鋼結構基礎第三章構件的截面承載力——強度.ppt

鋼 結 構,普通高等學校土建學科專業(yè)“十五”規(guī)劃教材,陳紹蕃 顧強 主編,中國建筑工業(yè)出版社 2003年8月,第3章 構件的截面承載力強度,第3章 構件的截面承載力 強度,軸心受力構件的強度 梁的強度 拉彎、壓彎構件的強度,主要內容：,重點：,按強度條件設計構件截面,第3章 構件的截面承載力強度,3.1 軸心受力構件的強度,應用：主要承重結構、平臺、支柱、支撐等 截面形式,3.1.1 軸心受力構件的應用和截面選擇,熱軋型鋼截面,熱軋型鋼截面,第3章 構件的截面承載力強度,冷彎薄壁型鋼截面,冷彎薄壁型鋼截面,第3章 構件的截面承載力強度,型鋼和鋼板的組合截面,實腹式組合截面,格構式組合截面,第3章 構件的截面承載力強度,對截面形式的要求,能提供強度所需要的截面積 制作比較簡便 便于和相鄰的構件連接 截面開展而壁厚較薄,第3章 構件的截面承載力強度,承載極限： 截面平均應力達到fu ，但缺少安全儲備 毛截面平均應力達fy ，結構變形過大,3.1.2 軸心受拉構件的強度,鋼材的應力應變關系,計算準則： 毛截面平均應力不超過fy,第3章 構件的截面承載力強度,應力集中現象,孔洞處截面應力分布,(a) 彈性狀態(tài)應力 (b) 極限狀態(tài)應力,第3章 構件的截面承載力強度,設計準則：凈截面平均應力不超過fy,設計公式：,鋼材的抗拉強度設計值,！對高強螺栓摩擦型連接，凈截面強度驗算要考慮孔前傳力的影響。,3.1.3 軸心受壓構件的強度,強度計算與軸心受拉一樣，一般其承載力由穩(wěn)定控制,第3章 構件的截面承載力強度,3.2 梁的類型和強度,分類：,3.2.1 梁的類型,鋼梁類型,按制作方式分：型鋼梁和組合梁,第3章 構件的截面承載力強度,楔形梁,按梁截面沿長度有無變化分：等截面梁和變截面梁,蜂窩梁,第3章 構件的截面承載力強度,雙向彎曲梁,按受力情況分：單向彎曲梁和雙向彎曲梁,(a) 屋面檁條 (b) 吊車梁,第3章 構件的截面承載力強度,預應力梁,基本原理：受拉側設置高預拉力的鋼筋，使梁受荷前反彎曲。 制作、施工過程復雜。,預應力梁,第3章 構件的截面承載力強度,梁的極限承載能力包括：,截面的強度：彎、剪、扭及綜合效應。 構件的整體穩(wěn)定 板件的局部穩(wěn)定 直接受重復荷載時，疲勞,梁的應用范圍：,房屋建筑和橋梁工程。 如樓蓋梁、平臺梁、吊車梁、檁條及大跨斜拉橋、懸索橋中的橋面梁等。,第3章 構件的截面承載力強度,梁的正應力：,3.2.2 梁的彎曲、剪切強度,梁的M -曲線,應力-應變關系簡圖,第3章 構件的截面承載力強度,正應力發(fā)展的四個階段：,梁的正應力分布,(a) 彈性工作階段：疲勞計算、冷彎薄壁型鋼 (b) 彈塑性工作階段：一般受彎構件 (c) 塑性工作階段：塑性鉸 (d) 應變硬化階段：一般不利用,第3章 構件的截面承載力強度,彈性工作階段 Me=Wnfy 塑性工作階段 Mp=Wpnfy Wpn= S1n+ S2n 彈塑性階段 F=Wp/W,各階段最大彎矩：,！對矩形截面F=1.5; 圓形截面F=1.7; 圓管截面F=1.27; 工字形截面對軸 在1.10和1.17之間,第3章 構件的截面承載力強度,！截面塑性發(fā)展系數：,x和 y，取值1.01.2之間。如工字形截面x =1.05， y=1.2；箱形截面x= y=1.05,截面簡圖,第3章 構件的截面承載力強度,GB50017計算公式：,單向彎曲時,雙向彎曲時,！對于x和y： (1) 疲勞計算取1.0; (2) 取1.0。