钢结构构件的截面承载能力.ppt
第3章 构件的截面承载力,3.构件的截面承载能力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择3.2 梁的类型及强度3.3 梁的局部压应力和组合应力3.4 按强度选择梁截面3.5 梁的内力重分布和塑性设计3.6拉弯、压弯构件的应用和强度设计,第3章构件的截面承载力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,一、轴心受力构件的应用 轴心受拉构件：桁架拉杆、网架、塔架 轴心受压构件：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱,承载力极限状态：强度、稳定正常使用极限状态：刚度,3.1.1 轴心受力构件的应用及截面形式,轴心受拉构件：强度控制轴心受压构件：强度、稳定必须同时满足,轴心受力构件应满足两个极限状态：,实腹式构件：型钢截面 焊接截面,二、轴心受力构件的截面形式,格构式构件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,热轧型钢截面,热轧型钢截面,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,冷弯薄壁型钢截面,冷弯薄壁型钢截面,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,型钢和钢板的组合截面,实腹式组合截面,格构式组合截面,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,对截面形式的要求,能提供强度所需要的截面积 制作比较简便 便于和相邻的构件连接 截面开展而壁厚较薄,3.1.2 轴心受拉构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,承载极限：截面平均应力达到fu，但缺少安全储备 毛截面平均应力达fy，结构变形过大,计算准则：毛截面平均应力不超过fy,钢材的应力应变关系,3.1.2 轴心受拉构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,应力集中现象,孔洞处截面应力分布,(a)弹性状态应力(b)极限状态应力,3.1.2 轴心受拉构件的强度,设计公式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,！对高强螺栓摩擦型连接，净截面强度验算要考虑孔前传力的影响。,3.1.3 轴心受压构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,强度计算与轴心受拉一样，一般其承载力由稳定控制,索的受力性能和强度计算-采用容许应力法,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,关于净截面面积,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,构件净截面上所受的力应扣去已传走的力,孔前传力由于摩擦型连接高强度螺栓是靠摩擦力传力的，每个螺栓所传的力已由摩擦力在螺栓孔前传走。,用摩擦型连接高强度螺栓连接的构件，存在孔前传力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,b）摩擦型高强螺栓连接的构件,孔前传力,N,N,一个螺栓受力 N/n第一排受力；,孔前:,孔后:,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：,摩擦型高强螺栓净截面强度：,摩擦型高强螺栓还应验算毛截面强度：,N-计算截面上的受到的力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章构件的截面承载力,例3.2、如图所示一焊接工字形轴心受压柱的截面，承受的轴心压力设计值N=4500kN（包括柱自重），翼缘钢板为火焰切割边，每块翼缘板上设有两个直径为24毫米的螺栓孔。钢板为Q235-B钢，验算此柱截面。,例3-3 图示一有中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。钢材为Q235钢。,(c),查得210010,A=219.26cm2,An=2(1926-2010)=3452 mm2,AnI=2(245+402+1002-220）10=3150 mm2,N=AnI f=3150215=677250N=677 kN,解：,3.2 梁的类型和强度,3.2 梁的类型和强度,梁的类型梁承受横向荷载的实腹式受弯构件。桁架承受横向荷载的格构式受弯构件。,实腹式受弯构件-梁,图5.1 梁的截面形式,图5.2 工作平台梁格布置示例,图5.3 梁格形式,格构式受弯构件-桁架,简支梁式、刚架横梁式、连续式、伸臂式、悬臂式,图5.4 梁式杵架的形式,按制作方式分：型钢梁和组合梁,钢梁类型,楔形梁,按梁截面沿长度有无变化分：等截面梁和变截面梁,蜂窝梁,按受力情况分：单向弯曲梁和双向弯曲梁,预应力梁,基本原理：受拉侧设置高预拉力的钢筋，使梁受荷前反弯曲。制作、施工过程复杂。,预应力梁,梁的极限承载能力包括：,截面的强度：弯、剪、扭及综合效应。构件的整体稳定板件的局部稳定直接受重复荷载时，疲劳,梁的应用范围：,房屋建筑和桥梁工程。如楼盖梁、平台梁、吊车梁、檩条及大跨斜拉桥、悬索桥中的桥面梁等。,梁的正常使用极限状态：指梁的刚度即挠度,第3章构件的截面承载力,梁的弯曲、剪切强度,1.梁的抗弯强度正应力,梁的M-曲线,应力-应变关系简图,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,实腹梁的截面正应力发展过程分为弹性、弹塑性、塑性和应变硬化四个阶段,塑性阶段会出现过度的变形而不适于继续承载，因此设计中不应用到此阶段。,梁的正应力分布,正应力发展的四个阶段：,梁的正应力分布,(a)弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢(b)弹塑性工作阶段：一般受弯构件(c)塑性工作阶段：塑性铰(d)应变硬化阶段：一般不利用,弹性工作阶段 Me=Wnfy,各阶段最大弯矩：,塑性工作阶段 Mp=Wpnfy Wpn=S1n+S2n,弹塑性阶段 极限弯矩在弹性弯矩和塑性弯矩之间。,规范：塑性发展深度a0.125h,！截面塑性发展系数：,x和 y，取值1.01.2之间。