《鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝單元三PPT課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝單元三PPT課件（74頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝教案,,單元三 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,單元3 鋼 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 件,◆單元概述：,本單元講述了軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定計(jì)算；受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定計(jì)算；拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定計(jì)算。,,◆學(xué)習(xí)目標(biāo)：,通過本單元的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，學(xué)生應(yīng)掌握軸心受力構(gòu)件的基本計(jì)算方法；掌握受彎構(gòu)件的基本計(jì)算方法；了解拉彎和壓彎構(gòu)件的基本計(jì)算方法。,,單元三 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,課題1 軸心受力構(gòu)件,,課題2 受彎構(gòu)件,,課題3 拉彎和壓彎構(gòu)件,,課題1 軸心受力構(gòu)件,

2、1.概述,,,◆軸心受力,構(gòu)件包括,軸心受拉構(gòu)件,與,軸心受壓構(gòu)件,。在鋼結(jié)構(gòu)中，此類構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛，例如桁架、塔架和網(wǎng)架、網(wǎng)殼等桿件體系。通常假設(shè)它的節(jié)點(diǎn)為鉸接連接，當(dāng)無節(jié)間荷載作用時(shí)，只受,軸向拉力,和,軸向壓力,的作用。,,2、軸心受力構(gòu)件的截面形式,,一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（a）；第二類是型鋼組合截面（圖b）或格構(gòu)式組合截面（c）。,,圖（a）熱軋型鋼截面,圖（b）型鋼組合截面,圖（c）格構(gòu)式組合截面,,,圖（a）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。,,其中圓鋼回轉(zhuǎn)半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時(shí)用于格構(gòu)式壓桿的弦桿。鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大、對(duì)稱性好、材料利用率高，拉、壓均

3、可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉(zhuǎn)半徑存在各向異性，作壓桿時(shí)有強(qiáng)軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價(jià)低。,,圖（b)型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向異性特征，受力較好，連接也較方便,,圖（c) 類為格構(gòu)式截面，其回轉(zhuǎn)半徑大且各向均勻，用于較長(zhǎng)、受力較大的軸心受力構(gòu)件，特別是壓桿。但其制作復(fù)雜，輔助材料用量多。,,,,H型鋼的寬度與高度相同時(shí)對(duì)強(qiáng)軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸回轉(zhuǎn)半徑的2倍，對(duì)于在中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立柱最適合。,,焊接工字形截面制造簡(jiǎn)單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應(yīng)用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度應(yīng)大致相同。,,十字形截面在兩

4、個(gè)主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑是相同的，對(duì)于重型中心受壓柱，當(dāng)兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度相同時(shí)，這種截面最為有利。,,方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構(gòu)造復(fù)雜，常用作高大的承重支柱。,,,,,,確定軸心受力構(gòu)件截面形式的原則：,,能提供強(qiáng)度所需要的截面面積；,,制作簡(jiǎn)便；便于和相鄰構(gòu)件連接；,,截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。,,,,,（,1）軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算,,軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)是截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度,?,y,。,,軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度按下式驗(yàn)算：,式中,N,——構(gòu)件的軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；,,A,n,——構(gòu)件的凈截面面積；,,?,——鋼材的抗拉或抗壓

5、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,,2、 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度,,,（2）剛度驗(yàn)算,,軸心受力構(gòu)件的剛度是以其長(zhǎng)細(xì)比來衡量的。,,軸心受力構(gòu)件的剛度按下式驗(yàn)算：,,,,,,,式中 λ——構(gòu)件最不利方向的長(zhǎng)細(xì)比；,,I,—— 相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑；,,[λ]——構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。,,,控制剛度的原因：,,長(zhǎng)細(xì)比過大容易使構(gòu)件在制造、運(yùn)輸和吊裝過程中產(chǎn)生彎曲或過大的變形；,,長(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)使構(gòu)件在使用期間因其自重而明顯下?lián)希?,長(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)使構(gòu)件在動(dòng)力荷載作用下會(huì)發(fā)生較大振動(dòng)；,,長(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)使構(gòu)件可能使得構(gòu)件的極限承載力顯著降低；,,長(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)使構(gòu)件初彎曲和自重產(chǎn)生的撓度也將對(duì)構(gòu)件的整體穩(wěn)定帶來不利影響。,

