钢结构拉弯与压弯构件计算课件

设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算1了解拉弯和了解拉弯和压弯构件的构造特点和构造要求。弯构件的构造特点和构造要求。2掌握拉弯和掌握拉弯和压弯构件的破坏形式和弯构件的破坏形式和计算方法。算方法。5.1概述概述5.2拉弯和拉弯和压弯构件的弯构件的强度度5.3压弯构件的整体弯构件的整体稳定定5.4压弯构件的局部弯构件的局部稳定定本章目录本章目录基本要求基本要求1了解拉弯和压弯构件的构造特点和构造要求。5.1概述本设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算第第5.15.1节节 概述概述1.拉弯构件拉弯构件2.压弯构件弯构件1.建立拉弯构件与建立拉弯构件与压弯构件的概念弯构件的概念 2.了解了解设计计算的内容算的内容 本节目录本节目录基本要求基本要求第5.1节概述1.拉弯构件1.建立拉弯构件与压弯构件设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算5.1.1 5.1.1 拉弯构件拉弯构件承承受受轴轴心心拉拉力力和和弯弯矩矩共共同同作作用用的的构构件件称称为为拉拉弯弯构构件件，它它包包括括偏偏心心受受拉拉构构件件（图图5.1.1a5.1.1a）和和有有横横向向荷荷载载作作用用的的拉拉杆杆（图图5.1.1b5.1.1b）。钢钢屋屋架架的的下下弦弦杆杆节节间间有有横横向向荷荷载载就就属属于于拉拉弯弯构件。钢结构中拉弯构件应用较少。构件。钢结构中拉弯构件应用较少。对对于于拉拉弯弯构构件件，如如果果弯弯矩矩不不大大而而主主要要承承受受轴轴心心拉拉力力作作用用时时，它它的的截截面面形形式式和和一一般般轴轴心心拉拉杆杆一一样样。弯弯矩矩很很大大时时则则应应在在弯矩作用的平面内采用较高大的截面。弯矩作用的平面内采用较高大的截面。在在拉拉力力和和弯弯矩矩的的共共同同作作用用下下，截截面面出出现现塑塑性性铰铰即即视视为为承承载载能能力力的的极极限限。但但对对格格构构式式构构件件或或冷冷弯弯薄薄壁壁型型钢钢构构件件，截截面面边边缘缘出出现现塑塑性性即即已已基基本本上上达达到到强强度度的的极极限限。一一般般情情况况下下，拉拉弯弯构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。5.1.1拉弯构件承受轴心拉力和弯矩共同作设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算图图5.1.1 拉弯构件动画拉弯构件动画图5.1.1拉弯构件动画设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算5.1.2 5.1.2 压弯构件压弯构件 图图5.1.2a5.1.2a承承受受偏偏心心压压力力作作用用的的构构件件，图图5-1-2b5-1-2b有有横横向向荷荷载载作作用用的的压压杆杆及及图图5.1.2c5.1.2c有有端端弯弯矩矩作作用用的的压压杆杆，都都属属于于压压弯弯构构件件。该该类类构构件件应应用用十十分分广广泛泛，如如有有节节间间荷荷载载作作用用的的屋屋架架的的上上弦弦杆杆，厂厂房房的的框框架架柱柱，高高层层建建筑筑的的框框架架柱柱和和海海洋洋平平台台的的立立柱等均属于压弯构件。柱等均属于压弯构件。对对于于压压弯弯构构件件，当当承承受受的的弯弯矩矩很很小小而而轴轴心心压压力力很很大大时时，其其截截面面形形式式和和一一般般轴轴心心受受压压构构件件相相同同。当当构构件件承承受受的的弯弯矩矩相相对对较较大大时时，除除了了采采用用截截面面高高度度较较大大的的双双轴轴对对称称截截面面外外，有有时时还采用单轴对称截面（图还采用单轴对称截面（图5.1.35.1.3），以获得较好的经济效果。），以获得较好的经济效果。压弯构件截面形式有压弯构件截面形式有实腹式实腹式和和格构式格构式两种。两种。5.1.2压弯构件图5.1.2a承受偏心压力作用设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算图图5-1-2 压弯构件压弯构件图5-1-2压弯构件设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算图图5.1.3 截面形式截面形式 压压弯弯构构件件整整体体破破坏坏的的形形式式有有以以下下三三种种：（1 1）因因端端部部弯弯矩矩很很大大或或有有较较大大削削弱弱而而发发生生强强度度破破坏坏，（2 2）在在弯弯矩矩作作用用平平面面内内发生发生弯曲屈曲弯曲屈曲，（，（3 3）在弯矩作用平面外发生）在弯矩作用平面外发生弯扭屈曲弯扭屈曲。组成截面的组成截面的板件板件在压应力作用下也可能发生在压应力作用下也可能发生局部屈曲局部屈曲。图5.1.3截面形式压弯构件整体破坏的形式有以下三设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算第第5.25.2节节 拉弯和压弯构件的强度拉弯和压弯构件的强度1.拉弯和拉弯和压弯构件的弯构件的强度和度和刚度度计算算1.掌握拉弯和掌握拉弯和压弯构件的弯构件的强度和度和刚度度计算公式。算公式。本节目录本节目录基本要求基本要求第5.2节拉弯和压弯构件的强度1.拉弯和压弯构件的强度和设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算式中：式中：N设计荷载引起的轴心力；设计荷载引起的轴心力；Mx、My分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；5.2.1 5.2.1 拉弯和压弯构件的强度和刚度计算拉弯和压弯构件的强度和刚度计算 拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件同时受轴心力和弯矩同时受轴心力和弯矩的共同作用，截面的共同作用，截面上的上的应力分布应力分布是是不均匀不均匀的。按照的。按照钢结构设计规范钢结构设计规范的要求，的要求，应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在1/8-1/4截面高截面高度范围）为度范围）为强度极限状态强度极限状态。由此可得强度验算公式为：。由此可得强度验算公式为：式中：N设计荷载引起的轴心力；设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算 An、Wnx、Wny分别是构件的净截面面积和两个主分别是构件的净截面面积和两个主平面的净截面抵抗矩。平面的净截面抵抗矩。