构件设计强度与稳定

1、1.1强度破局部破坏：指截面的局部范围的应力达到屈服点fy，局部范围应变迅速增加最后导致局部结构破坏（局部变形过大或断裂）41.2钢结1.1强度破局部破坏：指截面的局部范围的应力达到屈服点fy，局部范围应变迅速增加最后导致局部结构破坏（局部变形过大或断裂）41.2钢结构稳按力学角度分：弹性屈曲稳定（第一类稳定）和弹塑性极值稳定（第二类稳定整体失稳：桥梁主要承重结构失稳，结构整体丧失承载531.2钢结构局部失稳：指桥梁次要构件或构件中的局部板件失稳，结构失稳后不一定完全丧失承载能力61.2钢1.2钢结构局部失稳：指桥梁次要构件或构件中的局部板件失稳，结构失稳后不一定完全丧失承载能力61.2钢结构

2、稳741.2钢结构稳81.2钢1.2钢结构稳81.2钢结构稳9561.3倾覆稳1.3倾61.3倾覆稳1.3倾覆稳1.4度时发生的破坏现1.4度时发生的破坏现构件断1.4梁连接疲71.484.耳板节点疲劳破刚性1.484.耳板节点疲劳破刚性吊杆节点疲劳破桥墩节点疲劳破相贯节点疲劳破4.节1.4吊94.节1.4吊91.4吊1.41.4吊1.4主梁盖板连接疲劳牛腿截面变化处疲劳破支座处主梁疲劳破1.5脆性断脆性断裂1.5脆性断脆性断裂破1.5脆性断脆性断裂：在很小的外荷载应力甚至没有外荷载的情况下，钢结构焊缝处出现的断裂破坏现象某容器的脆性断裂1.5脆性断脆性断裂破1.6钢结构腐蚀：形1.5脆性断脆

3、性断裂破1.6钢结构腐蚀：形成水膜，空气中水分在金属表面吸附凝聚及溶有空气中污染物，表面水（电解质膜）层下金属发生电化学钢桥的腐蚀形成防腐的条件： 涂装和防止钢材表明接触空气或降空气的湿度。2.阴极保腐底漆中添加锌粉、铝粉形成富锌（铝）3. 性、避免容易积水和尘灰堆积的构 2 材料及设计指钢材牌碳素结构钢GB/T 700 ：Q235低合金高强度结构钢GB/T 1591： Q345、Q390和Q420钢材等当桥梁的工作温度t处于0t-20Q235和Q345：C级，冲击韧性应满足试验温度0Q390和：D级，冲击韧性应满足试验温度-20的要求当桥梁工作温度处于t-20时候Q235和：D级，冲击韧性应

4、满足试验温度-20的要Q390和：E级，冲击韧性应满足试验温度-40的要求 , 2 材料及设计指钢材设计指标： Tnji , 2 材料及设计指钢材设计指标： Tnji 钢抗拉、抗压和抗抗端面承压（刨牌厚度2 材料及设计指冲击韧C0D-C0D-E-C0D-E-C0D-E-5.1.1 按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数，各种作用的分项按现行公路5.1.1 按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数，各种作用的分项按现行公路桥涵设计通用规范（JTG 的规定取包括影响结构、构件正常使用的变形

5、、振动及影响结构耐久性的局部损坏；采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为的计算挠度值疲劳极限无有设计：应力幅小于S-N曲线的截止设计：基于S-N曲线和应力幅的线性累计损伤5.1.1 验算内截面极构造控倾覆稳定疲劳：疲劳荷载模型（疲劳车挠度：短期效应组合（标准组合）（组合梁）冲击系5.1.1公路钢结构5.1.1公路钢结构桥梁极限状态：正常使用极限状态作用效应组作用标准值效应与可变作用 长期组合：作用短期效应组合设计值作用长期效应组合设计值Ssd SGik 1jSld SGik 2 jjjSGik ：第i作用效应的标准值SGik ：第i作用效应的标准SQjk ：第j个可变作用效应的标准

