钢结构基本原理四ppt课件.ppt

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精选课件,1,本章内容:

（1）轴心受力构件的强度和刚度

（2）轴心受压构件的稳定（3）轴心受压柱的设计（4）柱脚的构造与计算本章重点：

轴心受压构件的稳定本章难点：

轴心受压构件的稳定理论实腹柱、格构柱的设计,4轴心受力构件,精选课件,2,4轴心受力构件4.1概述,4.1,精选课件,3,轴心受力构件常用截面形式实腹式、格构式,4.2,精选课件,4,型钢,双角钢,1.实腹式构件截面形式,精选课件,5,组合截面,冷弯薄壁型钢,精选课件,6,2、,2.格构式构件的常用截面形式,精选课件,7,3、格构式构件缀材布置缀条、缀板,4.5,精选课件,8,轴心受力构件应满足两个极限状态：

承载力极限状态：

强度、稳定正常使用极限状态：

刚度,轴心受拉构件：

强度控制轴心受压构件：

强度、稳定必须同时满足,轴心受拉构件：

验算强度、刚度轴心受压构件：

验算强度、稳定和刚度,精选课件,9,4.2轴心受力构件的强度和刚度,4.2.1强度计算,f钢材强度设计值An构件净截面面积,N,N,N,N,精选课件,10,a）构件净截面面积计算,An取-、-截面的较小面积计算,精选课件,11,孔前传力,一个螺栓受力N/n第一排受力,孔前,孔后,N,b）摩擦型高强螺栓连接的构件,n1计算截面上的螺栓数。

n连接一侧螺栓数；,计算截面上的力为：

精选课件,12,摩擦型高强螺栓净截面强度：

摩擦型高强螺栓还应验算毛截面强度：

N-计算截面上的受到的力,精选课件,13,4.2.2刚度计算,-构件计算长度,i-截面的回转半径,-构件的最大长细比,精选课件,14,【例4-1】,精选课件,15,【解】,查得2L10010,A=219.26cm2,An=2（1926-2010）=3452mm2,AnI=2（245+402+1002-220）10=3150mm2,N=AnIf=3150215=677250N=677kN,lox=ix=35030.5=10675mm,lox=ix=35045.2=15820mm,精选课件,16,理想轴心压杆：

假定杆件完全挺直、荷载沿杆件形心轴作用,杆件在受荷之前无初始应力、初弯曲和初偏心,截面沿杆件是均匀的。

此种杆件失稳,称为发生屈曲。

4.3轴心受压构件的稳定,屈曲形式:

1）弯曲屈曲：

只发生弯曲变形,截面绕一个主轴旋转；2）扭转屈曲：

绕纵轴扭转;3）弯扭屈曲：

即有弯曲变形也有扭转变形。

4.3.1整体稳定的计算,1.整体稳定的临界应力,

（1）理想轴心压杆-屈曲准则,精选课件,17,弯曲屈曲：

双轴对称截面，单轴对称截面绕非对称轴；扭转屈曲：

十字形截面；弯扭屈曲：

单轴对称截面（槽钢，等边角钢）。

构件屈曲形式取决于截面形式、尺寸、杆件长度和杆端支承情况。

精选课件,18,欧拉临界应力,1）理想轴心压杆弹性弯曲屈曲临界应力,NE欧拉（Euler）临界力,精选课件,19,当，压杆进入弹塑性阶段。

采用切线模量理论计算。

Et-切线摸量,E为常量,因此cr不超过材料的比例极限fp,2）理想压杆的弹塑性弯曲屈曲临界应力,屈曲准则建立的临界应力,精选课件,20,

（2）实际轴心受压构件,实际轴心受压构件存在初始缺陷-初弯曲、初偏心、残余应力,精选课件,21,弹塑性阶段压力挠度曲线,有初弯曲（初偏心）时，一开始就产生挠曲,荷载，v,当NNE时，v,初弯曲（初偏心）越大,同样压力下变形越大。

初弯曲（初偏心）即使很小,也有,1）初弯曲和初偏心的影响,精选课件,22,弹塑性阶段压力挠度曲线,cr见式（4.6）-柏利公式（p80）,压力超过NA后,构件进入弹塑性阶段,塑性区,vB点是具有初弯曲压杆真正的极限承载力-“最大强度准则”-以NB作为最大承载力。

