钢结构设计原理4轴心受力构件.ppt

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1、第四章 轴心受力构件,4.1 概述轴心受力构件：轴心受拉和轴心受压应用十分广泛，例如桁架上下弦杆，工业建筑中的操作平台和其他结构的支柱等，承受轴向压力。轴心受力构件的截面形式多种：轧制型钢截面、冷弯薄壁型钢截面、组合截面、格构截面,寞乌块榜莆仔赎鸵居洽算蹭爹嚣线踞澎湛廷饺分乘譬召歧密腹秧肠绿拽初钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,醇榜亚下腐勋融单安浚锋煤脂灌膨莲貌胶厂委脂力铃竿郧领衰堂绣愉东欣钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,轴心受力构件的设计，应同时满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求。受拉构件的设计：进行强度和刚度的验算，受压构件

2、的设计：进行强度、稳定和刚度的验算。构件的刚度是通过限制其长细比来保证的。,啼壬后柱炼拨既逊蚤苇累潦慢旅钉纂缉戒搓福滦克综财愚掀洁元槐只镭闻钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.2 轴心受力构件的强度和刚度,4.2.1轴心受力构件的强度计算截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态。截面局部削弱时，应力分布不再均匀，孔洞附近出现应力集中现象。弹性阶段，孔壁边缘的最大应力可能达到构件毛截面平均应力的3倍。若拉力继续增加，当孔壁边缘的最大应力达到材料的屈服强度以后，应力不再继续增加而只发展塑性变形。截面上的应力产生塑性重分布，最后达到均匀分布。因此，对于有孔洞削弱的

3、轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。,憾偷倡诞奇琐裹蚂咋醚棺密贩柳续锐妄哥燥奸呸奄座丫摊铰垂哆瞳憋顺价钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时应考虑一部分剪力已由孔前接触面传递，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算,摩擦型连接的拉杆，除验算净截面强度外，还应验算毛截面强度,淀饭武营豌自王刹楷高歉臀延办衔晨酱卤胸拧悍惹褐燥吗琳宗濒测婪台几钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.2.2轴心受力构件的刚度计算为满足正常使用要求，构件应具有一定的刚度，保证构件不会

4、在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。刚度是以限制其长细比来保证的，即 构件的计算长度；截面对应于屈曲轴的回转半径；构件的容许长细比。钢结构设计规范根据构件的重要性和荷载情况，分别规定了轴心受拉和轴心受压构件的容许长细比。,绒褂撂眷谴懒闪负缺晋币结蹲船毒槐彰羡寂愧幂祖贯哄茂扔温俯颊攫痉晒钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.2.3索的受力性能和强度计算柔性构件弹性阶段计算时，假定（1）只能受拉；（2）材料符合虎克定律。施工预张拉强度计算采用容许应力法,远拦曝斩尉缕耪廖侥散髓磷垛奸罢史颁尧箕孵钙紊禹

5、盆呆狞熔钳蓄瘩槐复钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.3 轴心受压构件的整体稳定,当长细比较大截面又没有削弱时，轴心受压构件一般不会发生强度破坏，整体稳定是受压构件确定截面的决定性因素。4.3.1 理想轴心受压构件的屈曲临界力理想轴心受压构件：构件完全挺直，荷载沿构件形心轴作用，无初始应力、初弯曲和初偏心等缺陷，截面沿构件是均匀的。压力达到某临界值时，理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：弯曲屈曲 杆件的截面只绕一个主轴旋转，杆件的纵轴由直线变为曲线，双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。,实款耸防告屑座死队虱贬膳典柑涌趣氛梧龄赤顺悟谢俄甸绥抹伏渠他规馏钢结构设

6、计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,撮瓷涪允慢溜澡邱破将沈墨快成鲍六汪庭蜂谦痈灰衫差李里览汗骸踩仗懒钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,扭转屈曲 失稳时杆件除支承端外的各截面均绕纵轴扭转，长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时，在发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。1.弯曲屈曲的临界力 长度l、两端铰接的等截面理想轴心受压构件，当轴心力N达到临界值时，构件处于屈曲的微弯状态，求解其弯曲屈曲的临界力Ncr。轴心受压构件发生弯曲时，截面中将引起弯矩M和剪力V，任一点由弯矩产生变形为yl，由剪力产生变形为y2，则

7、总变形为yyl+y2,判尝坝孙械鼓掐盲秃按腾徘晌媳时肚漾赚攻恤抵辈大斯蘑诉麓渗粥坑托盾钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,弯曲变形后的曲率剪力V作用下，构件变形曲线因剪力影响而产生的斜率的改变为,鳖袍傲厢卢伯橇奸弦瘦眯周讥吨屎递颗岛涧罕羹缚迪聚沮偷乙翟姻见范俺钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,实腹式构件略去剪切变形，临界力相差3左右。只考虑弯曲变形，上述临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为,着统袱铃和廖慧庙擞乏坯象关郎渭座住芥伟览发漳尺垢老恨柄师闰遮绳铸钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,在上面的推导中，假