如工字形截面x=1.05，y=1.2；箱形截面x=y=1.05,截面简图,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,（1）弹性设计（需验算疲劳的梁、薄壁杆）,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,（2）部分发展塑性设计（一般的梁）,允许截面部分发展塑性,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,为了避免梁受压翼缘的局部失稳出现在强度破坏之前：,表3-3 截面塑性发展系数x、y值,第3章构件的截面承载力,表3-3 截面塑性发展系数x、y值续表,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,2.梁的抗剪强度剪应力,在主平面内受弯的梁，其抗剪强度应按下式计算：,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,梁的扭转,自由扭转截面不受任何约束，能够自由产生翘曲变形的扭转。,对于狭长矩形截面,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,2.约束扭转 杆件在扭转荷载作用下由于支承条件或荷载条件的不同，截面不能完全自由地产生变形，即翘曲变形受到约束的扭转,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,第3章构件的截面承载力,3.约束扭转正应力,3.3 梁的局部压应力和组合应力,第3章构件的截面承载力,局部压应力,3.3 梁的局部压应力和组合应力,当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：,3.3 梁的局部压应力和组合应力,第3章构件的截面承载力,多种应力的组合效应,在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力时，按下式验算折算应力：,3.4 按强度条件选择梁截面,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,初选截面,一、型钢梁：,二、焊接工字钢梁,截面选择步骤为：估算梁的高度，决定腹板的厚度和翼缘尺寸。,1.梁的截面高度,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,选择腹板厚度要考虑抗剪强度,腹板厚度一般用经验公式进行估算：,2.腹板厚度,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,3.翼缘尺寸,确定翼缘尺寸时，应注意满足局部稳定的要求：,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,梁截面验算,按照实际的截面尺寸进行梁的强度验算,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,梁截面沿长度改变,梁的弯矩沿长度而变，为了节约钢材可将组合梁截面随弯矩变化而改变。变截面梁可以改变梁宽，也可改变梁高。,梁高改变时可使上翼缘保持一平面，支座处的高度应满抗剪强度的要求，但不宜小于跨中高度的1/2。,梁宽改变时，主要变上下翼缘宽度，较窄翼缘宽度b 应满足截面开始改变处的弯矩M1下的强度要求，还应验算该截面的腹板与翼缘交接处的折算应力。,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章构件的截面承载力,对于均布荷载作用下的简支梁，最优截面改变处是离支座1/6跨度处。,梁截面一般只改变一次，对于跨度较小的组合梁，不宜改变截面。,多层翼缘板的梁，可用切断外层板的方法来改变梁的截面。,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,例3.3 某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸见图，截面无削弱，在跨度中点和两端设有支撑，材料为Q345-B级钢。集中荷载标准值Pk=330kN，为间接动力荷载，其中永久荷载和可变荷载效应各占一半，作用在梁的顶面，其沿梁跨度方向的支承长度为130毫米，试计算该梁的强度和刚度是否满足要求？,第3章构件的截面承载力,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,第3章构件的截面承载力,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,、拉弯、压弯构件的应用,压弯（拉弯）构件同时承受轴向力和弯矩的构件,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,一、压弯构件设计时应满足两个极限状态的要求：,2.正常使用极限状态：即刚度要求，主要是限制构件的长细比,二、拉弯构件设计时应满足两个极限状态的要求：,1.承载能力极限状态：主要为强度2.正常使用极限状态：限制构件的长细比,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,、拉弯、压弯构件的强度计算,假设轴向力不变而弯矩不断增加，截面应力发展分为四个阶段：边缘纤维最大应力达屈服点；最大应力一侧部分发展塑性；两侧均部分发展塑性；全截面进入塑性。,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,一、拉弯、压弯构件的强度计算准则：,1.边缘纤维屈服准则：构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服，便达到强度极限，构件处在弹性工作阶段。计算采用弹性抵抗矩,2.全截面屈服准则：构件受力最大截面形成塑性铰，便达到强度极限，构件处在塑性工作阶段。计算采用塑性抵抗矩,3.部分发展塑性准则：构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限，界面塑性发展深度根据具体情况确定。计算采用弹性抵抗矩乘以截面塑性发展系数,单向压弯（拉弯）构件的强度计算公式：,双向压弯（拉弯）构件的强度计算公式：,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,例1 如图所示为一焊接工字形压弯构件，翼缘为焰切边，轴心压力设计值N=800kN，两端弯矩设计值M1600kNm，M2600kNm，绕截面强轴作用，方向如图所示，不计构件自重。钢材为Q345钢，截面尺寸及构件支承情况如图所示，验算此压弯构件的强度。,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章构件的截面承载力,