-最大强度准则,（结束）,精选课件,23,轴心压杆即使面积相同,材料相同,但截面形式不同,加工条件不同,其残余应力影响也不同-既承载力不同,柱子曲线不同。

2.轴心受压构件的柱子曲线,各国都采用多柱子曲线,我国采用4条曲线,即把柱子截面分为4类,a曲线包括的截面残余应力影响最小,相同的值,承载力大,稳定系数大；,c曲线包括的截面残余应力影响较大；,d曲线承载力最低；,cr与长细比的关系曲线称为柱子曲线，越大，承载力越低，即cr越小,稳定系数=cr/R越小。

精选课件,24,精选课件,25,3.轴心受压构件的整体稳定计算,由截面类型和,确定,根据表4.3和4.4分类,按附表4.1附表4.4查出,精选课件,26,对于第种情况的计算框图,已知荷载、截面，验算截面。

已知截面求承载力。

精选课件,27,例4.2:

验算轴心受压构件的强度、刚度和整体稳定性。

Q235钢材，热轧型钢，32a，强轴平面内一端固定,一端铰接，柱高6m,N=980KN。

【解】,截面对x轴为a类，对y轴为b类，x=0.957,y=0.712,精选课件,28,例4.3图示焊接工字形截面轴压柱，在截面有两个M20的C级螺栓孔，并在跨中有一侧向支撑，该杆能承担多大外荷载？

已知：

钢材Q235-AF，,精选课件,29,解：

所以,（结束）,精选课件,30,4.3.2局部稳定,图4.11,精选课件,31,由弹性稳定理论，板件的临界应力：

等稳定条件：

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力,由此确定宽厚比限值b/t,采用等稳定准则：

精选课件,32,

（1）翼缘（三边简支一边自由）,当小于30时，取30；当大于100时，取100,t,tw,-两方向长细比的较大值,上面条件不满足时加大厚度t,精选课件,33,

（2）腹板（四边简支）,当小于30时，取30；当大于100时，取100,t,tw,精选课件,34,腹板不满足局部稳定要求时可设置加劲肋,图4.19,精选课件,35,4.4轴心受压构件的设计,4.4.1实腹柱设计,1、截面形式,精选课件,36,截面设计的原则,

（1）截面尽量开展；

（2）两主轴方向等稳；（3）便于连接；（4）构造简单，制造省工，取材方便。

2、截面设计,假设（50-100）由查,

（1）初选截面面积,压力大、l0小，取小值；,型钢：

工字钢回转半径小，取大值；H型钢回转半径大，取小值；组合截面也取得小一些。

精选课件,37,（3）型钢构件由A、ix、iy选择型钢号，进行验算；焊接截面由ix、iy求两个方向的尺寸,

（2）求两个主轴所需的回转半径,（结束）,精选课件,38,精选课件,39,精选课件,40,局部稳定验算,刚度验算,整体稳定验算,强度验算,热轧型钢,可不验算局稳。

截面无削弱可不验算强度。

精选课件,41,3.构造要求,当设横向加劲肋,间距，宽度,厚度,a,tw,bs,腹板与翼缘焊缝,hf=4-8mm,精选课件,42,实腹柱设计,精选课件,43,精选课件,44,X,y,X,y,X,精选课件,45,【解】,设=90,对x轴a类,对y轴b类,选I56a,A=135cm2,ix=22.0cm,iy=3.18cm.,精选课件,46,

（2）截面验算,刚度,整体稳定,截面无削弱，不验算强度；热轧型钢，不验算局稳。

精选课件,47,设=60,b/h0.8,对x轴、对y轴b类,精选课件,48,

（2）截面验算,刚度,整体稳定,精选课件,49,设=60,参H型截面，翼缘2-25014，腹板2508,精选课件,50,精选课件,51,（3）局部稳定,翼缘板：

腹板：

（4）构造,不设加劲肋,腹板与翼缘焊缝,hf=6mm,（结束）,精选课件,52,二、格构柱设计,1格构柱的截面形式,4.4.2轴心受压构件的设计,精选课件,53,X轴-虚轴,X,y,y,X轴-虚轴,y轴-实轴,精选课件,54,2.格构柱绕虚轴的换算长细比,N,V,V,V,V,绕虚轴的承载力低，加大长细比。