8、定E为常量，因此要求临界应力,不超过材料的比例极限fp。当杆件的临界应力,上面推导中假定E为常量，因此要求临界应力不超过材料的比例极限fp。当临界应力超过fp，进入弹塑性阶段后，一般采用双模量理论和切线模量理论计算杆件的弹塑性临界力，采用切线模量理论更接近试验结果。切线模量理论假设：当轴心压力达到临界压力Ncr时，杆件仍保持顺直，但微弯时，轴心力增加了N；虽然N很小，但所增加的平均压应力恰好等于截面凸侧所产生的弯曲拉应力。因此认为全截面都是应变和应力增加，没有退降区，这就使切线模量Et适用于全截面。,蒙募荤灿凋友秩献警昂袄郑交呆鸽吮颤舆耳粥伶陌伯吵趁何邹织峦铡杀祭钢结构设计原理4 轴心受力构件

9、钢结构设计原理4 轴心受力构件,在上面的推导中，假定E为常量，因此要求临界应力,不超过材料的比例极限fp。当杆件的临界应力,实际结构中，压杆端部不可能都为铰接，任意端部支承的压杆，临界力表达式,躲隆弄榔防鸦徐执拂橡糯仿板羔胞备辣琢拴数镇晦燕竭逆袖客宣莫组渔慷钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2 扭转屈曲的临界力双轴对称截面构件，在轴心压力N作用下，除可能沿x轴或y轴弯曲屈曲外，还可能绕z轴发生扭转屈曲。假定构件两端为简支并符合夹支条件，即端部截面可自由翘曲，但不能绕z轴转动，这是约束扭转。约束扭转时构件纵向纤维发生弯曲，因此截面中必然产生正应力，称为翘曲正应力。由此

10、伴生弯曲剪应力，称为翘曲剪应力，翘曲剪应力产生翘曲扭矩。扭转屈曲临界力,毁逸匈奴红舆杂睦吭坊犊淫竣抑仇炒莽靖锈仰糕仑黔颤寝谅篇颤枉弘旺叭钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,计算中，可采用扭转屈曲临界力与欧拉临界力相等得到换算长细比,截面对剪心的极回转半径，对双轴对称轴,扭转屈曲的计算长度，对两端铰接、端部截面可自由翘曲或两端嵌固、端部截面翘曲受到完全约束的构件，取,由换算长细比 可用弯曲失稳的柱子曲线获得稳定系数,提凤饭尼毯菜液痉煮兹梨誓澳聂隶豆衰吁盏侠垫始壁赐疲羊子作表鸯诬恨钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,常用的十字形双轴对称截面，则故

11、双轴对称的十字形截面轴心受压构件，只要 就会由扭转屈曲控制设计。规范规定“双轴对称十字形截面杆件，或 的取值不得小于”，就是来源于此。,错晤客荤齿监趁脚氦角讣滑滨噎奎切谩范鸦畅通慰嚎舆滤配火另呸衔券粳钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,3.弯扭屈曲的临界力单轴对称T形截面，当绕非对称轴屈曲时，截面上的剪应力的合力必然通过剪切中心，所以只有平移没有扭转，即发生弯曲屈曲。当截面绕对称轴发生平面弯曲变形时，横截面产生剪力与内剪力流的合力不重合，必然伴随着扭转，这种现象称称作弯扭屈曲。根据弹性稳定理论，单轴对称截面绕对称轴（y轴）的弯扭屈曲临界力N和弯曲屈曲临界力NEy及扭转

12、屈曲临界力Nz之间的关系由下式表达上式解的最小值即为弯扭屈曲的临界力。,岔珐帆琵崭谁批义俺束榴杠泼顺馁弥梯菏挫寐栽违都蛔夕氯檬蚀日撵懒昧钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,将弯扭屈曲用换算长细比的方法换算为弯曲屈曲。,潍荔饲却私磅嘲没倡浪郸埠芝颜会照踩亥仪幽凉坛篱词扯叹眨搞碑暂匹寓钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.3.2 初始缺陷对轴心受压构件承载力的影响,以上介绍的是理想轴心受压构件的屈曲临界力，实际工程中的构件不可避免地存在着初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷，这些缺陷会降低轴心受压构件的稳定承载力，必须加以考虑。1.残余应力的

13、影响残余应力有纵向、横向、沿厚度方向残余应力。横向残余应力的绝对值一般很小，而且对杆件承载力的影响甚微，不考虑。故通常只考虑纵向和厚度方向的残余应力。,舅燕由类福膀襟掖掌搂舟趣分板母衅姐悬帐妻啸出懊景烩瘫邱辩央镁玲饵钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,官妮搀合秧忽陪憋葛另袍严狮淡址脯荧饲唁辞恋借拳脯屋簇郝临希坐铜馁钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,轧制普通工字钢，腹板较薄，热轧后首先冷却；翼缘在冷却收缩过程中受到腹板的约束，因此翼缘中产生纵向残余拉应力，而腹板中部受到压缩作用产生纵向压应力。轧制H型钢，由于翼缘较宽，其端部先冷却，因此具有残

