钢结构构件的截面承载能力课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,钢结构构件的截面承载能力课件,*,第3章 构件的截面承载力,3.构件的截面承载能力,3.1,轴心受力构件的强度及截面选择,3.2,梁的类型及强度,3.3,3.4,按强度选择梁截面,3.5,梁的内力重分布和塑性设计,3.6,拉弯、压弯构件的应用和强度设计,钢结构构件的截面承载能力课件,第3章,构件的截面承载力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,一、轴心受力构件的应用,轴心受拉构件,：桁架拉杆、网架、塔架,轴心受压构件,：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱,承载力极限状态： 强度、稳定,正常使用极限状态：刚度,3.1.1 轴心受力构件的应用及截面形式,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,轴心受力构件应满足两个极限状态：,钢结构构件的截面承载能力课件,实腹式构件,：型钢截面,焊接截面,二、轴心受力构件的截面形式,格构式构件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,热轧型钢截面,热轧型钢截面,钢结构构件的截面承载能力课件,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,冷弯薄壁型钢截面,冷弯薄壁型钢截面,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,型钢和钢板的组合截面,实腹式组合截面,格构式组合截面,钢结构构件的截面承载能力课件,二、轴心受力构件的截面形式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,对截面形式的要求,能提供强度所需要的截面积,制作比较简便,便于和相邻的构件连接,截面开展而壁厚较薄,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1.2 轴心受拉构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,承载极限,： 截面平均应力达到fu ，但缺少安全储备,毛截面平均应力达fy ，结构变形过大,计算准则,：,毛截面平均应力不超过,f,y,钢材的应力应变关系,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1.2 轴心受拉构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,应力集中现象,孔洞处截面应力分布,(,a,) 弹性状态应力 (,b,) 极限状态应力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1.2 轴心受拉构件的强度,设计公式,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,！,对高强螺栓摩擦型连接，净截面强度验算要考虑孔前传力的影响。,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1.3 轴心受压构件的强度,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,强度计算与轴心受拉一样，一般其承载力由稳定控制,3.1.4索的受力性能和强度计算-采用容许应力法,钢结构构件的截面承载能力课件,a）构件净截面面积计算,A,n,取-、-截面的较小面积计算,(a),(b),(c),(d),图4.8 净截面面积计算,钢结构构件的截面承载能力课件,关于净截面面积,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,构件净截面上所受的力应扣去已传走的力,孔前传力,由于摩擦型连接高强度螺栓是靠摩擦力传力的，,每个螺栓所传的力已由摩擦力在螺栓孔前传走。,用摩擦型连接高强度螺栓连接的构件，存在,孔前传力,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,b）摩擦型高强螺栓连接的构件,孔前传力,N,N,钢结构构件的截面承载能力课件,一个螺栓受力,N/n,第一排受力 ；,孔前:,孔后:,n,1,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：,N,n,n,1,N,n,n,1,2,1,N,n,n,1,2,1,钢结构构件的截面承载能力课件,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,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.1 轴心受力构件的强度及截面选择,第3章,构件的截面承载力,例3.2、如图所示一焊接工字形轴心受压柱的截面，承受的轴心压力设计值N=4500kN（包括柱自重），翼缘钢板为火焰切割边，每块翼缘板上设有两个直径为24毫米的螺栓孔。钢板为Q235-B钢，验算此柱截面。,钢结构构件的截面承载能力课件,例3-3,图示一有中级工作制吊车的厂房屋架的双角钢拉杆，截面为210010，角钢上有交错排列的普通螺栓孔，孔径d=20mm。试计算此拉杆所能承受的最大拉力。钢材为Q235钢。,(c),钢结构构件的截面承载能力课件,查得210010,2,/,215,mm,N,f,=,A,=219.26,cm,2,A,n,= 2 (1926 - 2010)=3452,mm,2,A,n,I,= 2,(2,45+ 40,2,+100,2,- 2,20）,10=3150,mm,2,N=A,n,I,f,=3150215=677250N=677 kN,解：,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,3.2.1梁的类型,梁,承受,横向荷载,的实腹式受弯构件。,桁架,承受,横向荷载,的格构式受弯构件。