲的临界应力为根据弹塑性理论，弹塑性屈曲的临界应力为。 22wcrp2012 1tEKh（7.5.3b）当当1.6 o2.0时时:00w235(480.526.2)yhtf（7.5.5b）00w235(160.525)yhtf（7.5.5a）当当0 o1.6时时: KP板的塑性屈曲系数。板的塑性屈曲系数。 o =（ max- min）/ max max腹板边缘最大压应力腹板边缘最大压应力 min另一边相应的应力，压为正，拉为负。另一边相应的应力，压为正，拉为负。 构件在弯矩作用平面内的长细比；构件在弯矩作用平面内的长细比； 当当 30时，取时，取 =30， 100时，取时

38、，取 =100。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 考虑到两块腹板可能受力不均，将按公式（考虑到两块腹板可能受力不均，将按公式（7.5.5a）和（和（7.5.5b）确定的高厚比值乘）确定的高厚比值乘0.8，使设计得厚一些。但，使设计得厚一些。但不应小于不应小于。yf/23540 当当 01.0时，时，翼缘板部分进入塑性，对腹板无嵌固作用。翼缘板部分进入塑性，对腹板无嵌固作用。 当当 01.0时时，翼缘处于弹性，对腹板有嵌固作用。翼缘处于弹性，对腹板有嵌固作用。015 235/ywhft（7.5.6a）018 235/ywhft（7.5.6b）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构

39、件7.6.1 截面形式截面形式1.对于对于N大、大、M小的构件，可参照轴压构件初估；小的构件，可参照轴压构件初估；2.对于对于N小、小、M大的构件，可参照受弯构件初估；大的构件，可参照受弯构件初估；因影响因素多，很难一次确定。因影响因素多，很难一次确定。7.6.2 截面验算截面验算1. 强度验算强度验算2. 整体稳定验算整体稳定验算3. 局部稳定验算局部稳定验算组合截面组合截面4. 刚度验算刚度验算7.6.3 构造要求构造要求 与实腹式轴心受压构件相似与实腹式轴心受压构件相似。7.6 实腹式压弯构件的设计实腹式压弯构件的设计第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件例题例题7.1： 某压弯构

40、件的简图、截面尺寸、受力和侧向支承情况如某压弯构件的简图、截面尺寸、受力和侧向支承情况如图所示，试验算所用截面是否满足强度、刚度和整体稳定要图所示，试验算所用截面是否满足强度、刚度和整体稳定要求。钢材为求。钢材为Q235钢，翼缘为焰切边；构件承受静力荷载设计钢，翼缘为焰切边；构件承受静力荷载设计值（标准值）值（标准值）F=100kN和和N=900kN。 4704002x8000=16000F=100KN(F =100KN)kNN =900KN700KNN =kxxyyBEC+DA+266.7+400+266.7KN.m弯矩图(设计值)101515第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件mk

41、N4004/161004/ FlMx解解：1.内力（设计值）内力（设计值） 轴心力轴心力N =900kN 弯弯 矩矩 2.截面特性和长细比：截面特性和长细比： l0 x=16m，l0y=8m 2mm1670015400210470A4633mm104 .79212/ )470390500400(xI366mm10370250/104 .792xWmm8 .217xi1505 .738 .217/16000 xmm9 .97yi1507 .819 .97/8000y刚度满足。刚度满足。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件nxxnx36622/()900 10 /16700400 10 /

42、 1.05 3.170 1053.9 120.2174.1N/mm215N/mmN AMWf 3.强度验算强度验算满足要求。满足要求。mxxxx1xEx3662(1 0.8/)900 10400 100.729 167001.05 3.17 10 (1 0.8 1.1 900/6285)73.9 137.5211.4215N/mmMNAWN Nf729. 0, 5 .73xx05. 1xmx14.在弯矩作用平面内的稳定性验算在弯矩作用平面内的稳定性验算满足要求。满足要求。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件22663N/mm215N/mm9 .1683 .896 .7910170. 3

43、918. 01040065. 016700677. 010900fWMANxbxtxy满足要求！（平面内稳定控制）满足要求！（平面内稳定控制） 讨论讨论： 本例题中若中间侧向支承点由中央一个改为本例题中若中间侧向支承点由中央一个改为两个（各在两个（各在l/3点即点即D和和E点），结果如何？点），结果如何？ 7 .81y677. 0y918. 044000/7 .8107. 144000/07. 1)(22ybb5.在弯矩作用平面外的稳定性验算：在弯矩作用平面外的稳定性验算： AC段（或段（或CB段）两端弯矩为段）两端弯矩为M1=400 kN.m，M20，段内无横向荷载：段内无横向荷载： 65.