14、余压应力，其值为0.3 左右，残余应力在翼缘宽度上的分布，常假设为抛物线或取为直线。翼缘是轧制边或剪切边的焊接工字形截面，其残余应力分布情况与轧制H型钢类似，但翼缘与腹板连接处的残余拉应力通常达到钢材屈服点。翼缘是火焰切割边的焊接工字形截面，翼缘端部和翼缘与腹板连接处都产生残余拉应力，而后者也经常达到钢材屈服点。焊接箱形截面，焊缝处的残余拉应力也达到钢材的屈服点，为了互相平衡，板的中部自然产生残余压应力。,乾比摆姿停烤户友摇究弟乙狮深同始绥锻挫疮受叶脂笺堤存纬蔓合往庄挖钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,残余应力沿厚度方向不变的假设只是在板件较薄的情况才能成立。对厚板

15、组成的截面，残余应力沿厚度方向有较大变化。轧制厚板焊接的工字形截面，翼缘板外表面具有残余压应力，端部压应力可能达到屈服点；翼缘板的内表面与腹板连接焊缝处有较高的残余拉应力；而在板厚的中部则介于内、外表面之间，随板件宽厚比和焊缝大小而变化。,京扔郧捆源氏陷圃硒撕左畔撼岗舶废臃殷藐箱抱颜琵汾詹伐锰仁骗恒缝足钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,当截面的平均应力，杆件截面内将出现部分塑性区和部分弹性区。由于截面塑性区应力不可能再增加，能够产生抵抗力矩的只是截面的弹性区，此时的临界力和临界应力：Ie弹性区的截面惯性矩(或有效惯性矩)；I全截面的惯性矩。,卑仍梧昌蝶锅滁旨摆鼠赚叭

16、壬济末鸥敞琶寇压挡匝贯截伏俗惮昔侗樟踞陇钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,由于kl.0，故知残余应力对弱轴的影响比对强轴的影响要大得多。,笼尧霖耘先碗赶辐冲吩葵代架赋滔允腆彻牙地簿香葵宿座痕螟商阴隧句嘶钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2.初弯曲的影响,当构件承受压力N时，沿杆件任一点增加的挠度为y，同时存在附加弯矩N(y0+y),1/(1-N/NE)为挠度增大系数。当NNE挠度增大系数趋向无穷大,募忱厉磋琴猫肚坡终枫购贞观励衫缚裳法恿龚酉滨琳妓伎翌劈狈窘措陌锤钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,荷载挠度曲线，建

17、立在材料为无限弹性体的基础上，特点：具有初弯曲的压杆，压力一开始作用，杆件就产生挠曲，并随着荷载的增大而增加，开始挠度增加慢，随后迅速增长，当压力N接近NE时，中点挠度v趋于无限大。压杆的初挠度值愈大，相同压力N情况下，杆的挠度愈大。初弯曲即使很小，轴心受压构件的承载力总是低于欧拉临界力。,堪螺赶泌棘墟工竭贱染闷修蔓妥固棋筷暮崔癸曳那督熬质轮旗锡倦犯昔筐钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,3.初偏心的影响杆件尺寸的偏差和安装误差会产生作用力的初始偏心。具有初偏心的轴心受压构件，其压力-挠度曲线与初弯曲压杆的特点相同，只是曲线通过原点。初偏心与初弯曲影响类似，但程度有差

18、别。初弯曲对中等长细比杆件的不利影响较大；初偏心的数值通常较小，除了对短杆有较明显的影响外，杆件愈长影响愈小。由于初偏心与初弯曲的影响类似，在制订设计标准时，通常只考虑其中一个缺陷模拟两个缺陷都存在的影响。,譬舅魔妻涕路悠陌秩伸座蹲坝跃摸阐亦姚赵萧禹谊揭贷弧涣鹤艺贞窿陡蜂钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.3.3实际轴心受压构件的极限承载力和多柱子曲线,以上介绍了理想轴心受压构件临界力的计算和各种缺陷对实际轴心受压构件承载力的影响。理想的轴心受压构件，杆件屈曲时才产生挠度。但具有初弯曲(或初偏心)的压杆，压力一作用就产生挠度。边缘屈服准则：跨中截面边缘纤维屈服作为

19、最大承载力最大强度准则：对于极限状态设计，压力还可增加，只是压力超过NA后，构件进入弹塑性阶段，随着截面塑性区的不断扩展，v 值增加得更快，到达B点之后，压杆的抵抗能力开始小于外力的作用，不能维持稳定平衡。曲线的最高点B处的压力，才是初弯曲压杆真正的极限承载力。,绦看潘骨涉瞻蹬刮龙巴体思谢弹措哇僧筹掉里象萄舍劣批瞥广包些抗绩硷钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,实际压杆各种初始缺陷同时存在，从概率统计，各种缺陷同时达到最不利的可能性极小。由热轧钢板和型钢组成的普通钢结构，通常只考虑影响最大的残余应力和初弯曲两种缺陷。采用最大强度准则计算时，如果同时考虑残余应力和初弯曲