,第3章 構件的截面承載力強度,塑性設計時：,GB50018計算公式：,單向彎曲時,雙向彎曲時,第3章 構件的截面承載力強度,梁的剪應力：,彎曲剪應力分布,鋼材的抗剪強度設計值,S計算剪應力處以上毛截面對中和軸的的面積矩,第3章 構件的截面承載力強度,3.2.3 梁的扭轉,扭轉形式：自由扭轉和約束扭轉,梁的扭轉,第3章 構件的截面承載力強度,自由扭轉,對于矩形截面桿件，當bt時,矩形截面桿件的扭轉剪應力,I t扭轉常數或扭轉慣性矩,第3章 構件的截面承載力強度,對于矩形組合開口薄壁截面,薄板組合截面,扭轉剪力和扭矩,第3章 構件的截面承載力強度,對于熱軋型鋼開口截面，考慮圓角影響,系數 k,第3章 構件的截面承載力強度,對于閉口截面,It1:500 , 30:1,閉合截面的循環(huán)剪力流,截面面積相同的兩種截面,第3章 構件的截面承載力強度,約束扭轉: 翹曲變形受到約束的扭轉,懸臂工字梁的約束扭轉,第3章 構件的截面承載力強度,扭矩平衡方程,其中,扭轉剪應力分布,上翼緣的內力,第3章 構件的截面承載力強度,約束扭轉正應力,B 雙彎矩（雙力矩）,對工形截面梁,對冷彎槽鋼等非雙軸對稱梁,第3章 構件的截面承載力強度,3.3.1 局部壓應力,3.3 梁的局部壓應力和組合應力,局部壓應力作用,第3章 構件的截面承載力強度,式中 集中荷載增大系數，對重級工作制吊車梁取 =1.35，其他取 = 1.0,lz 壓應力分布長度,第3章 構件的截面承載力強度,3.3.2 多種應力的組合效應,一個截面上彎矩和剪力都較大時，需要考慮組合效應,梁的彎剪應力組合,第3章 構件的截面承載力強度,式中 1與c異號時取1.2，同號時取1.1,當橫向荷載不通過剪心時：,驗算公式：,第3章 構件的截面承載力強度,3.4.1 初選截面,3.4 按強度條件選擇梁截面,型鋼梁,HW4144051828，Wx=4490cm3，g=233kg/m HM5943021423，Wx=4620cm3，g=175kg/m HN6923001320，Wx=4980cm3，g=166kg/m,第3章 構件的截面承載力強度,焊接組合截面梁,截面高度 容許最大高度hmax 容許最小高度hmin hmin=nl/6000 經濟高度he,hminhhmax，hhe,焊接梁截面,第3章 構件的截面承載力強度,均布荷載作用下簡支梁的最小高度hmin,第3章 構件的截面承載力強度,腹板高度hw 腹板高度hw比h略小。 腹板厚度tw 抗剪,可取1.21.5,局部穩(wěn)定,焊接梁截面,第3章 構件的截面承載力強度,翼緣尺寸b和t 所需截面模量為：,初選時取hh1hw,考慮局部穩(wěn)定，通常取b=25t，且h/2.5bh/6。,焊接梁截面,第3章 構件的截面承載力強度,3.4.2 截面驗算,驗算時要包含自重產生的效應 強度 彎曲正應力,單向彎曲時,雙向彎曲時,第3章 構件的截面承載力強度,剪應力,局部壓應力,折算應力,第3章 構件的截面承載力強度,3.4.3 梁截面沿長度的變化,彎矩 剪力 加工因素 不考慮整體穩(wěn)定,變截面梁,變梁截面考慮的因素：,兩種變化方式 變截面高度 變翼緣面積,第3章 構件的截面承載力強度,變翼緣面積 變翼緣寬度 變翼緣厚度,變寬度梁,變高度梁,第3章 構件的截面承載力強度,端部有正面角焊縫時： hf0.75t, l1b；hf0.75t, l11.5b 端部無正面角焊縫時： l12b,變翼緣厚度,切斷外層翼緣板的梁,第3章 構件的截面承載力強度,3.6.1 拉彎、壓彎構件的應用,3.6 拉彎、壓彎構件的應用和強度計算,拉彎構件 應用：屋架受節(jié)間力下弦桿 承載能力極限狀態(tài) 截面出現塑性鉸(格構式 或冷彎薄壁型鋼為截面邊緣纖維屈服)、整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn) 正常使用極限狀態(tài) 剛度：限值長細比,拉彎構件,第3章 構件的截面承載力強度,截面形式,熱軋型鋼截面,冷彎薄壁型鋼截面,組合截面,第3章 構件的截面承載力強度,壓彎構件,應用： 廠房框架柱、多高層建筑框架柱、屋架上弦,壓彎構件,截面形式,雙軸對稱截面：同拉彎構件 單軸對稱截面：受彎矩較大時采用,第3章 構件的截面承載力強度,壓彎構件的單軸對稱截面,第3章 構件的截面承載力強度,變截面壓彎構件,(a) 