6、,,,,3.軸心拉桿的設(shè)計(jì),,,,鋼材比其他材料更適合于受拉，因此鋼拉桿不但用于鋼結(jié)構(gòu)，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組合結(jié)構(gòu)中。受拉構(gòu)件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的問題，極限承載力一般由強(qiáng)度控制，所以，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮強(qiáng)度和剛度。,,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：?jiǎn)蚊孢B接單角鋼按軸心受力計(jì)算強(qiáng)度和連接時(shí)，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低15％，即應(yīng)乘以0.85的折減系數(shù),,4.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定,,穩(wěn)定性驗(yàn)算的重要性：若結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輕微擾動(dòng)就將使結(jié)構(gòu)或其組成構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形而最終喪失承載能力,這種現(xiàn)象稱為失去穩(wěn)定性。在鋼結(jié)構(gòu)工程事故中，因失穩(wěn)導(dǎo)致破壞者十分常見。,,近幾十年來，由于結(jié)構(gòu)形式的不斷發(fā)展和

7、高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用，使構(gòu)件更加輕型而薄壁，更容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，因而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗(yàn)算顯得特別重要。,,,在軸心受力構(gòu)件中，對(duì)于軸心受拉構(gòu)件，由于在拉力作用下，構(gòu)件總有拉直繃緊的傾向，其平衡狀態(tài)總是穩(wěn)定的，不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。,,對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，截面若沒有孔洞削弱，一般不會(huì)因強(qiáng)度不足而喪失承載能力，但當(dāng)其長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，穩(wěn)定性是導(dǎo)致其破壞的主要因素。因此可以說，軸心受壓構(gòu)件往往是由其穩(wěn)定性來確定構(gòu)件截面的。,,,,,式中,N,——軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值；,,A,——構(gòu)件的毛截面面積；,,,?,——鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；,,φ——軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)。,,,(1)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定驗(yàn)算,

8、,軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性按下式驗(yàn)算:,,整體穩(wěn)定系數(shù) 值應(yīng)根據(jù)截面分類（a、b、c三類）和構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比 以及所采用的鋼的牌號(hào)，按附表2-1(a、b、c、d)查出。,,構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比按照下列規(guī)定確定：,,1)截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的構(gòu)件,,,,,―構(gòu)件對(duì)主軸和的計(jì)算長(zhǎng)度；,,―構(gòu)件截面對(duì)主軸和的回轉(zhuǎn)半徑,,,對(duì)雙軸對(duì)稱十字形截面構(gòu)件， 或 取值不得小于5.07b/t（其中b/t為懸伸板件寬厚比）。,,,,2)截面為單軸對(duì)稱的構(gòu)件,,對(duì)于單軸對(duì)稱截面，由于截面形心與剪心（剪切中心）不重合，繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)，在彎曲的同時(shí)總伴隨著扭轉(zhuǎn)，即形成彎扭屈曲。相同的情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)

9、力要低。,,注意：無任何對(duì)稱軸且又非極對(duì)稱的截面（單面連接的不等邊單角鋼除外）不宜用作軸心受壓構(gòu)件,。,,,概念：軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù) 與長(zhǎng)細(xì)比 的關(guān)系曲線，稱為柱子曲線.以便于軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。圖中的a、b、c、d四條曲線，各代表一組截面，如表所示。,,,,,,,概念：如圖所示的工字型截面軸心受壓構(gòu)件，若腹板及翼緣的板件太寬太薄，當(dāng)軸壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，板件就可能在構(gòu)件喪失強(qiáng)度和整體穩(wěn)定之前不能維持平面,平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凹凸鼓出變形，這種現(xiàn)象稱為板件失去穩(wěn)定，或稱板件屈曲。因板件是組成構(gòu)件的一部分，故又把這種屈曲現(xiàn)象稱為構(gòu)件失去局部穩(wěn)定或局部屈曲。,（2）軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定