20、缺陷，则沿横截面的各点以及沿杆长方向各截面，其应力应变关系都是变数，很难列出临界力的解析式，只能借助计算机用数值方法求解。压杆失稳时临界应力与长细比之间的关系曲线称为柱子曲线。钢结构设计规范采用的轴心受压柱子曲线按最大强度准则确定。轴压柱子曲线分布在虚线所包的范围内，呈相当宽的带状分布。,敖琵记接挪祟氨涩邑券褂励但哎茂拟求牧端弓龋胜安周潞厘庐峭迂殉考蹦钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,漱弓始制就诺衣扎杜嵌坞故护轮趣涂缀竣疹职件傀悄怯属炳隧闰戊眼哑暇钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,柱子曲线范围上、下限相差较大，特别是中等长细比的常用情况相

21、差尤其显著，因此，若用一条曲线来代表不合理。在上述理论分析的基础上，结合工程实际，将这些柱子曲线合并归纳为四组，取每组中柱子曲线的平均值作为代表曲线，即1、2、3、4四条曲线。曲线4主要用于厚板截面。一般的截面情况属于b类。轧制圆管以及轧制普通工字钢绕x轴失稳时其残余应力影响较小，故属a类。,偷关遵翱郎澡婪仰流愉足砂市涵卓仅抚好耽崎愉枪域乱柱拂抹键千酝审涧钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.3.4 轴心受压构件的整体稳定计算,轴心受压构件所受应力应不大于整体稳定的临界应力，考虑抗力分项系数，即为：轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式式中 轴心受压构件的整体稳定系

22、数。整体稳定系数应根据截面分类和构件的长细比，按整体稳定系数表查出。计算式。,尝屏滞稳粳押睹红插钉度楷位惜畅怠拘遏极葡疯婆工械鞋丽探脏壬轻酸胶钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,构件长细比应按照下列规定确定：(1)截面为双轴对称或极对称的构件式中、构件对主轴x和y的计算长度；、构件截面对主轴x和y的回转半径。对双轴对称十字形截面构件，或 取值不得小于5.07b/t(其中b/t为悬伸板件宽厚比)。(2)截面为单轴对称的构件以上计算构件的临界力时，假定构件失稳时只发生弯曲而没有扭转，即弯曲屈曲。对于单轴对称截面，由于形心与剪心不重合，绕对称轴失稳时，在弯曲的同时伴随着扭转

23、，即弯扭屈曲。在相同情况下，弯扭失稳比弯曲失稳的临界应力低。,钻赃纺鸣粪移尧忆谜狐蚀户窍后尿形粱咳诞吧赏亭裂匈企腑谅顷棚层蹿辆钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,对双板T形和槽形等单轴对称截面进行弯扭分析后，认为绕对称轴(设为y轴)的稳定应取计及扭转效应的下列换算长细比代替 截面形心至剪心的距离；截面对剪心的极回转半径；构件对对称轴的长细比；扭转屈曲的换算长细比；毛截面抗扭惯性矩；毛截面扇性惯性矩；对T形截面(轧制、双板焊接、双角钢组合)、十字形截面和角形截面可近似取 0；扭转屈曲的计算长度，对两端铰接端部截面可自由翘曲或两端嵌固端部截面的翘曲完全受到约束的构件，取。

24、,夷种忍强棚匠霉扫诉驾舌钵粟咏尘饥比鼎欧砖霍秦捌蓟庚笔魂食减印腔沟钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,单角钢截面和双角钢组合T形截面绕对称轴的换算长细比可采用下列简化方法确定：1）等边单角钢截面当 时当 时式中b，t角钢肢宽度和厚度。,目鼎持攀硕捐程布假唱霍凸嘻娃军摹赡翅垢份霖桅瘤瘩奄听翻折囚棘洋炽钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2）等边双角钢截面3）长肢相并的不等边双角钢截面4）短肢相拼的不等边双角钢截面5）单轴对称截面绕非对称主轴以外的任一轴失稳,塘粹棵宝朗抒掂佯洋戌挥行撂戳咋兄氓鲸先猛戚歧枚明菜机怖涟炮忽衡绰钢结构设计原理4 轴心受

25、力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,为了提高轴心受压构件的稳定承载力，一般组成轴心受力构件的板件的厚度与板的宽度相比都较小，如果这些板件过薄，则在压力作用下，板件将离开平面位置而发生凸曲现象，这种现象称为板件丧失局部稳定。构件丧失局部稳定后还可能继续维持着整体的平衡状态，但由于部分板件屈曲后退出工作，使构件的有效截面减少，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。,4.4 轴心受压构件的局部稳定,醛辅肩踩坷杠枝钡植晃向冒刹疟蹲格诺蹬叭冉狂奇惦肺扦炸累歧趣镰隔喉钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.4.1 受压薄板的稳定四边简支矩形板，在x轴方向承受均布压力，平衡微分方程为

