钢结构轴心受力构件.ppt

钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆1.了解轴心受力构件的构了解轴心受力构件的构造特点和计算内容。造特点和计算内容。2.掌握轴心受力构件的强掌握轴心受力构件的强度和刚度计算方法。度和刚度计算方法。3.掌握轴压构件的整体稳掌握轴压构件的整体稳定和局部稳定计算。定和局部稳定计算。4.掌握轴心受压柱的设计掌握轴心受压柱的设计方法。方法。5.1 5.1 钢柱与钢压杆的应用和构造形式钢柱与钢压杆的应用和构造形式5.2 5.2 钢柱与钢压杆的强度和刚度钢柱与钢压杆的强度和刚度5.3 5.3 轴心受压实腹构件的稳定性轴心受压实腹构件的稳定性5.4 5.4 轴心受压实腹柱设计轴心受压实腹柱设计5.5 5.5 轴心受压格构柱设计轴心受压格构柱设计本章目录本章目录基本要求基本要求 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.1钢柱与钢压杆的应用和构造形式钢柱与钢压杆的应用和构造形式1.1.轴心受力构件的应用轴心受力构件的应用2.2.轴心受力构件类型轴心受力构件类型3.3.轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式4.4.轴心受力构件的计算内容轴心受力构件的计算内容了解轴心受力构件的类型、应用。了解轴心受力构件的类型、应用。本节目录本节目录基本要求基本要求掌握计算内容掌握计算内容 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.1.1 5.1.1 轴心受力构件的应用轴心受力构件的应用 轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。作用的构件。图图1桁架桁架 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图2 网架网架图图3 塔架塔架 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 图图4临时天桥临时天桥 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图5 固定天桥固定天桥 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图6 脚手架脚手架 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图7 桥桥 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受拉轴心受拉：桁架、拉杆、网架、塔架（二力杆）：桁架、拉杆、网架、塔架（二力杆）轴心受压轴心受压：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱 5.1.2 5.1.2 轴心受力构件类型轴心受力构件类型 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 轴心受力构轴心受力构件常用的截面形件常用的截面形式可分为实腹式式可分为实腹式与格构式两大与格构式两大类。类。5.1.3 5.1.3 轴心受力构件截面形式轴心受力构件截面形式图图8实腹式柱实腹式柱y yy yx xx x柱脚柱脚柱身柱身柱头柱头 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 截面由两个截面由两个或多个型钢肢件或多个型钢肢件通过缀材连接而通过缀材连接而成。成。图图9 格构式柱格构式柱柱脚柱脚柱身柱身柱头柱头缀板柱缀板柱缀条柱缀条柱l1缀板缀板l01柱肢柱肢l01=l1y yy yx xx x(虚轴虚轴)(实轴实轴)(实轴实轴)y yy yx xx x(虚轴虚轴)钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图10 格构式柱实例格构式柱实例缀条柱缀条柱缀板柱缀板柱 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图11 实腹式截面实腹式截面 图图12 格构式截面格构式截面 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.1.4 5.1.4 轴心受力构件的计算内容轴心受力构件的计算内容轴心受力构轴心受力构件件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件强度强度 （承载能力极限状态）（承载能力极限状态）刚度刚度 （正常使用极限状态）（正常使用极限状态）强度强度刚度刚度 （正常使用极限状态）（正常使用极限状态）稳定稳定（承载能力极限状态）（承载能力极限状态）钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆第第5.25.2节节 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度1.1.强度计算强度计算2.2.刚度计算刚度计算掌握轴心受力构件强度和刚度的计算方法掌握轴心受力构件强度和刚度的计算方法 本节目录本节目录基本要求基本要求 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.2.1 5.2.1 强度计算强度计算 轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则。强度作为强度计算准则。对无削弱截面，以全截面平均应力达到屈服强度为对无削弱截面，以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态强度极限状态 ，则，则(41)NfA N轴心力设计值；轴心力设计值；A构件的毛截面面积；构件的毛截面面积；f钢材抗拉或抗压强度设计值。钢材抗拉或抗压强度设计值。钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 对有孔洞等削弱截面，以净截面平均应力达到屈服对有孔洞等削弱截面，以净截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态强度为强度极限状态 ，则，则n(42)NfA An构件的净截面面积构件的净截面面积 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.2.2 5.2.2 刚度计算刚度计算通过限制长细比来保证，即通过限制长细比来保证，即0(44)li max构件的最大长细比构件的最大长细比 l0构件计算长度，取决于其两端支承情况构件计算长度，取决于其两端支承情况 i截面回转半径截面回转半径 容许长细比容许长细比 maxmax 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆当构件的长细比太大时，会产生下列不利影响：当构件的长细比太大时，会产生下列不利影响：（1 1）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（2 2）使用过程中因自重而发生挠曲变形；）使用过程中因自重而发生挠曲变形；（3 3）在动力荷载作用下发生较大的振动；）在动力荷载作用下发生较大的振动；（4 4）压杆的长细比过大时，除具有前述各种不利因素）压杆的长细比过大时，除具有前述各种不利因素外，还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自外，还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5.3 5.3 轴心受压实腹构件的稳定性轴心受压实腹构件的稳定性1.1.