10、驗(yàn)算,實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件局部屈曲,,保證局部穩(wěn)定的重要性：?jiǎn)适Ь植糠€(wěn)定的構(gòu)件還能繼續(xù)承受荷載，但由于鼓屈部分退出工作，使構(gòu)件應(yīng)力分布惡化，會(huì)降低構(gòu)件的承載力，導(dǎo)致構(gòu)件提早破壞。,,《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，受壓構(gòu)件中板件的局部穩(wěn)定以板件屈曲不先于構(gòu)件的整體失穩(wěn)為條件，并以限制板件的寬厚比來加以控制。,,對(duì)于軋制型鋼，由于翼緣、腹板較厚，一般都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需計(jì)算。,,,以工字形截面為例，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：,,1)翼緣,,由于翼緣板懸伸部分的寬厚比b/t與長(zhǎng)細(xì)比的關(guān)系曲線的關(guān)系式較為復(fù)雜，為了便于應(yīng)用，采用下列簡(jiǎn)單的直線式表達(dá)：,,,,式中， 為構(gòu)件兩方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值。,,當(dāng)

11、 時(shí), 取 , 當(dāng) 時(shí),取 .,,2) 腹板,,,腹板可視為四邊支承板，這種嵌固作用可使腹板的臨界應(yīng)力提高，經(jīng)簡(jiǎn)化可得腹板高厚比 的 簡(jiǎn)化表達(dá)式為：,,,(3-11）,,,,當(dāng)工字形截面的腹板高厚比 不滿足式（3-11）的要求時(shí)，除了加厚腹板（此法不一定經(jīng)濟(jì)）外，還可采用有效截面的概念進(jìn)行計(jì)算。,,當(dāng)腹板高厚比不滿足要求時(shí)，亦可在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強(qiáng)后的腹板仍按式（3-11）計(jì)算，,,,,5. 軸心受壓柱的設(shè)計(jì),,(1) 截面形式,:實(shí)腹式軸性受壓柱一般采用雙軸對(duì)稱截面，以避免彎扭

12、失穩(wěn)。,,選擇軸心受壓實(shí)腹柱的截面時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：,,1),面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；,,2),使兩個(gè)主軸方向等穩(wěn)定性，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；,,3),便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；,,4),盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，取材方便。,,(2) 截面設(shè)計(jì),截面設(shè)計(jì)時(shí)，首先按上述原則選定合適的截面形式，再初步選擇截面尺寸，然后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗(yàn)算。,,具體步驟如下：,,假定柱的長(zhǎng)細(xì)比 ，求出需要的截面積 。,,,2),求兩個(gè)主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑,,,,,,3) 由已知截面面積 、兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑 、 優(yōu)

13、先選用軋制型鋼，如普通工字鋼、H型鋼等。,,4)由所需要的 、 、 等，再考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初步尺寸。,,(3)構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算,,1)當(dāng)截面有削弱時(shí)，需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。,,,,式中 ——構(gòu)件的凈截面面積。,,,2)剛度驗(yàn)算。軸心受壓實(shí)腹柱的長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)符合規(guī)范所規(guī)定的容許長(zhǎng)細(xì)比要求。,,,3)整體穩(wěn)定驗(yàn)算,,4)局部穩(wěn)定驗(yàn)算。軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定是以限制其組成板件的寬厚比來保證。對(duì)于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗(yàn)算。對(duì)于組合截面，則應(yīng)根據(jù)規(guī)定對(duì)板件的寬厚比進(jìn)行驗(yàn)算。,,(6) 格構(gòu)式軸心受壓柱 為提高軸心受