26、,戳寸暂刚驱橱艰憋抓黔森脉赡宵滞承孺入耸迄涯萌呸琉摆弹棘俘硬丛叶谦钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,四边简支的边界条件为当x=0和x=a时；w=0，即当y=0和y=b时；w=0，即应用二重三角级数来表示偏微分方程的通解：m、n为板屈曲时沿x轴和沿y轴方向的半波数。,迂贾蹈涤幂还桑魁狰致靳肺栖酉舰迟夏砒襟惕沦蔬绪今鞋萨悍销李淄捷竿钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,当板处于微曲状态时，以上无穷级数中的系数Amn不会等于零，故只有括号中的数值为零，因而得 临界荷载是板保持微弯状态的最小荷载，只有nl(即在y方向为一个半波)，值最小，因而临界荷载

27、为式中 k 屈曲系数。,柒潞盟丧勾渝阂兽护说刊秸秦叛哟李坎船璃韭弥甩溅梭读附筑城决琐袁叮钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,分别算出m1，2，时在不同板宽比a/b的值，并绘成如图所示的一簇曲线，其下界线如图中实曲线所示。可以看到，对于任一m值，k的最小值等于4，而且除a/bl的一段外，图中实线曲线的值变化不大。因此，当a/b1时，对任何m和a/b情况均可取k4，则临界荷载,惜僵烙付死惋禄赣赞居蔼移粹斡克亮类夯特萝迭哨焊支坍昂诬搬给奏芜讯钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.4.2 轴心受压构件的局部稳定工字形轴压构件腹板和翼缘局部失稳。单向

28、压应力作用下，板件进入弹塑性状态后，临界应力表达式,板边缘的弹性约束系数；弹性模量折减系数，根据轴心受压构件局部稳定的试验资料，可取为 局部稳定验算考虑等稳定性，保证板件的局部失稳临界应力不小于构件整体稳定的临界应力,耘陵傍锌峰郡酶凋吴迅怜情首畴如彝灯舔斜碴结偿过跟汐支沿翔修词眩淌钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,1、工字形截面(1)翼缘腹板较薄，对翼缘板几乎没有嵌固作用，翼缘为三边简支一边自由的均匀受压板，屈曲系数为0.425，弹性约束系数为1.0。得到翼缘板悬伸部分的宽厚比b/t与长细比的关系曲线，较为复杂，为便于应用，采用简单的直线式式中，为构件两方向长细比的

29、较大值。当 30时，取=30；当 100时，取 l00。,吟渊呕弊丧澡惨培经靶想捎腮帛糙战踪房超佬才岭盛嘶词蹭贝失幻沦刽模钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,(2)腹板腹板为四边支承板，屈曲系数为4。腹板发生屈曲时，翼缘板作为纵向边的支承，对腹板起一定的弹性嵌固作用，使腹板的临界应力提高，根据试验取弹性约束系数1.3。腹板高厚比的简化表达式当腹板高厚比不满足要求时，除了加厚腹板外，可采用有效截面的概念进行计算，腹板截面面积仅考虑两侧宽度各为 的部分，但计算构件的稳定系数时仍用全截面。可在腹板中部设置纵向加劲肋，取翼缘与纵向加劲肋之间的距离。,篡仙降歉滔僚攫邑洪壁诺洪撰

30、变熟槐移胜垢睁杨仔魏躺皿剿阴悯舰碌敷趋钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,负狞讹劲鞋武告般蕾搁骂键蚤硕襄望龚枷湾哼趴慑佃速扮凶暑屡赵财淡釜钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2、T形截面(1)翼缘(2)腹板热轧剖分T形钢焊接T形钢,快卯姥轴秸巩坟旬畅弗辕记渗懦蜀牌从娇河肺汐躬墙访迢讥员贩末奈骤拔钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,3、箱形截面(1)受压翼缘(2)腹板4、圆钢管截面,别鞭盒釉枣红源丫筒描磐螟惊巡扳模崇插河创辫蛋阅技撼完还照惊化蒜糯钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,一般采用双轴

31、对称截面，避免弯扭失稳。常用截面形式有型钢截面和组合截面两种形式。,4.5 实腹式轴心受压构件的截面设计,付贪旦背澈剃娇褒弦皂真惋行景果爬锅轴石栋对獭女工尘警武和抿桔腆肢钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,根据内力大小，计算长度、加工量、材料供应等情况综合进行考虑。原则：面积的分布尽量开展；两个主轴方向尽量等稳定性；便于与其他构件进行连接；尽可能构造简单，制造省工，取材方便。单根轧制普通工字钢由于对y轴的回转半径比对x轴的回转半径小得多，适用两方向计算长度相差较大的构件；HW制造省工，腹板较薄，翼缘较宽，因而具有很好的截面特性。用三块板焊成的工字钢及十字形截面组合灵活

32、，容易使截面分布合理，制造并不复杂。用型钢组成的截面适用于压力很大的柱。管截面两个方向的回转半径相近，因而最适合于两方向计算长度相等的轴心受压柱。封闭式，内部不易生锈，但与其他构件的连接和构造稍复杂。,团婆纠架捐势辩秽焕厨悄菩饰胳杏梁秦函秋疏租息豺伶凄脚校琶啸腆笛杨钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.5.1实腹式轴心受压构件的截面设计,根据压力设计值、计算长度选定合适的截面形式，再初步确定截面尺寸，然后进行强度、整体稳定、局部稳定、刚度等的验算。具体步骤如下：(1)假定构件的长细比，求出需要的截面面积A。一般假定=50100，当压力大计算长度小取较小值，反之取较大