在剪力作用下，缀板柱：

刚架；缀条柱：

桁架。

绕虚轴的稳定性比具有同样长细比的实腹柱差。

绕虚轴弯曲产生横向剪力，由缀材承担。

缀板柱,缀条柱,实腹柱,精选课件,55,A1两个缀条截面面积。

x双肢对x轴的长细比；,0x换算长细比；,A柱的毛截面面积；,

（1）双肢缀条柱,精选课件,56,

（2）双肢缀板柱,1分肢长细比，1=l01/i1，i1-分肢弱轴的回转半径，l01缀板间净距。

精选课件,57,3缀材设计,

（1）轴心受压格构柱的横向剪力,N,V,A柱的毛截面面积；,f钢材强度设计值；,fy钢材的屈服强度；,精选课件,58,一个缀材面上的剪力,一个缀条的内力,4.20）。

内力弯曲可能或左或右，剪力方向变化，缀条或拉或压。

按受压计算。

（2）缀条的设计,精选课件,59,强度折减单角钢有偏心，受压时产生扭转。

斜缀条对最小刚度轴的长细比，20时,取=20,l01-斜缀条长度.,按轴压构件计算,按轴心受力计算构件的强度和连接时，=0.85。

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：

=0.70,精选课件,60,横缀条交叉缀条体系：

按承受压力N=V1计算;单系缀条体系：

主要为减小分肢计算长度,取和斜缀条相同的截面。

精选课件,61,（3）缀板设计,1）确定,假设10.5max，140,2）计算内力按多层刚架计算,反弯点在中点。

精选课件,62,剪力,弯矩,2）计算内力,20-30mm,（结束）,精选课件,63,3）计算缀板的强度和连接,4）缀板尺寸,I1分肢截面对1-1的惯性矩。

精选课件,64,3格构柱的设计步骤,由,查,设,选槽钢型号,精选课件,65,缀板柱：

设140或0.5y,（4）设计缀条或缀板.,缀条柱：

选缀条A10.1A,精选课件,66,单肢的稳定,

（1）,

（2）,缀条柱分肢长细比,（3）,缀板柱分肢长细比,10.5max140,max50,精选课件,67,压柱计算框图格构式轴心受,精选课件,68,三、柱的横隔,沿柱身8m或9b设置,每运送单元端部均应设置,精选课件,69,精选课件,70,

（1）对实轴,设y=70,b类,图4.35例4.4图,例4.5设计一缀板柱,柱高6m，两端铰接，轴心压力为1000kN（设计值），钢材为Q235钢,截面无孔眼削弱.试分别设计一缀条柱和一缀板柱.,解,柱的计算长度为lox=loy=6m.,选用222a,A=63.6cm2,iy=8.67cm.,精选课件,71,验算整体稳定性,查得,

（2）对虚轴确定柱宽,假定1=35（约等于0.5y）,图4.35例4.4图,精选课件,72,验算对虚轴的稳定性,图4.35例4.4图,精选课件,73,（3）缀板和横隔,a）缀板间距,图4.35例4.4图,选用1808，,采用l1=96cm。

b）验算缀板线刚度,分肢,缀板,c）缀板与分肢的连接,精选课件,74,一侧剪力,缀板与分肢连接处内力为,取hf=6mm，采用lw=180mm。

剪应力：

弯矩M产生的应力（垂直焊缝长度方向）：

精选课件,75,图4.36缀板柱简图,横隔采用钢板，间距应小于9倍柱宽（即923=207cm）。

合应力：

（结束）,精选课件,76,某缀板式轴压柱由两槽钢220a组成,Q235-AF,柱高为7m,两端铰接,在柱中间设有一侧向支撑,l0x=7m,l0y=3.5m,全截面的回转半径iy=7.86cm,f=215N/mm2,试确定其确定最大承载力设计值（已知单个槽钢20a的几何特性:

=28.84cm2,I1=128cm4,）,精选课件,77,解：

精选课件,78,荷载：

梁支承加劲肋柱翼缘。

调整定位后，用螺栓固定。

4.5柱头和柱脚,4.5.1梁与柱的连接,图4.37梁与柱的铰接连接,（a）,精选课件,79,荷载：

突缘加劲肋短肋腹板,焊缝2,焊缝1和承压,焊缝1按N/2计算,焊缝2（2条）按N/2和M=Nbl/4计算,图4.37梁与柱的铰接连接,（b）,精选课件,80,设隔板-支撑顶板,焊缝按中心荷载计算,图4.37梁与柱的铰接连接,（c）,精选课件,81,图4.37梁与柱的铰接连接,（d）,（e）,精选课件,82,4.5.2柱脚,柱脚的构造应使柱身的内力可靠地传给基础，并和基础有牢固的连接.,图4.38平板式铰接柱脚,（b）,（a）,图4.39平板式柱脚,精选课件,83,图4.38平板式铰接柱脚,（c）,（d）,精选课件,84,底板的面积,底板的厚度,底板的厚度通常为20-40mm，不得小于14mm,

（1）底板的计算,图4.40底板的计算,精选课件,85,单位宽度上的最大弯矩,四边支撑板,三、二边支撑板,一边支撑板,q=N/An作用于底板上的压力,系数,由b1/a1查表4.8,系数,由b/a查表4.7,图4.40底板的计算,精选课件,86,靴梁可作为承受底面焊缝传来的均布力并支承于柱边的双悬臂简支梁计算。

靴梁的高度由其与柱边连接所需的焊缝长度确定。

靴梁的厚度比柱翼缘厚度略小。

隔板可作为支承于靴梁上的简支梁，荷载按图中阴影面积的底板反力计算。

隔板的厚度不得小于其宽度的1/50，与靴梁等厚或略薄，高度比靴梁略小。

肋板可按悬臂梁计算，荷载为图中阴影部分的底板反力。

（2）靴梁的计算,（3）隔板与肋板的计算,精选课件,87,例4.5设计柱脚。

轴心压力设计值为1700kN,柱脚钢材为Q235钢,焊条E43型。

基础砼采用C15，其抗压强度设计值fc=7.2N/mm2。

图4.42例4.5图,图4.39平板式柱脚,（a）,（b）,精选课件,88,解,采用右图所示柱脚形式。

1、底板尺寸,需要的底板净面积：

采用宽为450mm，长为600mm的底板，毛面积为450600=270000mm2，减去锚栓孔面积，大于所需净面积。

图4.42例4.5图,基础对底板的压应力为：

精选课件,89,底板的区格有三种，现分别计算其单位宽度的弯矩。

区格为四边支承板,区格为三边支承板,区格为悬臂部分,这三种区格的弯矩值相差不大，不必调整底板平面尺寸和隔板位置。

最大弯矩为：

精选课件,90,2、隔板计算,将隔板视为两端支于靴梁的简支梁，其线荷载为：

底板厚度：

，取t=24mm。

隔板与底板的连接（仅考虑外侧一条焊缝）为正面角焊缝,。

取,，焊缝强度计算：

隔板与靴梁的连接（外铡一条焊缝）为侧面角焊缝，所受,隔板的支座反力为：

1280,精选课件,91,设,，求焊缝长度（即隔板高度）：

取隔板高270mm，设隔板厚度t=8mmb/50=278/50=5.6mm。

验算隔板抗剪、抗弯强度：

精选课件,92,3、靴梁计算,靴梁与柱身的连接（4条焊缝），按承受柱的压力N=1700kN。

计算，此焊缝为侧面角焊缝，设，求其长度：

取靴梁高400mm。

靴梁作为支承于柱边的悬伸梁，设厚度t=10mm，验算其抗剪和抗弯强度。

mm,精选课件,93,靴梁与底板的连接焊缝和隔板与底板的连接焊缝传递全部柱的压力，设焊缝的焊脚尺寸均为。

所需的焊缝总计算长度应为：

显然焊缝的实际计算总长度已超过此值。

柱脚与基础的连接按构造采用两个20mm的锚栓。

精选课件,94,6格构柱的设计,设,选槽钢型号,y,y,设,b,缀板柱：

设140或0.5y,缀条柱：

选缀条A10.1A,（4）设计缀条或缀板.,感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！