14、壓構(gòu)件的承載能力，應(yīng)在不增加材料用量的前提下，盡可能增大截面的慣性矩，并使兩個(gè)主軸方向的慣性矩相同，即令x軸與y軸具有相等的穩(wěn)定性。格構(gòu)式受壓構(gòu)件就是把肢桿布置在距截面形心一定距離的位置上，通過調(diào)整肢間距離以使兩個(gè)方向具有相同的穩(wěn)定性。,,,格構(gòu)式構(gòu)件制造復(fù)雜，由于柱肢只宜采用型鋼（或鋼管），所以其承載能力及應(yīng)用也受到一定的限制。,,格構(gòu)式軸心受壓柱對(duì)實(shí)軸的穩(wěn)定計(jì)算與實(shí)腹柱完全相同，因?yàn)樗喈?dāng)于兩個(gè)并列的實(shí)腹柱。但格構(gòu)柱虛軸的穩(wěn)定性卻比具有同樣長(zhǎng)細(xì)比的實(shí)腹柱穩(wěn)定性小。,,,課題2 受彎構(gòu)件,,1. 受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用,,,建筑結(jié)構(gòu)中，承受橫向荷載的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件，其形式有實(shí)腹式和格構(gòu)式兩

15、個(gè)系列。,,(1)實(shí)腹式受彎構(gòu)件,——梁 鋼梁按制作方法的不同可以分為,型鋼梁,和,組合梁,兩大類。,,型鋼梁又分為,熱軋型鋼梁,和,冷軋薄壁型鋼梁,。型鋼梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造省工，成本較低，因而應(yīng)優(yōu)先采用。熱軋型鋼梁的截面有熱軋工字鋼、槽鋼和熱軋H型鋼三種。,,,,當(dāng)所受荷載較小、跨度不大時(shí)某些受彎構(gòu)件（如檁條）可采用,冷彎薄壁C型鋼,或,Z形鋼,做梁，可以有效地節(jié)約鋼材，如檁條和墻梁等，但防腐要求較高。,,當(dāng)荷載和跨度較大時(shí)，型鋼梁受到尺寸和規(guī)格的限制，往往不能滿足承載力和剛度的要求，此時(shí)應(yīng)采用,組合梁,。按其連接方法和使用材料的不同，組合梁可以分為,焊接組合梁,（簡(jiǎn)稱為焊接梁）、,鉚接組合梁

16、,（簡(jiǎn)稱為鉚接梁）、,異種鋼組合梁,和,鋼與混凝土組合梁,等幾種。,,,,,,根據(jù)梁的支承情況，鋼梁可做成,簡(jiǎn)支梁,、,連續(xù)梁,、,懸伸梁,等。,,根據(jù)荷載受力情況，梁又分為僅在一個(gè)主平面內(nèi)受彎的,單向受彎梁,和在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎的,雙向受彎梁,。雙向彎曲梁也稱為斜彎曲梁。,,鋼結(jié)構(gòu)中，除少數(shù)情況如吊車梁、起重機(jī)大梁或上承式鐵路板梁橋等可單根或兩根梁成對(duì)布置外，通常采用縱橫交叉的主、次梁組成梁格，再在梁格上鋪設(shè)面板，形成結(jié)構(gòu)的承重體系,。,,,,根據(jù)主梁和次梁的排列情況，梁格可分為三種類型：,,1）單向梁只有主梁，適用于的跨度較小或面板寬度較大的樓蓋或平臺(tái)結(jié)構(gòu)。,,2）雙向梁格有主梁及一個(gè)方向