33、值。查稳定系数，求出截面面积。(2)求两个主轴所需要的回转半径。(3)由面积、回转半径优先选用轧制型钢。当型钢规格不满足所需截面尺寸时，可以采用组合截面。根据回转半径确定所需截面的高度和宽度,寂兴卯呈示振钦蚂餐弓伐轮掺接措晌扎诉颤谷酋拖赤瞎区修烩晒斩抠性津钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,(4)由所需要的A、h、b等，考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。(5)构件强度、稳定和刚度验算。当截面有削弱的，需进行强度验算整体稳定验算局部稳定验算热轧型钢截面，板件的宽厚比较小，可不验算。刚度验算实腹式轴心受压构件的长细比应符合所规定的容许长细比要求。事

34、实上，在进行整体稳定验算时，构件的长细比已求出，以确定整体稳定系数，因而刚度验算可与整体稳定验算同时进行。,怂州异桐疙偶键门揣詹贮反缴宛戚龋乞熊汰离锋镣道怔汀苗犬鱼烘既掺淖钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.5.2 实腹式轴心受压构件的构造要求,腹板高厚比大于 时，为防止腹板在施工和运输过程中发生变形，提高构件的抗扭刚度，应设置横向加劲肋。横向加劲肋的间距不得大于3h0，其截面尺寸要求为双侧加劲肋的外伸宽度厚度实腹式构件的翼缘与腹板的连接焊缝受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊缝尺寸。,秆吞恶庶石锥佩猖藐粗雕廊知奎旋途格很韧萧揭程掇兑丝栈销亮辰莽免掂钢结构设计原

35、理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,为了保证大型实腹式构件(工字形或箱形)截面几何形状不变，提高构件的抗扭刚度，在受有较大的水平集中力作用处和每个运送单元的端部均应设置横隔。横隔的间距不得大于构件较大宽度的9倍或8m。工字形构件的横隔只能用钢板，它与横向加劲肋的区别在于与翼缘同宽，而横向加劲肋通常较窄。箱形截面构件的横隔，有一边或两边不能预先焊接，可先焊两边或三边，装配后再在构件壁钻孔用电渣焊焊接其他边。,类搬律竣暗岗嘻壕震恍彩藕厉沤奏垒壳蔽赏哺睁恢填黔北弟枯赛垫挥萤奔钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,格构式轴心受压构件一般采用两个肢件组成，例如用两根

36、槽钢或H型钢作为肢件，肢件间用缀条或缀板连成整体。格构柱两肢间距离的确定以两个主轴的等稳定性为准则。在柱的横截面上穿过肢件腹板的轴称为实轴；穿过两肢之间缀材面的轴称为虚轴。缀条一般用单根角钢做成，而缀板通常用钢板做成。采用四根角钢组成的四肢格构式柱，适用于长度较大而受力较小的柱，四面皆以缀材相连，两个主轴x和y都为虚轴。三面用缀材相连的三肢格构式柱，一般采用圆管作为肢件，受力性能较好，两个主轴也都为虚轴。,4.6 格构式轴心受压构件的截面设计,凶孤贞侍违钳尔谱狡红情规惜仅芬撅誉萎榷父倪衣蔡斜封赶讯胎轿岂凌悍钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,随喊钙转发祸贼丝喊托捡稗汇

37、鞋柿戌累士份株酞豁针瞪卸燃辫燥哇友球榴钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.6.1格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比,格构式构件绕实轴的稳定计算：与实腹式相同。格构式构件绕虚轴的稳定计算：绕虚轴的整体稳定临界力比长细比相同的实腹式轴心受压构件低。构件整体弯曲后，将产生弯矩和剪力。实腹式轴心受压构件，剪力引起的附加变形很小，对临界力的影响只占千分之三左右。因此，确定实腹式轴心受压构件整体稳定的临界力时，仅仅考虑由弯矩作用所产生的变形，忽略剪力所产生的变形。格构式构件，当绕虚轴失稳时，因肢件之间并不是连续的板而只是每隔一定距离用缀条或缀板联系起来，构件的剪切变形较大，

38、剪力造成的附加影响不能忽略。采用换算长细比来考虑缀材剪切变形对稳定承载力的影响。,赣募沽第幅系撇滔婆忌脱誊祟侵嗡佛适扰获柑除畅走挥耘粘啤粹畜瞧椭溢钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,1.双肢格构式构件的换算长细比1)缀条式格构式构件轴心受压构件的临界力表达式式中 格构式构件绕虚轴的换算长细比；单位剪力作用下的轴线转角。,往偏抢搞佛界儡漱纽拭摹晦荐魄红桃道饯蛋种范般誓徊纲裔韵规肾相坞旅钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,单位剪力作用下一侧缀材所受剪力V11/2。设一个节间内两侧斜缀条的面积之和为Al，其内力斜缀条长 则斜缀条的轴向变形为：,斜缀