44、 0/35. 065. 012MMtx第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件6.局部稳定验算局部稳定验算翼缘的宽厚比翼缘的宽厚比y400101313 235/2 15bft腹板计算高度边缘的应力腹板计算高度边缘的应力066222900000400 1047053.8118.616700792.4 102172.4N/mm (64.8N/mm )xxMhNAI0172.464.81.381.6172.40047047160.5251016 1.380.5 73.52583.8wht腹板高厚比腹板高厚比局部稳定满足要求局部稳定满足要求第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件7.7 格构式

45、压弯构件的计算格构式压弯构件的计算 当偏心受压柱的宽度很大时，常采用格构式。当柱中弯当偏心受压柱的宽度很大时，常采用格构式。当柱中弯矩不大，或柱中可能出现正负号的弯矩但二者的绝对值相差矩不大，或柱中可能出现正负号的弯矩但二者的绝对值相差不大时，可用对称的截面形式不大时，可用对称的截面形式(k、i、m)；当弯矩较大且弯矩；当弯矩较大且弯矩符号不变，或者正、负弯矩的绝对值相差较大时，常采用不符号不变，或者正、负弯矩的绝对值相差较大时，常采用不对称截面对称截面(n、p)，并将截面较大的肢件放在弯矩产生压应力的，并将截面较大的肢件放在弯矩产生压应力的一侧。一侧。 图图7.7.1 格构式压弯构件的截面形

46、式格构式压弯构件的截面形式 由于截面的高度较大且受有较大的外剪力，所以缀板连接的格构式由于截面的高度较大且受有较大的外剪力，所以缀板连接的格构式压弯构件很少采用。压弯构件很少采用。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件截面中部空心，不考虑塑性的深入发展。截面中部空心，不考虑塑性的深入发展。1.弯矩平面内的整体稳定计算弯矩平面内的整体稳定计算（7.3.8）fNNWMANmx)1(Exx1xxmaxx 注意：注意：式中式中 x及及NEx均按格构式柱的换算长细比均按格构式柱的换算长细比 0 x 确确定定 ，W1x=Ix/y0。y0为为x轴到较大压力分肢的轴线距离或压力较轴到较大压力分肢的轴线距

47、离或压力较大分肢腹板边缘的距离，两者中取较大者（见下图）。大分肢腹板边缘的距离，两者中取较大者（见下图）。图图7.7.2 格构柱格构柱计算绕虚轴截面计算绕虚轴截面模量时模量时y0的取值的取值按式（按式（7.3.8）计算。）计算。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1227AAxox二肢缀条式柱：二肢缀条式柱：212xox二肢缀板式柱：二肢缀板式柱：根据算出的换算长细比根据算出的换算长细比 ox，查表得，查表得 x。 A两个肢柱的毛截面面积；两个肢柱的毛截面面积；A1两个斜杆的毛截面面积。两个斜杆的毛截面面积。 1单肢长细比（对单肢长细比（对1轴）轴） x=lx/ixxy1221 . 1

48、oxExEAN其其余余符符号号同同前前。离离，二二者者取取大大值值。大大分分肢肢腹腹板板外外边边缘缘的的距距线线距距离离或或到到压压力力较较轴轴到到压压力力较较大大分分肢肢的的轴轴为为由由轴轴的的毛毛截截面面惯惯性性矩矩；对对计计算算区区段段的的最最大大弯弯矩矩；数数；确确定定的的轴轴压压构构件件稳稳定定系系由由式式中中：xyxIyIWMxxxxxx 0010, 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件2.分肢的稳定计算分肢的稳定计算 构件弯距作用平面外的整体稳定一般构件弯距作用平面外的整体稳定一般通过分肢的稳定计算来保证而不必验算。通过分肢的稳定计算来保证而不必验算。 两分肢的轴心力两分