17、的次梁，次梁由主梁支承，并將板劃分為較小區(qū)格，減小了面板的跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟(jì)，是最為常用的梁格類型。,,3）復(fù)式梁格在主梁間設(shè)縱向次梁，縱向次梁間再設(shè)與主梁平行的橫向次梁，以減小面板的支承跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟(jì)。,,(,2)格構(gòu)式受彎構(gòu)件——桁架,格構(gòu)式受彎構(gòu)件又稱為桁架，與梁相比，其特點(diǎn)是以弦桿代替翼緣，以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點(diǎn)將腹桿與弦桿連接。,,鋼桁架的結(jié)構(gòu)類型有：,,1)簡(jiǎn)支梁式:,簡(jiǎn)支梁式鋼桁架受力明確，桿件內(nèi)力不受支座沉陷的影響，施工方便。,,2)鋼架橫梁式:,鋼架橫梁式的桁架端部上下弦與鋼柱相連組成單跨或多跨剛架，可提高其水平剛度，常用于單層廠房結(jié)構(gòu)；,,,3)連續(xù)

18、式:,連續(xù)式鋼桁架跨越較大的橋架常用多跨連續(xù)的桁架，可增加剛度并節(jié)約材料；,,,4)伸臂式:,伸臂式鋼桁架既有連續(xù)式節(jié)約材料的優(yōu)點(diǎn)，又有靜定桁架不受支座沉陷的影響的優(yōu)點(diǎn)，只是鉸接處的構(gòu)造較復(fù)雜；,,,5)懸臂式:,懸臂式鋼桁架用于塔架等，主要承受水平風(fēng)荷載引起的彎矩。,,2、受彎構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度,,（1）強(qiáng)度計(jì)算,,梁在荷載作用下將產(chǎn)生彎應(yīng)力、剪應(yīng)力，在集中荷載作用處還有局部承壓應(yīng)力，故梁的強(qiáng)度應(yīng)包括：抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、局部承壓強(qiáng)度，在彎應(yīng)力、剪應(yīng)力及局部壓應(yīng)力共同作用處還應(yīng)驗(yàn)算折算應(yīng)力。,,1）梁的抗彎強(qiáng)度,,鋼梁在彎矩作用下，可分為三個(gè)工作階段，即彈性、彈塑性及塑性階段。,,彈性階段：以

19、邊緣屈服為最大承載力,,彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力,,,,,① 彈性工作階段：如圖所示的工字形截面梁，當(dāng)彎矩,M,較小時(shí)，截面上的彎曲應(yīng)力呈三角形直線分布，其外緣纖維最大應(yīng)力為σ=,M,/,W,n,。這個(gè)階段可以持續(xù)到σ達(dá)到屈服點(diǎn),f,y,，此時(shí)梁截面的彎矩達(dá)到彈性極限彎矩,M,e,。,,,M,e,＝,W,n,f,y,,式中,M,e,——梁的彈性極限彎矩；,,W,n,——梁的凈截面（彈性）模量。,,② 彈塑性工作階段：彎矩繼續(xù)增加，截面外緣部分,,進(jìn)入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。截面彎曲應(yīng)力呈折線分布。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴(kuò)展，中央彈性區(qū)相應(yīng)逐漸減小。,,③ 塑性工作

20、階段：在塑性工作階段，若彎矩不斷增大，直到彈性區(qū)消失，截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，即達(dá)到塑性工作階段，此時(shí)梁截面應(yīng)力呈兩個(gè)矩形分布。彎矩達(dá)到最大極限，稱為塑性彎矩,M,P,。,,M,p,=,W,pn,f,y,,式中,W,pn,——梁的凈截面塑性模量。,,塑性鉸：當(dāng)截面上彎矩達(dá)到,M,p,時(shí)，荷載不能再增加，但變形仍可繼續(xù)增大，截面可以轉(zhuǎn)動(dòng)，猶如一個(gè)鉸，稱為塑性鉸。,,彈性設(shè)計(jì)與塑性設(shè)計(jì)：把梁的邊緣纖維達(dá)到屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，叫做彈性設(shè)計(jì)。在一定條件下，考慮塑性變形的發(fā)展，稱為塑性設(shè)計(jì)。,,規(guī)范以梁截面塑性發(fā)展到一定深度（即截面只有部分區(qū)域進(jìn)入塑性區(qū)）作為設(shè)計(jì)極限狀態(tài)。,,,,梁的抗彎強(qiáng)度按下