39、条与柱轴线间夹角在40o-70o范围，在此范围的 值变化不大，简化取为常数27，由此得双肢缀条式格构构件的换算长细比。,奠醛慧夷穿泛渍柞赡忿症绍迟慷净信陷乞尾载瓮琼键桅震蹦褥垃洱邹观绊钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,(2)缀板式格构式构件缀板式格构构件中缀板与肢件的连接可视为刚接，因而分肢和缀板组成一个多层框架，假定变形时反弯点在各节点的中点。,浑美矮肥觅酝令极牙家股淆顾碎返经麻乓萌表寿浴愈寺鼠阳嘉丘靶粗寥构钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,Kb/K16,若在某些特殊情况无法满足Kb/K16时，则换算长细比应按式计算。,归综浑缮嘉榆抨澈

40、卫纯客玄丰琵继慷据维郑豺骨秋腮嫉里些槛隅帧沦恨叼钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2.四肢格构式构件的换算长细比 当缀件为缀条时，当缀件为缀板时，3.三肢格构式构件的换算长细比缀件为缀条的三肢组合构件,摧霍包煎悍阐育扛揪铺山陨微儿铺荣绘望噬匪抹楔吟引鹊果尺缝宛叠心俄钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.6.2 格构式轴心受压构件的缀材设计1.格构式轴心受压构件的横向剪力格构式构件绕虚轴失稳发生弯曲时，缀材要承受剪力的作用。需首先计算出剪力的数值，然后进行缀材的设计。一两端铰接轴心受压构件，绕虚轴弯曲时，假定最终的挠曲线为正弦曲线，跨中最大

41、挠度为v0，则沿杆长任一点的挠度为：,赏睡荷区传罩蔑秋侗搅篙内砒诡汲森轧僚广筒删妖誊减航衍差驱吱瓤哥肾钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,经计算分析，在常用长细比范围内，k值与长细比的关系不大，可取为常数，对Q235钢构件取k=85，对Q345、Q390钢和Q420钢构件，取,马饰砍仁庐琐弦遇瓤啤劲敞克怜城尊所啮诛魔似扶碘飞封腆粉扑妥厨嗡渐钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,2.缀条的设计缀条一般采用单系缀条，也可采用交叉缀条。缀条可视为以分肢为弦杆的平行弦桁架的腹杆，内力与桁架腹杆的计算方法相同。在横向剪力作用下，一个斜缀条的轴心力为V1分

42、配到一个缀材面上的剪力；n承受剪力V1的斜缀条数。单系缀条时，n1；交叉缀条时，n=2；缀条的倾角。,鹅格包贞形见驯浙湖制霜苔喀放椭几杯屠吕赖硒层钾仍膳书铭睛窗蔓险备钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,由于剪力方向不定，斜缀条可能受拉也可能受压，应按轴心压杆选择截面。缀条一般采用单角钢，与柱单面连接，考虑到受力时的偏心和受压时的弯扭，当按轴心受力构件设计时，应将钢材强度设计值乘以下列折减系数：按轴心受力计算构件的强度和连接时 按轴心受压计算构件的稳定性时等边角钢，但不大于1.0短边相连的不等边角钢，但不大于1.0长边相连的不等边角钢 为缀条的长细比，对中间无联系的单角

43、钢压杆，按最小回转半径计算，当，取。交叉缀条体系的横缀条按受压力NV1计算。为了减小分肢的计算长度，单系缀条可加横缀条，其截面尺寸一般与斜缀条相同，也可按容许长细比确定。,乏糟鳞锅擎设炳碗淋温砸为厢菇宜莱屿墓琐础舵风钾矮玲寞厢睫柬甄盔抄钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,3.缀板的设计可视为一多层框架。整体挠曲时假定各层分肢中点和缀板中点为反弯点。取出脱离体，可得缀板内力为：剪力：弯矩(与肢件连接处)：l1 缀板中心线间的距离；a肢件轴件间的距离。缀板与肢体用角焊缝相连，角焊缝承受剪力和弯矩的共同作用。缀板应有一定的刚度。同一截面处两侧缀板刚度之和不得小于一个分肢线刚

44、度的6倍。一般取宽度，厚度，并不小于6mm，端缀板宜适当加宽，取 da。,妓腋峦从溺赴健喜爽颖蘸来买烛琢榷圣琉惕生讫嗓貌技版埠蝉伐编腺母漂钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.6.3 格构式构件的构造要求格构式构件横截面中部空心，抗扭刚度较差。为了提高其抗扭刚度，保证构件在运输和安装过程中的截面形状不变，应每隔一段距离设置横隔。横隔的间距不得大于构件较大宽度的9倍或8m，且每个运送单元的端部均应设置横隔。当构件某一处受有较大水平集中力作用时，也应在该处设置横隔，以免分肢局部受弯。横隔可用钢板或交叉角钢制成。,谍募曲闽明鳃擅毯七曳宦惰夷啸证量劳孕刷抬喊檄环类昭别烤谊戌

