《拉压弯构》PPT课件.ppt
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1、第六章 拉弯与压弯构件,了解偏心受力构件的特点;掌握拉弯、压弯构件强度和刚度计算;掌握实腹式偏心受压构件弯曲平面内和弯曲平面外 的整体稳定性计算;4.掌握实腹式偏心受压构件和格构式偏心受压构件的设计;5.了解压弯构件的局部稳定性计算。,主要内容1 概述2 拉弯、压弯构件的强度与刚度3 实腹式压弯构件平面内的稳定计算4 实腹式压弯构件平面外的稳定计算5 实腹式压弯构件的局部稳定6 格构式压弯构件的稳定问题7 压弯构件的设计,第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,一、拉弯(压弯)构件:同时承受轴向力和弯矩的构件。,1、引起弯矩的可能因素:(1)偏心轴向力;(2)端弯矩作用;(3)横向荷载。,有节
2、间荷载作用的桁架上下弦杆;风荷载作用下的墙架柱;天窗架的侧立柱等等。压弯构件广泛用于柱:厂房框架柱;多层(或高层)建筑中的框架柱;海洋平台立柱等等。,2、压弯和拉弯构件的应用,第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,4)了解实腹式、格构式压弯构件的设计方法。,1)理解拉弯和压弯构件承载力的确定原则;,2)局部稳定的确定原则;,3)掌握拉弯和压弯构件的强度计算、压弯构件 弯矩作用平面内的稳定计算,压弯构件弯曲 作用平面外的稳定计算。,第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,二、拉弯(压弯)构件了解内容:,(1)按截面组成方式分为型钢(a、b),钢板焊接组合截面型钢(c、g),组合截面(d、e、f
3、、h、i)(2)按截面几何特征分为开口截面,闭口截面(g、h、i、j)(3)按截面对称性分为单轴对称截面(d、e、f、n、p),双轴对称截面(其余各图)(4)按截面分布连续性分为实腹式截面(ag)格构式截面(kp),第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,三、拉弯(压弯)构件截面:,指截面的一部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况。,1、强度破坏,3、平面内失稳(弯矩作用平面内弯曲失稳破坏),弯矩作用平面内的弯曲变形,不存在分枝现象。条件:侧向有足够支撑。,第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,四、拉弯(压弯)构件破坏形式:,指构件的挠度(或长细比)达到甚至超过规范的限值。,2、刚度破
4、坏,5、局部失稳破坏,发生在压弯构件的腹板和受压翼缘。条件:板件较薄,弯矩作用方向存在弯曲变形,垂直于弯矩作用方向会突然产生弯曲变形,同时截面会绕杆轴发生扭转。条件:侧向缺乏足够支撑或承受双向弯矩的压弯构件。,4、平面外失稳(弯矩作用平面外失稳破坏、弯扭失稳),第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,*拉弯构件破坏形式强度破坏:拉、弯产生拉应力叠加稳定:弯矩引起压应力大于轴拉应力时的稳定问题刚度:同时有受拉构件和受弯构件的特性,视何更主要,*压弯构件的破坏形式 1)强度破坏;2)整体稳定破坏;3)局部失稳:受压翼缘(同受弯构件)和腹板(同受压构件)均可能。,1、拉弯构件(一般情况下)1)强度计
5、算;2)刚度计算(限制长细比)。,2、压弯构件 1)强度计算;2)刚度计算(限制长细比、限制挠度值);3)整体稳定(弯矩作用平面内与平面外稳定);4)局部稳定计算。,第六章 拉弯和压弯构件,第一节 概 述,五、拉弯(压弯)构件的计算:,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,1)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到屈服时即认为构件达到了强度极限,此时构件在弹性阶段工作;2)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到屈服,此时,这一截面在拉力(压力)和弯矩的共同作用下形成塑性铰;3)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屈服点,
6、至于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给定。此时,构件在弹塑性阶段工作。,第六章 拉弯和压弯构件,一、拉弯及压弯构件强度计算准则,(1)考虑钢材的塑性性能,承受静载的拉弯、压弯构件是以截面出现塑性铰作为其强度极限。,(2)承受轴心压力N和弯矩M共同作用的矩形截面构件,随着荷载的增加,截面塑性发展过程如下图:,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,二、拉弯和压弯构件截面的应力变化,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,下图为截面应用随N/M的比例的变化关系,(c)截面拉应力区达到屈服,部分受拉区的材料 进入塑性状态,截面处于弹塑性状态,(a)截面边缘纤
7、维的压应力小于钢材的屈服强度时,整个截面都处于弹性状态,(b)截面受压区进入塑性状态,(d)整个截面进入塑性状态形成塑性铰,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,(2)以构件截面塑性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,(1)以构件截面边缘纤维屈服时的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,(3)以构件截面部分塑性发展作为强度计算准则,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,三、拉弯及压弯构件强度计算分类,1、以构件截面边缘纤维屈服时的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,净截面强度计算公式,单轴对称截面较小翼缘最外