21、列公式計(jì)算：,,單向彎曲時(shí)：,,,雙向彎曲時(shí)：,,式中,M,—彎矩；,,γ—截面塑性發(fā)展系數(shù)。對(duì)于工字形截面 γ,x,=1.05，γ,y,=1.2；對(duì)于箱形截面γ,x,=γ,y,=1.05；對(duì)其它截面按表采用，此處x為強(qiáng)軸，y為弱軸。,,,,對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載且需計(jì)算疲勞的梁，考慮塑性發(fā)展會(huì)使鋼材硬化，促使疲勞斷裂提早出現(xiàn)。,,當(dāng)梁的受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比較大，超過13,，,但不超過15 時(shí)，考慮塑性發(fā)展對(duì)翼緣局部穩(wěn)定有不利影響。,,,,2）梁的抗剪強(qiáng)度 規(guī)范以截面最大剪力達(dá)到所用鋼材剪應(yīng)力屈服點(diǎn)作為抗剪承載力極限狀態(tài)。于是梁的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式為

22、 式中,V,——計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力；,I,——梁的毛截面慣性矩；,S,——中和軸以上或以下截面對(duì)中和軸的面積矩，按毛截面計(jì)算；,t,w,——腹板厚度；,f,v,——鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 對(duì)于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度,t,w,相對(duì)較大，當(dāng)無較大截面削弱時(shí)，可不必驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度。,,,3）梁的局部承壓強(qiáng)度,,當(dāng)梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未設(shè)支承加勁肋，或受有移動(dòng)集中荷載（如吊車輪壓）作用時(shí)，可認(rèn)為集中荷載從作用處以1：2.5(在高度h,y,范圍）和1：1（在h,R,高度

23、范圍）擴(kuò)散，均勻分布于腹板邊緣，腹板計(jì)算高度上邊緣的局部承壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：,,,,,,F,——集中荷載，對(duì)動(dòng)力荷載應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù)；,,Ψ——集中荷載增大系數(shù)，對(duì)重級(jí)工作制吊車梁 Ψ=1.35；對(duì)其它梁Ψ=1.0。,,l,z——集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的假定分布長(zhǎng)度，按下式計(jì)算：,l,z=,a,+2,h,y,,a,——集中荷載沿梁跨方向的支承長(zhǎng)度，對(duì)吊車梁取50mm；,,h,y——自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計(jì)算高度上邊緣的距離。,,在梁的支座處，當(dāng)不設(shè)置加勁肋時(shí)，也應(yīng)按式計(jì)算腹板計(jì)算高度下邊緣的局部壓應(yīng)力，但Ψ取1.0。支座反力的假定分布長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)支座具體尺寸計(jì)算

24、。,,,4）梁在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度計(jì)算,,在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，或同時(shí)受有較大的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)驗(yàn)算其折算應(yīng)力，如圖所示。,,折算應(yīng)力驗(yàn)算公式為：,,,,,兩,σ同號(hào)取1.1，,,異號(hào)取1.2,,,,（2）,梁的剛度,,控制梁的撓跨比小于規(guī)定的限制（為變形量的限制）,,梁的撓度,v,（按一般材料力學(xué)公式計(jì)算）或相對(duì)撓度,v,/,l,應(yīng)滿足下式：,,v,≤[,v,],,或,v /l,≤[,v,]/,l,,式中 [,v,]——梁的容許撓度。,,梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計(jì)算時(shí)應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對(duì)動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值