6、SQjk ：第j个可变作用效应的标准1j：第j个可变作用频遇值系2j：第j个可变作用值系 汽车（不计冲击）：1j 通规 汽车（不计冲击）：2j 人群：1j人群：2j 风：1j风：2j 温度梯度：1j 温度梯度：2j 其它作用：1j 其它作用：2j Skd SGik j5.1.1公路钢结构桥梁极限状态：承载能力极限状态作用效应组基本组合作用设计值效应与可变作用设计值效应相组承载能力极 m 态用基本组合的效应n 合设计0Sud 0GiSGik Q1SQ1k cQjSQjk j：结构重要性系数，1.1, 1.0,Gi SGik ：第i个作用效应的分项系数和标准值；Gi Q1 SQ1k ：汽车荷载效应

7、（含冲击力、离心力）的分项系数和标准值；Q1 Qj SQjk ：除汽车荷载外的其它可变作用效应的分项系数 风荷载 Qj Qj c：除汽车荷载效应外的其它可变作用效应的组合系数汽车人群（或其它一种可变作用）： c 汽车其它两种可变作用： c 汽车其它三种可变作用： c 汽车其它四种或四种以上可变作用： c 偶然组合作用标准值效应与可变作用代表值效应和一种偶然作用标准值效应组偶然作用效应的分项系数 取3. 截面分类与设计塑3. 截面分类与设计塑性设计板的宽厚3. 截面分类与设计Class 1 cross-sections：1类（全截面塑性Can form a plastic hinge with

8、the roioncapacityrequiredfromplastic ysis without eduction of theClass 2 cross-sections：2类（截面部分塑性Can develop their plastic moment, buve limited rocapacity because of local buckling.Class 3 cross-sections ：3类（边缘屈服，弹性理论The stresshe extreme compresfibre of the steel member aan elastic distribution of s

9、tresses can reach the yield strengthLocalbucklingisliabletopreventdevelopmentoftheplastic.Class 4 cross-sections ：4类（局部稳定控制设计，弹性理论Local buckling will occur before the attaentofyieldstressinoneor more parts of the cross-section.3. 截面分类与设计塑性设计3. 截面分类与设计塑性设计板的宽厚3. 截面分类与设计塑性设计板的宽厚3. 截面分类与设计弹性设计法（ 3类、4类截

10、面3. 截面分类与设计弹性设计法（ 3类、4类截面3不设置加4使用应公路钢结构桥梁设加劲肋本身按3构件按43. 截面分类与设计塑性设计法（ 1类、2类截面板的宽厚比（1类截面）：翼缘b 9 235 7.2 钢板梁：b=200400mm,t=2757mm ff问题：钢板箱梁（槽形梁） ：b=20006000mm, 问题：钢板太厚，必须设加劲肋！欧规不适b 30 235 24.8 ff板的宽厚比（1类截面）钢梁高 72 59.2 ffL=20100m问题：1）钢板太厚，浪费2）结论： , 5.1.4 , 5.1.4 表5.1.4 构件容许最表4.2.3竖向挠度限结构形加劲限llll类杆长细主桁受压

11、弦受压或受压-仅受拉力的仅受拉力的联结系构中间横向联结系的受压或受压-拉构各种联结系的受拉4. 构件有效轴心受拉轴心受压考虑板件局部稳定的5.1.5 受压板件的加5.1.5受压板件的加劲 fy fy 12(15.1.5 受压板件的加5.1.5受压板件的加劲 fy fy 12(12) b23.5 345 f f表9-加载边简支时单向均匀受压板的翘曲稳定系支承条两边简一边简两边固翘曲稳定系数理论宽厚比设计5.1.6 受压加劲板设纵向加a纵向加劲肋横横隔板或刚性横向加劲母横隔板或刚性横向加劲横向加bbbbbbbt5.1.5受压板件的加劲扁钢加劲肋hs 12 fL形、T形钢加劲肋： bs0 12 h5