拉弯和压弯构件的拉弯和压弯构件的刚度计算刚度计算和轴心受力构件相同，按下和轴心受力构件相同，按下式验算：式验算：x、y分别是截面在两个主平面内的分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展系截面塑性发展系数数，需要验算疲劳时，应取，需要验算疲劳时，应取 ；An、Wnx、Wny分别是构件的净截面设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算第第5.35.3节节 压弯构件的整体稳定压弯构件的整体稳定1.实腹式腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定定计算算2.实腹式腹式压弯构件在弯矩作用平面外的整体弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定定计算算3.格构式格构式压弯构件的整体弯构件的整体稳定定计算算1.1.理解理解实腹式腹式压弯构件的整体弯构件的整体稳定性的概念定性的概念 2.了解在弯矩作用平面内与弯矩作用平面外失了解在弯矩作用平面内与弯矩作用平面外失稳破坏的情况与破坏的情况与验算方法算方法 本节目录本节目录基本要求基本要求第5.3节压弯构件的整体稳定1.实腹式压弯构件在弯矩作用设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算5.3.1.1 5.3.1.1 压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的确定压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的确定（1）边缘纤维屈服准则（2）极限承载能力准则方法有：1.根据力学模型，采用近似方法求解；2.试验统计法，根据大量试验数据用数理统计的方法确定。5.3.1 5.3.1 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定计算5.3.1.1压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的确设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算5.3.1 5.3.1 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定计算5.3.1.2 5.3.1.2 压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的实用相关公式压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的实用相关公式规范给出的实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定性验算公式：式中N轴向压力；所计算构件段范围内的最大弯矩。轴心受压构件的整体稳定系数。最大受压纤维的毛截面模量。参数，等效弯矩系数，应按下列规定采用：5.3.1实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定计算5.设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算5.3.2 5.3.2 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定计算实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定计算5.3.1.2 5.3.1.2 压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的实用相关公式压弯构件在弯矩作用平面内稳定承载能力的实用相关公式规范给出的压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定性验算公式：式中N所计算构件段范围内的轴心压力；所计算构件段范围内的最大弯矩。弯矩作用平面外的轴心受压构件的整体稳定系数。均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，见附录4。截面影响系数，闭口截面取0.7，其他截面取1.0等效弯矩系数。5.3.2实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定计算5.设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算第第5.45.4节节 压弯构件的局部稳定压弯构件的局部稳定1.翼翼缘板的板的宽厚比厚比2.腹板的腹板的宽厚比厚比本节目录本节目录基本要求基本要求1.1.压弯构件的局部弯构件的局部稳定性的概念定性的概念 第5.4节压弯构件的局部稳定1.翼缘板的宽厚比本节目录设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算（1）工字形截面：式中压弯构件受压翼缘板的自由外伸宽度；压弯构件受压翼缘板的厚度。（2）箱形截面：式中箱形截面压弯构件受压翼缘板在两腹板之间的无支撑宽度；箱形截面压弯构件受压翼缘板的厚度。5.4.1 5.4.1 翼缘板的宽厚比翼缘板的宽厚比（1）工字形截面：5.4.1翼缘板的宽厚比设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算（1）工字形及H形截面的腹板：当时当时式中压弯构件在弯矩作用平面内的长细比，当100时，取100.5.4.2 5.4.2 腹板的宽厚比腹板的宽厚比（1）工字形及H形截面的腹板：5.4.2腹板的宽厚比设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算（2）箱形截面的腹板：规范规定其值不应超过式（5.26a）或式（5.26b）右侧乘以0.8后算得的值。当此值小于时，应采用。5.4.2 5.4.2 腹板的宽厚比腹板的宽厚比（3）箱形截面的腹板：1.弯矩使腹板自由边受拉时；热轧剖分T型钢焊接T型钢（2）箱形截面的腹板：5.4.2腹板的宽厚比（3）箱形截面设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第五章 拉弯与压弯构件计算拉弯与压弯构件计算2.弯矩使腹板自由边受压时：当时当时（4）圆管截面规范规定，圆管截面其内外径与壁厚之比不应超过。5.4.2 5.4.2 腹板的宽厚比腹板的宽厚比2.弯矩使腹板自由边受压时：5.4.2腹板的宽