25、也不乘動(dòng)力系數(shù)。,,3. 梁的穩(wěn)定設(shè)計(jì),,(1)梁的整體穩(wěn)定,,1)梁整體穩(wěn)定的概念：,梁的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，認(rèn)為荷載作用于梁截面的垂直對(duì)稱軸 ，且它只產(chǎn)生沿軸方向的彎曲變形。但實(shí)際上荷載不可能準(zhǔn)確對(duì)稱作用于梁的垂直平面，同時(shí)不可避免地也會(huì)有各種偶然因素所產(chǎn)生的橫向作用，當(dāng)荷載較小時(shí)，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。然而，當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值后，梁在向下彎曲的同時(shí)，將突然發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形而破壞，這種現(xiàn)象稱之為,梁的側(cè)向彎扭屈曲,或,整體失穩(wěn),。,,,,梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔(dān)的最大荷載或最大彎矩，稱為,臨界荷載,或,臨界彎矩,。此時(shí)，受壓翼緣相應(yīng)的最大應(yīng)力就叫,臨界應(yīng)力,。,,,,2)梁整體穩(wěn)定的

26、保證：,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，梁的整體穩(wěn)定可以得到保證，不必計(jì)算：,,①有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移；,,②H型鋼或等截面工字形簡(jiǎn)支梁受壓翼緣的自由長(zhǎng)度 與其寬度 之比不超過《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的數(shù)值；,,3)梁整體穩(wěn)定的計(jì)算方法,。,,當(dāng)不滿足前述不必計(jì)算整體穩(wěn)定條件時(shí)，應(yīng)對(duì)梁的整體穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)根據(jù)梁整體穩(wěn)定臨界彎矩 ，可求出相應(yīng)的,臨界應(yīng)力,,,，并考慮鋼材抗力分項(xiàng)系數(shù) ，對(duì)于在最大剛度主平面內(nèi)單向彎曲的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定條件為：,,,(3-20),,,,令 ，

27、則在最大剛度主平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性應(yīng)按下式計(jì)算：,,,,,在整體穩(wěn)定計(jì)算中，,整體穩(wěn)定系數(shù),的確定非常關(guān)鍵。對(duì)于常用的普通軋制工字鋼簡(jiǎn)支梁，可將其整體穩(wěn)定系數(shù) 按工字鋼型號(hào)和受壓翼緣自由長(zhǎng)度 制成表格直接查用，,,《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)按上述公式或表格確定的 時(shí)，用下式求得的 代替 進(jìn)行梁的整體穩(wěn)定計(jì)算。,,,,,,,當(dāng)梁的整體穩(wěn)定承載力不足時(shí)，可采用,加大梁的截面尺寸,或,增加側(cè)向支承,的辦法予以解決，,,(2)梁的局部穩(wěn)定,,從用材經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，選擇組合梁截面時(shí)總是力求采用高而薄的腹板以增大截面的慣性矩和抵抗矩，同時(shí)

28、也希望采用寬而薄的翼緣以提高梁的穩(wěn)定性，但是，如果將這些板件不適當(dāng)?shù)販p薄加寬，在板中壓應(yīng)力或剪應(yīng)力尚未達(dá)到強(qiáng)度限值或在梁未喪失整體穩(wěn)定前，腹板或受壓翼緣有可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為,梁局部失穩(wěn),或稱,失去局部穩(wěn)定,。熱軋型鋼由于軋制條件，其板件寬厚比較小，都能滿足局部穩(wěn)定的要求，不需要計(jì)算。,,,為了避免組合梁出現(xiàn)局部失穩(wěn)的現(xiàn)象主要采用以下兩種措施：,,1.限制板件的寬厚比或高厚比；,,2.在垂直于鋼板平面方向設(shè)置加勁肋。,,,1)受壓翼緣的局部穩(wěn)定：,對(duì)于梁的受壓翼緣，只能通過限制其自由外伸寬度與其厚度之比來保證翼緣板的局部穩(wěn)定。即：,,,,（3-25a）,,,當(dāng)梁在繞強(qiáng)