12、.1.6 受压加劲板设纵向加a纵向加劲肋横横隔板或刚性横向加劲母横隔板或刚性横向加劲横向加bbbbbbbt5.1.5受压板件的加劲扁钢加劲肋hs 12 fL形、T形钢加劲肋： bs0 12 hs 30 tsff热轧球扁钢（GB/T9945）的球扁钢加劲肋： hs 18 f闭口加劲肋： bs 40 hs 40 ff5.1.6 受压加劲板设刚性加5.1.6 受压加劲板设刚性加劲向加劲肋的相对刚度： EI EID12(1v2Il、：单)向加劲肋对加劲板Y-Y轴的抗弯惯As,l a：加劲板的计算长度（b：加劲板的计算宽度（腹板或刚性纵向加劲肋的间距at ：横向加劲肋的nl：等间距布置纵向加劲肋根数t

13、：母板的厚5.1.6 受压加劲板设失稳模加劲肋之间的母板发生加劲肋为波节的纵向加劲肋要求 A s*14n21n2212, n*12n21n 12 1 n0 4 1nl As,l 1nl横向加劲肋要4a t5.1.6 受压加劲板设或受力较小时可失稳模加劲5.1.6 受压加劲板设或受力较小时可失稳模加劲肋发生整体折减系 实际结构抗压承载力小于理想构件的计算结 u 结构的初始变形、残余应力、荷载偏心以及边界条件的非理想性对板件抗压承载力f极限承载NuAuAfy Nu Ae有效截Aeff=AbPe4. 构件有效考虑局部稳定影响的杆件有效截面计算方局部稳定折减系数为若干板段，按正交异性板理论或有限元方法

14、计算弹性稳定系数；按近似i 4. 构件有效考虑局部稳定影响的杆件有效截面计算方局部稳定折减系数为若干板段，按正交异性板理论或有限元方法计算弹性稳定系数；按近似i t b pppei effe,i s, 矩形 0.4 1 2 4 1 21 0 2 p 0. b 12(1 )fy 12p t 2k 圆 t 7010.0016 t 7070 D 400考虑局部稳定影响的构件受压考虑局部稳定影响的构件受压加劲板有效截面板元的弹性屈曲系数k 可由下式计算向加劲肋的四边简支板板元的弹性屈曲系数k 可由下式计算1 k , b k 式中： 加劲板的长宽比 ；l单根加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比l l单根

15、加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比l Al bt 纵向加劲肋的相对刚度 EIl Il纵向单根加劲肋对被加劲板的抗弯惯矩EtD单宽板刚度D 12(1v2*14n21n2212, n*12n21n 12 1 n0 4 1(nl 1)对纵向加劲肋等间距布置的加劲板的弹性屈曲系数 k k 4n * a * k 1 l , b 加劲板的长宽比 b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）；t加劲 8k 1051 8k 1051 k781629 9782 0 k598(11 式中， 2 A.0.1-1 不均匀压应力四边简支4 向加劲肋等间距布置的加劲板的弹性屈曲系数k 可由以下式计算k 按仅设纵向加劲肋的

16、四边简支板计算，其中加劲板的长度按横向加劲肋的间at计1n 7)lt 4a t横向加劲肋的相对刚度不满足式A 0 1-7 k 可由以下式k(12)2n 4(n 1) , a 2l 1 l l *时 (A.0.1-21 1 (n 1 t , 04 1nl1(nt 1)t EIt 表5.1.8 翼缘有效宽度计算的等效be,i,(5.1.8-L(5.1.8-表5.1.8 翼缘有效宽度计算的等效be,i,(5.1.8-L(5.1.8-(5.1.8-e,i,S (5.1.8-2(5.1.8-(5.1.8-2在腹板处将翼板分割为若干板段分别计算，截面有效宽度和面积分别为各板段有效宽度和面积之和 bs in

17、 eff ,e,i s, ijI形、bs bi b bs (1.12 bi )b 0.05 bi 0.30 ibs 1.063.2 i 4.5( i)2b 0.02 i 0.30bs i 0.30bi be,i 5.1.10 构件有效截轴心受拉杆按净截轴心受压杆考虑板件局部稳定的影考虑剪力滞考虑孔洞的考虑剪力滞5.1.10 构件有效截轴心受拉杆按净截轴心受压杆考虑板件局部稳定的影考虑剪力滞考虑孔洞的考虑剪力滞k e, kk be kAeff be,ktk k5.2.2 轴心受压构截面强05.2.2 轴心受压构截面强0 Nd Aeff ,c f的有效截5.2.1 轴心受拉构轴心受拉构件承载力（高