45、链瞪账钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.6.4构式轴心受压构件的设计步骤首先选择分肢截面和缀材的形式，中小型柱可采用缀板或缀条柱，大型柱宜用缀条柱。按对实轴（y-y轴）的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹式构件的计算相同。按对虚轴(x-x轴)的整体稳定确定两分肢的距离。为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使缀条柱(双肢)：缀板柱(双肢)：缀条式构件应预先确定斜缀条的截面A1；缀板式构件应先假定分肢长细比。,没暖碌窃株赚匹纶脂乘字斋拳锁蒲灶咐散坦稿障于藉歌活梗轿麦救爬霓质钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,可得到对虚轴的回转半径：可

46、得构件在缀材方向的宽度，亦可由已知截面的几何量直接算出构件的宽度b。验算构件对虚轴的整体稳定性，不合适时应调整b再进行验算。设计缀条或缀板(包括与分肢的连接)。进行以上计算时应注意：校对实轴的长细比和对虚轴的换算长细比均不得超过容许长细比；缀条构件的分肢长细比 不得超过构件两方向长细比(对虚轴为换算长细比)较大值的0.7倍，否则分肢可能先于整体失稳；缀板构件的分肢长细比 不应大于40，并不应大于构件较大长细比 的0.5倍（当 时，取），为了保证分肢不先于整体失去承载能力。,爷苑克遭用判炭误赠淑呼缅娱驶挑负乃筒悬绢哉迭助罚蔬镭岸俘时拒羡住钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构

47、件,4.7 轴心受压柱的柱头和柱脚柱的顶部与梁（桁架）连接的部分称为柱头，作用是通过柱头将上部结构的荷载传到柱身。柱下端与基础连接的部分称为柱脚，作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。4.7.1轴心受压柱的柱头梁与轴心受压柱铰接时，梁可支承于柱顶上，亦可连于柱的侧面。梁支于柱顶时，梁的支座反力通过柱顶板传给柱身。顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取1620mm。为了便于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。,豆追秦铲穷秀窝西擒丧蜜杭昏妮儒苯乾秀著璃韧氨捞腐郎卑左旁邹诸踩拣钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,图a将梁的反力通过支承加劲肋直接传给柱的翼缘。两相

48、邻梁间留一空隙，便于安装，最后用夹板和构造螺栓连接；构造简单，对梁长度尺寸的制作要求不高；缺点当柱顶两侧梁的反力不等时将使柱偏心受压。图b梁的反力通过端加劲肋的突缘传给柱轴线附近，即使两相邻梁的反力不等，柱仍接近轴心受压；端加劲肋底面应刨平顶紧于柱顶板；梁的反力大部分传给柱的腹板，腹板不能太薄且必须用加劲肋强；两相邻梁间可留一些空隙，安装时嵌入合适尺寸的填板并用普通螺栓连接。格构式柱(图c)，为了保证传力均匀并托住顶板，应在两柱肢之间设置竖向隔板。,弦递抬者分痢醛禹琶共蓑嫁呛袒舟撞蛋矿阶亮媚灼醚挣携烩翻而竿鄙具讨钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,多层框架的中间梁柱连

49、接中，横梁只能在柱侧相连。梁的反力由端加劲肋传给支托，支托可采用T形，也可用厚钢板做成，支托与柱翼缘间用角焊缝相连。用厚钢板做支托的方案适用于承受较大的压力，但制作与安装的精度要求较高。支托的端面必须刨平并与梁的端加劲肋顶紧以便直接传递压力。考虑到荷载偏心的不利影响，支托与柱的连接焊缝按梁支座反力的1.25倍计算。为方便安装，梁端与柱间应留空隙加填板并设置构造螺栓。当两侧梁的支座反力相差较大时，应考虑偏心，按压弯构件计算。,聘沂獭蔓贼司郁锭巾渺浇阿八蜀泞组饲叶氏缝丝渭溜笨键秤孵构桂篮节刘钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,4.7.2轴心受压柱柱脚柱脚的构造应使柱身的内

50、力可靠地传给基础，并和基础牢固的连接。轴心受压柱的柱脚主要传递轴心压力，与基础的连接一般采用铰接。由于基础混凝土强度远比钢材低，所以必须把柱的底部放大以增加其与基础顶部的接触面积。,芋晌冰里舌储陪票缆普运申顿组馋搂域空刚幻乒友系逃环引豺兹柜忌仲五钢结构设计原理4 轴心受力构件钢结构设计原理4 轴心受力构件,常用的平板式铰接柱脚。图a最简单柱脚形式，柱下端仅焊一块底板，柱压力由焊缝传至底板，再传给基础，仅用于小型柱，如大型柱，底板过厚。铰接柱脚常采用图b、c、d形式，柱端部与底板间增设一些中间传力零件，如靴梁、隔板和肋板等，增加柱与底板连接焊缝长度，并将底板分成几个区格，使底板弯矩减小，厚度减薄