49、肢的轴心力2x1NyMNaa（7.7.1a）12NNN（7.7.1b）图图7.7.3 分肢内力计算分肢内力计算y2y1aNMx11 将整个构件视为一平行弦桁架，将整个构件视为一平行弦桁架，分肢分肢为弦杆，为弦杆，两分肢的轴心力则由内力平衡得：两分肢的轴心力则由内力平衡得：第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件fAN11 缀条式构件的分肢按轴心受压柱计算缀条式构件的分肢按轴心受压柱计算yyyxoxxilil0,分肢计算长度：分肢计算长度： 1）缀材平面内（）缀材平面内（11轴）取缀条体系的节间长度轴）取缀条体系的节间长度lox=l1 ； 2）缀材平面外，取构件侧向支撑点间的距离。）缀材平面

50、外，取构件侧向支撑点间的距离。不设支承时不设支承时取取loy=柱子全高柱子全高。 缀板式构件的分肢缀板式构件的分肢 对缀板柱的分肢计算时，对缀板柱的分肢计算时，除除N1、N2外，尚应考虑剪力外，尚应考虑剪力作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。 在缀板平面内，分肢的计算长度在缀板平面内，分肢的计算长度对焊接缀板，计算长度对焊接缀板，计算长度取两缀板间的单肢净长。螺栓连接的缀板，则取相邻两缀板取两缀板间的单肢净长。螺栓连接的缀板，则取相邻两缀板边缘螺栓的最近距离。边缘螺栓的最近距离。第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件3.缀件的设计缀件的

51、设计和格构式轴心受压构件相同。和格构式轴心受压构件相同。 当剪力较大时，局部弯矩对缀板柱的不利影响较大，当剪力较大时，局部弯矩对缀板柱的不利影响较大，这时采用缀条柱更为适宜。这时采用缀条柱更为适宜。剪力取以下两式的较大者：剪力取以下两式的较大者：实际剪力实际剪力23585yfAfV （6.7.9）第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件弯矩作用平面内屈曲用：弯矩作用平面内屈曲用：fNNWMAN)8 . 01 (Ey1yyymyy（7.3.9）弯矩作用平面外屈曲用：弯矩作用平面外屈曲用：fWMAN1ybytyx（7.4.4） 由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其由于其受力性能与实腹式压弯

52、构件相同，故其弯矩作用弯矩作用平面内和弯矩作用平面外整体稳定计算平面内和弯矩作用平面外整体稳定计算均与实腹式压弯构件均与实腹式压弯构件相同相同。 但计算平面外稳定时，对虚轴的长细比应取换算长细比但计算平面外稳定时，对虚轴的长细比应取换算长细比来求来求 x ， b应取应取1.0。 第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件 分肢稳定按实腹式压弯构件计算。轴心压力分肢稳定按实腹式压弯构件计算。轴心压力N在两分肢间在两分肢间的分配与分肢轴线至虚轴的分配与分肢轴线至虚轴x轴的距离成反比；弯矩轴的距离成反比；弯矩My在两分肢在两分肢间的分配与分肢对实轴间的分配与分肢对实轴y轴的惯性矩成正比；与分肢轴线

53、至虚轴的惯性矩成正比；与分肢轴线至虚轴轴x轴的距离成反比。轴的距离成反比。121221111121yyyyyyyyMMMNNNMyIyIyIMayNN221：分肢分肢：分肢分肢轴线的距离。轴线的距离。、分肢、分肢轴到分肢轴到分肢、轴的惯性矩；轴的惯性矩；，对，对、分肢、分肢分肢分肢、21212121yyyyIIyy yy yxx211 分肢分肢2 分肢分肢1y2y1a第第7 7章章 拉弯、压弯构件拉弯、压弯构件1.整体稳定计算整体稳定计算 采用与弯矩绕虚轴作用时压弯构件的整体稳定计算公采用与弯矩绕虚轴作用时压弯构件的整体稳定计算公式相衔接的直线式公式：式相衔接的直线式公式： 弯矩作用在两个主平面内的双肢格构式压弯构件其稳弯矩作用在两个主平面内的双肢格构式压弯构件其稳定性按下列公式计算：定性按下列公式计算：) 3 . 7 . 7()(fWMNNWMANx1yytyEx1xxmxx1式中：式中： W1y在在My作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；作用下，对较大受压纤维的毛截面