29、軸的彎矩 作用下的強(qiáng)度按彈性設(shè)計(jì)（即取 ）時(shí)， 值可放寬為：,,,,,,,,箱形梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當(dāng)于四邊簡(jiǎn)支單向均勻受壓板，應(yīng)符合下式要求：,,,,,,,,,2)腹板的局部穩(wěn)定,,組合梁主要是通過采用加勁肋將腹板分割成較小的區(qū)格來提高其抵抗局部屈曲的能力,。,,,,課題3 拉彎和壓彎構(gòu)件,,1.,概述,,結(jié)構(gòu)中，壓彎和拉彎構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛。它指的是同時(shí)承受,軸向力,和,彎矩,的構(gòu)件。彎矩可能由軸向力的偏心作用、端彎矩作用或橫向荷載作用等三種因素形成，,拉彎構(gòu)件,在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少，受風(fēng)荷載作用的墻架柱以及天窗架的側(cè)立柱等等。當(dāng)承受

30、的彎矩不大，而軸心拉力很大時(shí)，它的截面形式和一般軸心拉桿一樣。當(dāng)承受的彎矩很大時(shí)，應(yīng)在彎矩作用平面內(nèi)采用較大的截面高度。,,,壓彎構(gòu)件,廣泛的用于柱子，如工業(yè)建筑中的廠房框架柱。它們不僅要承受上部結(jié)構(gòu)傳下來的軸向壓力，同時(shí)還受有彎矩和剪力。,拉彎構(gòu)件,壓彎構(gòu)件,,,與軸心受力構(gòu)件一樣，在進(jìn)行拉彎和壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。,拉彎構(gòu)件,需要計(jì)算其,強(qiáng)度,和,剛度,（限制長(zhǎng)細(xì)比）；對(duì),壓彎構(gòu)件,，則存在,局部失穩(wěn),和三種,整體破壞,形式：,一,是當(dāng)桿端彎矩很大或截面局部有嚴(yán)重削弱時(shí)的強(qiáng)度破壞；,二,是彎矩作用平面內(nèi)的彎曲失穩(wěn)破壞；,三,是彎矩作用平面外的彎

31、曲扭轉(zhuǎn)破壞。,,,,2.拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度,,,考慮鋼材的塑性性能，拉彎和壓彎構(gòu)件是以截面出現(xiàn)塑性鉸作為其強(qiáng)度極限。,,彎矩作用在主平面的拉彎和壓彎構(gòu)件，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定按下列公式對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算：,,,（3-27）,,,承受雙向彎矩的拉彎或壓彎構(gòu)件，規(guī)范采用的強(qiáng)度計(jì)算公式為,,,,（3-28）,,,3. 拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度,,,拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度仍然采用容許長(zhǎng)細(xì)比條件控制，即,,,,（3-29）,,,4. 壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定,,,壓彎構(gòu)件的截面尺寸通常由,整體穩(wěn)定控制。,,壓彎構(gòu)件要分別計(jì)算彎矩作用,平面內(nèi),和彎矩作用,平面外,的,穩(wěn)定性。,,(1)彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定,,《鋼結(jié)

32、構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，彎矩作用在對(duì)稱軸平面內(nèi)（繞x軸）的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：,,,,（3-30）,,(2)彎矩作用平面外的穩(wěn)定,,,開口薄壁截面壓彎構(gòu)件的抗扭剛度及彎矩作用平面外的抗彎剛度通常較小，當(dāng)構(gòu)件在彎矩作用平面外沒有足夠的支承以阻止其產(chǎn)生側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件可能因彎扭屈曲而破壞?？紤]非均勻彎曲及截面形狀調(diào)整，《規(guī)范》規(guī)定的壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外穩(wěn)定計(jì)算的相關(guān)公式為：,,,,,（3-32）,,5. 壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定,,,與軸心受力構(gòu)件和受彎構(gòu)件相同，實(shí)腹式壓彎構(gòu)件可能因強(qiáng)度不足或喪失整體穩(wěn)定而破壞，也可能因喪失局部穩(wěn)定而降低其承載能力。因此設(shè)計(jì)時(shí)，必須要保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定。為了保證壓彎構(gòu)件中板件的局部穩(wěn)定，限制翼緣和腹板的寬厚比及高厚比。,,