階形柱,(b)楔形柱,變截面柱: 高大廠房常用,第3章 構件的截面承載力強度,壓彎構件極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài) 強度: 端彎矩很大或截面有較大削弱 平面內彎曲失穩(wěn) 平面外彎扭失穩(wěn) 局部穩(wěn)定 正常使用極限狀態(tài) 剛度: 限制長細比,壓彎構件整體破壞形式 強度破壞、彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn),第3章 構件的截面承載力強度,3.6.2 拉彎、壓彎構件的強度計算,強度極限狀態(tài)： （靜載、實腹式構件） 受力最不利截面出現塑性鉸時,壓彎構件截面的受力狀態(tài),第3章 構件的截面承載力強度,截面出現塑性鉸時的應力分布,強度計算公式推導：以矩形截面為例,第3章 構件的截面承載力強度,引入：,偏于安全且計算簡便，以直線關系表示,壓彎構件強度計算相關曲線,全截面屈服壓力,全截面的塑性鉸彎矩,則有,第3章 構件的截面承載力強度,強度計算準則： 邊緣屈服準則：GB50018規(guī)范采用 全截面屈服準則：塑性設計 部分發(fā)展塑性準則：GB50017規(guī)范采用,雙向壓彎（拉彎）構件,單向壓彎（拉彎）構件,GB50017規(guī)范規(guī)定：,第3章 構件的截面承載力強度,截面塑性發(fā)展系數x、 y值,第3章 構件的截面承載力強度,續(xù)前表,第3章 構件的截面承載力強度,軸心受力構件的強度 準則：凈截面的平均應力不超過屈服強度 規(guī)范公式 梁的強度 彎曲正應力 剪應力 扭轉 局部壓應力 組合應力,本章內容復習,第3章 構件的截面承載力強度,彎曲正應力 四個工作階段 設計準則 邊緣纖維屈服準則 全截面塑性準則 部分塑性發(fā)展準則 GB50017公式 梁的剪應力,第3章 構件的截面承載力強度,梁的扭轉 自由扭轉 約束扭轉 梁的局部應力 折算應力 按強度選擇梁截面的過程,拉彎、壓彎構件的強度 準則：受力最不利的截面出現塑性鉸 規(guī)范：考慮部分塑性發(fā)展,第3章 構件的截面承載力強度,肚松衯宸/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif冭聖杁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif冭?疘:/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/ F/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/astd_oct.gif冮烜?E/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/biaoshi.gif凅?C/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/email.gif冮?G/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?- 潕,第3章 構件的截面承載力強度,肚松衯?雎揮=?牓2d?h糖 =M痞 ?(瘣滸?(h?棧哐鋃$*?z3蓚W傯=%u旄 冏?塧?腦?U ZYYh?鵓?鎂+x脲燴哠K?q梽桃羀徬 ?w?錭X?C?e ?gei鎃+,nit噈鲃c?u锳9硄輕儍L8踇縎;W岐?u rH?Wx鵛8吷y兞戀W 六堲?-猴w兂.+嬼?墎娮?嗠鸊GiJ倭rJ ?侜!?u?“唻蕛?凓|?縖鴰嬔r責| A伾鼐*?%磣嬓冴苻高Hv霼?m |兪T?4撠?聝 ?飌Z0?t蕞筍訌?3髀続c?p?t 壉鄪Mr+?p; 8齚 p蕞驅_嬝3? 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