整体稳定计算整体稳定计算2.2.局部稳定计算局部稳定计算掌握轴心受压构件整体稳定和局部稳定的掌握轴心受压构件整体稳定和局部稳定的验算验算方法方法 本节目录本节目录基本要求基本要求 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆1 1、理想轴心受压构件的失稳形式、理想轴心受压构件的失稳形式 钢结构中理想的轴心受压构件的失稳，也叫发生屈钢结构中理想的轴心受压构件的失稳，也叫发生屈曲。理想的轴心受压构件有三种屈曲形式，即：弯曲屈曲。理想的轴心受压构件有三种屈曲形式，即：弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲。曲，扭转屈曲，弯扭屈曲。5.3.1 5.3.1 整体稳定的计算整体稳定的计算 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 （1 1）弯曲屈曲）弯曲屈曲只发生弯曲变形，截面只绕一个只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式。见的失稳形式。图图14 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆图图15整体弯曲屈曲实例整体弯曲屈曲实例 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 （2 2）扭转扭转屈曲屈曲失稳时除杆件的支撑端外，各截失稳时除杆件的支撑端外，各截面均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳面均绕纵轴扭转，是某些双轴对称截面可能发生的失稳形式形式。图图16 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 （3 3）弯扭屈曲）弯扭屈曲单轴对称截面绕对称轴屈曲时，单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。图图17 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 理想轴心受压构件理想轴心受压构件可能发生可能发生的的屈曲屈曲形式形式与截面特点与截面特点有关，一般情况下：有关，一般情况下：（1 1）双对称轴截面，如工字型、箱型截面，绕对称）双对称轴截面，如工字型、箱型截面，绕对称轴失稳形式为弯曲轴失稳形式为弯曲屈曲屈曲，而，而“十十”字型截面还有可能发字型截面还有可能发生扭转失稳。生扭转失稳。（2 2）单对称轴截面）单对称轴截面 绕对称轴弯扭绕对称轴弯扭屈曲屈曲 绕非对称轴弯曲绕非对称轴弯曲屈曲屈曲 （3 3）无对称轴截面）无对称轴截面 弯扭弯扭屈曲屈曲 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆 对实腹式构件剪切变形的影响较小，可忽略不计，对实腹式构件剪切变形的影响较小，可忽略不计，即得欧拉临界力和临界应力：即得欧拉临界力和临界应力：2222(47)crEEIEANNl22(48)crEE 上式中，假定材料满足虎克定律，上式中，假定材料满足虎克定律，E为常量，因此为常量，因此当截面应力超过钢材的比例极限当截面应力超过钢材的比例极限 fp 后，欧拉临界力公式后，欧拉临界力公式不再适用不再适用。2 2、理想轴心压杆的弹性弯曲屈曲计算公式、理想轴心压杆的弹性弯曲屈曲计算公式 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆3 3、初始缺陷、加工条件和截面形式对压杆稳定都有影响、初始缺陷、加工条件和截面形式对压杆稳定都有影响初始缺陷初始缺陷几何缺陷：初弯曲、加载初偏心等几何缺陷：初弯曲、加载初偏心等力学缺陷：残余应力、材料不均匀等力学缺陷：残余应力、材料不均匀等加工条件和截面形式加工条件和截面形式 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆4 4、轴心受压构件的柱子曲线、轴心受压构件的柱子曲线 压杆失稳时临界应力压杆失稳时临界应力cr与长细比与长细比之间的关系曲线之间的关系曲线称为柱子曲线。称为柱子曲线。规范将这些曲线分成四组，也就是将分布带分成四规范将这些曲线分成四组，也就是将分布带分成四个窄带，取每组的平均值曲线作为该组代表曲线，给出个窄带，取每组的平均值曲线作为该组代表曲线，给出a、b、c、d四条柱子曲线。四条柱子曲线。钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆我国的柱子曲线我国的柱子曲线 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆5 5、轴心受压构件的整体稳定计算、轴心受压构件的整体稳定计算 轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面应力不大于临界应力，考虑抗力分项系数应力不大于临界应力，考虑抗力分项系数R后，即后，即为：为：ycrcrRyRfNfAf NfA 即：cry/f 稳定系数，可按截面分类和构件 长细比查表得到。钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆公式使用说明：公式使用说明：（1 1）截面分类，查表可得，如下：）截面分类，查表可得，如下：表表1 1 轴心受压构件截面分类（板厚轴心受压构件截面分类（板厚t40mm）a a类类 a a类类b b类类a a类类对对y y轴轴对对x x轴轴截面形式截面形式x xx xy yy yx xy yh hb b轧制，轧制，b/h0.8b/h0.8b b类类 b b类类 x xy yh hb b轧制，轧制，b/hb/h0.80.8焊接焊接x xx xy yy y轧制轧制 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆b b类类b b类类 焊接，焊接，翼缘为焰切翼缘为焰切边边轧制等轧制等边角钢边角钢x xx xy yy yx xx xx xy yy yx xy yy yx xx xy yy yx xy yx xx xy yy yx xx xy yy y对对y y轴轴对对x x轴轴截面形式截面形式轧制、焊接轧制、焊接板件宽厚比板件宽厚比大于大于2020 x xy yx xy yx xy y轧制或轧制或焊接焊接轧制截面和翼轧制截面和翼缘为焰切边的缘为焰切边的焊接截面焊接截面y yx xx xy y焊接，板件焊接，板件边缘焰切边缘焰切x xx xy yy y 钢柱与钢压杆钢柱与钢压杆对对y y轴轴对对x x轴轴截面形式截面形式c c类类 c c类类c c类类b b类类焊接，翼缘为焊接，翼缘为轧制或剪切边轧制或剪切边x xx xy yy yx xx xy yy yx xx xy yy y焊接，翼缘为焊接，翼缘为轧制或剪切边轧制或剪切边x xy yx xy y焊接，板件焊接，板件宽厚比宽厚比2020 x xy yx xy yy yx xx xy yx xy y焊接焊接b b类类b b类类格构式格构式x xy yy yx xy yx xy yx