18、强度螺栓摩擦型连接处除外0Nd A0Nd轴心拉力设计值； A0净截面面10.5n1 N A n 0 0 5.2.2 轴心受压构构件整体） 0deff5.2.2 轴心受压构构件整体） 0deffyzNd轴心压力设计值，取构件换算压杆长度中间1/3部分的最大轴心受压构件整体稳定折减系数，取两主轴方向Wye，Wze考虑局部稳定影响的有效截面相对于轴和轴的截面模量理想受压构件弹性其它约束条件的理想受压构EI EI弹性屈曲欧拉荷载和压杆有效长度 几何初始偏心受压构件弹性受压构件在轴力N和二次弯矩 N(几何初始偏心受压构件弹性受压构件在轴力N和二次弯矩 N( 作用下，截面应力 N N0 由边缘屈服条件 f

19、 0W 1N/N el cr 最大极限轴力NL为：fy NLNL(0) NL1W 1N /N cr 1 (1)f 1 (1)f 2 整理得到： L y y fy A f 其中，欧拉应力 cr Ncr A 相对长细比： y 偏心率： Wel 设：NL fyL NL A fPerry公1 1 1 2 (1)1 2 (1) 22 几何初始偏心受压构件弹性初始偏心 v sinx/平衡方d2 N(vv0变形方程 v(x) 其中： N/0 1N /5.2.2 轴心受压构5.2.3-轴心受压整体稳定折减系数的截面焊接形截tf y5.2.2 轴心受压构5.2.3-轴心受压整体稳定折减系数的截面焊接形截tf y

20、z tf yz 焊接箱形（空心截面除外ba 0 5tb tf h tw c5.2.2 轴心受压构 0.2 1 2 4 0.2时 (10 2 f f E0( 2E曲线类5.2.2 轴心受压构5.2.3-2 轴心受压整体稳定折减系数的5.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强 ( 5.2.2 轴心受压构5.2.3-2 轴心受压整体稳定折减系数的5.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强 ( My Mz ) 0 WyWz F 0 z0 t l w xlx a 2正应力x和剪应力共同作 0 x fd fvd 横截面形限制条方截h byzabyzbcyz 截热任a冷任cT形截任任cL形截任任b5.3.1

21、在主平面内受弯的实腹式构5.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强正应力x、剪应力参考GB50018-20035.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强5.3.1在主平面内受弯的实5.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强5.3.1在主平面内受弯的实腹式构件抗弯强5.3.2受弯构件的整体有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）连、梁受压翼缘的侧向位移长度L1与其宽度B1之比不超过表下所的数值时。其中，梁的支座处设置横梁，跨间无侧向5.3.2受弯构件的整体有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）连、梁受压翼缘的侧向位移长度L1与其宽度B1之比不超过表下所的数值时。其中，梁的支座处设置横梁，跨间无侧向支承点的梁，

22、L1工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大L1/B1h5.3.2受弯构件的整体箱形截面简支梁，其截面尺寸（图5.3.2）满足h/b06L1/b065(345/fy)钢跨间无侧向支承跨间受压翼缘有侧向支承点梁，不论荷载作用于何荷载荷载作用在下翼132016101613101512915125.3.3 腹板和腹板加2.2 腹板加5.3.2受弯构件的整体(532- Mz 弯矩分0 m,y LT,Rd,Rd,z My 0 m,z 5.3.3 腹板和腹板加2.2 腹板加5.3.2受弯构件的整体(532- Mz 弯矩分0 m,y LT,Rd,Rd,z My 0 m,z Rd,LTRd,z M Rd ,y Wy,M Rd ,z Wz,LT,z Wzy Mcr,LT,y Wyy Mcr,LT ,y LT ,构件弯扭失稳模态的整体稳5.3.3 腹板和腹板加腹板横向加劲肋的间距a不得大于腹板高度的1.5不设纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距 a 应该满足下式要求 5.3.3 腹板和腹板加腹板横向加劲肋的间距a不得大于腹板高度的1.5不设纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距 a 应该满足下式要求 4 2 2 w (5.3.3-100t 3457758h /a2 4 2 2 w (5.3.3-100t 3455877h /a2 设置一段纵