8、纤维应力,综合上面两式,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,2、以构件截面塑性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,塑性中性轴在腹板内,塑性中性轴在翼缘内,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,主平面内(强轴方向),主平面外(弱轴方向),GBJ50018-2003规定,3、以构件截面部分塑性发展作为强度计算准则,只在一个主平面有弯矩作用时,在两个主平面有弯矩作用时,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,对框架梁等以弯曲为主但有少量拉力或压力的构件,则仍应按梁
9、的要求计算其最大挠度(按荷载的标准值)不超过容许挠度值:,与轴心受力构件相仿,拉弯和压弯构件的刚度通常用最不利方向的最大长细比来衡量,应满足下式要求:,ww,或w/lw/l,对某些使用上需限制其变形的拉弯或压弯构件,也需计算其变形或挠度不超过容许值。例如。有重级工作制吊车的厂房中,由一台最大吊车水平制动荷载所产生的吊车轨顶标高处的水平挠度 1250。,第二节 拉弯和压弯构件的强度与刚度,第六章 拉弯和压弯构件,四、拉弯及压弯构件刚度的计算,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,一、工作性能,1、平面内稳定的概念压弯构件的承载能力通常由整体稳定性来决定。对于右图中的平面
10、内屈曲情况,在N和M的同时作用下,构件在弯矩作用平面内发生变形,当荷载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,只能减小N和M,即为压弯构件在弯矩作用平面内的稳定问题。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,2、压弯构件的 曲线,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,(2)弯矩随挠度加大而增加,轴压力和挠度的关系曲线呈非线性 上升段OBA:稳定平衡状态,荷载仍可增加;下降段AC:不稳定平衡状态,要保持平衡,须迅速减小荷载。,(1)设构件在弯矩作用平面外有足够的刚度或侧向支承,构件在荷载作用开始时,会沿弯矩作用方向弯曲,直到压溃
11、破坏,即构件在弯矩作用平面内丧失稳定,属于第二类稳定问题。,(3)压弯构件达到临界状态时所能承受的荷载Ncr,与构件所受弯矩大小有关。弯矩影响用相对偏心率来衡量,称为截面核心距,从图中Ncr-ym关系得,相对偏心率 愈大,临界荷载愈低。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,二、压弯构件平面内整体稳定的计算,(1)按边缘纤维屈服准则方法计算;,(2)按极限承载能力准则的方法;,(3)实用计算公式(单项公式或相关公式的表达形式)。,重点掌握边缘纤维屈服准则方法及相关公式表达的实用计算方法。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,1、边缘纤维屈服
12、准则的计算方法,世界各国及我国规范,基本采用两项相关公式来计算压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定。建立两项相关公式的主要根据是假定构件缺陷模式以及按边缘纤维屈服准则来近似求解压溃临界荷载。以下介绍边缘纤维屈服准则的基本假定和原理。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,单向压弯构件平面内的整体屈曲,以右图为例,边缘纤维屈服准则的表达式为:,N为轴心压力,Mmax为考虑N和初始缺陷影响后的最大弯矩;A和W1x分别为构件毛截面面积和较大受压边缘的毛截面抵抗矩。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,(1)假定构件有初挠度、初偏心、残余应力等各种缺
13、陷,其对整体稳定的影响可综合用一个假想的初挠度w0s来等效代替。,(2)当构件只承受轴心压力N而无弯矩(M0)时,考虑假想初挠度w0s影响后所得的引起边缘纤维屈服的轴心压力应等于轴心受压构件的稳定临界压力。由此条件可反求构件的假想初挠度w0s值。,(3)然后在这个有假想初挠度w0s构件的两端施加按比例逐渐增加的轴心压力和弯矩。这时构件跨中最大弯矩将包括原始弯矩;此外,构件在弯矩作用下又产生挠度w,轴心压力对w将形成附加弯矩。叠加后总弯矩将大于原始弯矩,其放大系数通常可采用=1(1-N/NE)(正弦弯矩图形时用理论解,其它弯矩图形时近似接近;NE=EA 为欧拉临界力),其值随N的增大而逐渐显著增
14、大。,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,综上所述,当轴心力和放大后的弯矩使构件中点最大弯矩处的边缘纤维达到屈服强度时,可由此得到平面内的稳定条件为:,轴心受压时,令M=0,N=(临界轴心压力)代入解得假想等效初挠度:,第六章 拉弯和压弯构件,第三节 实腹式压弯构件平面内的稳定计算,进一步推导可得:,上式即为按边缘纤维屈服准则确立的压弯构件在弯矩作用平面内的两项相关稳定条件。当M=0和N=0时,上式归结为轴心受压构件和梁的公式。公式中的 有a、b、c三类,已大致反映了不同截面型式和残余应力、缺陷的影响。试验证明这种两项相关公式有足够的可靠性。上式应用于设计时应把右方
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