[工学]钢结构设计原理苏州科技学院教材配套第7章拉弯和压弯构件.ppt

第7章拉弯和压弯构件,同时承受轴力与弯矩共同作用的构件，称为拉弯或压弯构件。,拉、压弯构件定义：,例如工业厂房的变截面柱为压弯构件。,截面形式,拉、压弯构件的计算内容,7.1 拉弯和压弯构件的强度和刚度,一、拉弯和压弯构件的强度计算,弹性工作阶段,最大受压一侧截面屈服,出现塑性较,单向受弯：,双向受弯：,考虑截面部分塑性发展，按弹塑性设计方法计算。,关于公式中“”号：所示对于单对称截面，弯距绕非对称轴作用时，会出现两种控制应力状况。,x=y=1.0：直接承受动力荷载时，格构式构件，弯距绕虚轴作用时，当 时。,二、拉弯和压弯构件的刚度验算,刚度由构件的长细比控制：,7.2 实腹式压弯构件的整体稳定,一、实腹式压弯构件弯矩作用平面内的稳定,1.弯矩放大系数AM,均匀受弯压弯构件,建立力矩平衡方程:,跨中最大弯矩为:,AM 弯矩放大系数，近似取,2.等效弯矩系数mx,其它荷载作用情况下的弯矩放大系数与均匀受弯压弯构件的弯矩放大系数的比值称为压弯构件的面内等效弯矩系数mx。,3.弯矩作用平面内的稳定设计,不考虑塑性发展的弹性设计方法：,此式为压弯构件在弯矩作用平面内的弹性设计公式，可用于冷弯薄壁型钢压弯构件、弯矩绕弱轴作用的格构式压弯构件和需要验算疲劳的压弯构件。,部分考虑塑性发展的弹塑性设计方法：,现行规范对公式进行修正，得到了实腹式压弯构件弯矩作用平面内的实用设计公式。将公式第二项分母中的 取为0.8；在第二项分母中引进塑性发展系数。,规范mx的取值规定：,（3）仅有横向荷载时：mx=1.0,2.悬臂构件:mx=1.0,1.框架柱和两端支承构件（1）没有横向荷载作用时：M1、M2 为端弯矩，无反弯点时取同号，否则取异号。,对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉区可能先屈服，进入塑性，为此应补充验算：,二、实腹式压弯构件弯矩作用平面外的稳定,1.翼缘的稳定,根据受压最大的翼缘和构件等稳定的原则，确定翼缘的宽厚比限值。,箱形截面,7.3 实腹式压弯构件的局部稳定,2.腹板的稳定,工字形和H型钢的腹板稳定,箱形截面的腹板稳定,箱形截面压弯构件的腹板宽厚比限值不应超过式(7-40)或式(7-41)的0.8倍,小于 时,取。,T形截面的腹板稳定,7.4 格构式压弯构件的稳定,格构式压弯构件广泛应用于厂房框架柱和最大的独立支柱，通常采用缀条柱,1.弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件,（1）弯矩作用平面内的稳定,因截面中空，不考虑塑性性发展系数，故其稳定计算公式为：,（2）分肢的稳定,当弯矩绕虚轴作用时，单肢在压力作用下有可能失稳，需计算单肢的稳定性。,单肢1,单肢2,单肢按轴心受压构件计算，其计算长度在缀材平面内取缀条体系的节间长度，平面外取侧向支承点的距离。,2.弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件,由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其平面内、平面外的整体稳定计算均与实腹式压弯构件相同，但在计算弯矩作用平面外的整体稳定时，系数y应按换算长细比ox确定，而系数b应取1.0。,7.5 压弯构件的柱脚,整体式刚接柱脚 分离式刚接柱脚,通常 B 根据构造确定：B柱截面高度2靴梁厚度2悬臂宽度（2030mm）构造要求：,整体式刚性柱脚的设计,1.底板平面尺寸BL,在最不利受力M、N作用下，底板上的压应力的分布是不均匀的，应根据最大的压应力及基础砼的抗压强度来确定底板的平面尺寸。,计算各区隔弯矩时，由于底板压应力分布不均匀，分布压应力可偏于安全的按各底板区隔的最大压应力取平均压应力，计算公式和轴心受压构件柱脚对应的公式相同。,2.底板厚度,底板的厚度的确定和轴心受压构件类似，仍按底板各区隔由基础反力产生的最大弯矩计算：,3.锚栓的计算,轴心受压构件柱脚 锚栓不受力，仅起固定作用；压弯构件柱脚 除起固定作用外，还可能在柱脚处的较大弯矩和较小轴压力作用下，承受拉力。,小结及学习指导,1.在弯矩较小而轴心力较大时，为了设计方便，拉弯、压弯构件常常采用和轴心受力构件相同的双轴对称截面。而当弯矩较大时，为了节省材料，在弯曲受压侧采用较大的截面，而在弯曲受拉侧，采用较小截面，形成单轴对称截面。当构件长细比较大而又有弯矩作用时，需要较大的截面惯性矩，这时可以采用格构式构件。2.拉弯构件一般在轴拉力较大而弯矩较小时使用。在框架结构中，梁通常按照受弯构件设计，柱通常按照压弯构件设计。所以拉弯和压弯构件的正常使用极限状态验算，一般只进行长细比的校核。如果构件的弯矩较大，或者框架梁按照压弯构件计算时，拉弯和压弯构件也是需要按照受弯构件验算挠度的。3.冷弯薄壁构件和需要验算疲劳的构件，以材料强度达到屈服点作为承载能力极限状态，可以采用弹性设计方法。而对于其他构件，需要按照材料截面部分塑性发展进行设计。本章在分析拉弯和压弯构件的强度设计理论时，先分别讲述构件的弹性设计和塑性设计，最后讲述弹塑性设计。理解的难点在于轴力和弯矩的相关关系，以及理论公式向设计公式的简化。,4.一个平面内承受弯矩作用的压弯构件，存在着平面内的弯曲失稳和平面外的弯扭失稳。理想压弯构件的面内弹性失稳分析，有助于认识压弯构件的失稳原因，并可以得到设计公式中用到的平面内等效弯矩系数。实际构件由于存在初弯曲和纵向残余应力等缺陷，属于极值点失稳问题，需要用数值积分方法来求解，这一部分理解难度较大。5.压弯构件的腹板稳定需要引入应力梯度的概念。其高厚比限值与构件的长细比和截面上的应力梯度有关。箱型截面构件的面外抗扭和抗弯刚度都很大，适合用于受力较大时面外无支撑的压弯构件。6.弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件在重型工业厂房结构中应用较多。其稳定设计包括弯矩作用平面内的稳定设计和分肢稳定设计两部分。其弯矩作用平面外的稳定设计是和分肢设计相同的。格构式压弯构件的面内稳定设计与实腹式压弯构件的面内稳定设计的最大区别，在于格构式构件的面内稳定设计不能考虑截面的部分塑性发展。二者设计公式很相似，使用时应注意它们细微差别。7.压弯构件的铰接柱脚设计和轴心受力构件的铰接柱脚完全相同。压弯构件的刚接柱脚设计的很多内容也和轴心受力构件的柱脚设计类似，只有两处明显区别，一是底板上的压应力分布不均匀，需要近似处理，二是在柱脚出现拉应力时，需要设置抗拔螺栓，并进行螺栓设计。,