,钢结构构件的截面承载能力课件,实腹式受弯构件-梁,图5.1 梁的截面形式,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,图5.2 工作平台梁格布置示例,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,图5.3 梁格形式,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,格构式受弯构件-桁架,简支梁式、刚架横梁式、连续式、伸臂式、悬臂式,图5.4 梁式杵架的形式,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,按,制作方式,分：型钢梁和组合梁,钢梁类型,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,楔形梁,按,梁截面沿长度有无变化,分：等截面梁和变截面梁,蜂窝梁,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,按,受力情况,分：单向弯曲梁和双向弯曲梁,双向弯曲梁,(,a,) 屋面檩条 (,b,) 吊车梁,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,预应力梁,基本原理：受拉侧设置高预拉力的钢筋，使梁受荷前反弯曲。,制作、施工过程复杂。,预应力梁,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,梁的极限承载能力包括：,截面的强度,：弯、剪、扭及综合效应。,构件的整体稳定,板件的局部稳定,直接受重复荷载时，疲劳,梁的应用范围,：,房屋建筑和桥梁工程。,如楼盖梁、平台梁、吊车梁、檩条及大跨斜拉桥、悬索桥中的桥面梁等。,梁的正常使用极限状态,：,指梁的刚度即挠度,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,3.2.2梁的弯曲、剪切强度,1. 梁的抗弯强度正应力,梁的,M,-,曲线,应力-应变关系简图,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,实腹梁的截面正应力发展过程分为,弹性,、,弹塑性,、,塑性,和,应变硬化,四个阶段,塑性阶段会出现过度的变形而不适于继续承载，因此设计中不应用到此阶段。,梁的正应力分布,钢结构构件的截面承载能力课件,正应力发展的四个阶段,：,梁的正应力分布,(,a,),弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢,(,b,),弹塑性工作阶段：一般受弯构件,(,c,),塑性工作阶段：塑性铰,(,d,),应变硬化阶段：一般不利用,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,弹性工作阶段,M,e,=W,n,f,y,各阶段最大弯矩,：,塑性工作阶段,M,p,=W,pn,f,y,W,pn,= S,1n+,S,2n,弹塑性阶段,极限弯矩在弹性弯矩和塑性弯矩之间。,规范：塑性发展深度,a0.125h,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,！,截面塑性发展系数：,x,和,y,，取值,1.01.2,之间。如工字形截面,x,=1.05,，,y,=1.2,；箱形截面,x,= ,y,=1.05,截面简图,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,（1） 弹性设计（需验算疲劳的梁、薄壁杆）,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,（2） 部分发展塑性设计（一般的梁,）,允许截面,部分发展塑性,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,t,t,w,h,b,为了避免梁受压翼缘的,局部失稳,出现在,强度破坏,之前：,钢结构构件的截面承载能力课件,表3-3 截面塑性发展系数,x,、,y,值,第3章,构件的截面承载力,第3章,构件的截面承载力,3.2 梁的类型和强度,钢结构构件的截面承载能力课件,表3-3 截面塑性发展系数,x,、,y,值续表,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,2. 梁的抗剪强度剪应力,在主平面内受弯的梁，其抗剪强度应按下式计算,：,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,3.2.3梁的扭转,自由扭转,截面不受任何约束，能够自由产生翘曲变形的扭转。,对于狭长矩形截面,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,2.约束扭转,杆件在扭转荷载作用下由于支承条件或荷载条件的不同，截面不能完全自由地产生变形，即翘曲变形受到约束的扭转,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.2 梁的类型和强度,第3章,构件的截面承载力,3.约束扭转正应力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.3 梁的局部压应力和组合应力,第3章,构件的截面承载力,3.3.1局部压应力,3.3 梁的局部压应力和组合应力,h,0,t,w,a,h,y,R,a,F,h,y,当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的,集中荷载、且该荷载处又未设置支,承加劲肋时，腹板计算高度上边缘,的局部承压强度应按下式计算：,钢结构构件的截面承载能力课件,3.3 梁的局部压应力和组合应力,第3章,构件的截面承载力,3.3.2多种应力的组合效应,在梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力,和剪应力时，按下式验算折算应力：,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,3.4.1初选截面,一、型钢梁：,二、焊接工字钢梁,截面选择步骤为：估算梁的高度，,决定腹板的厚度和翼缘尺寸。,1. 梁的截面高度,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,选择腹板厚度要考虑抗剪强度,腹板厚度一般用经验公式进行估算：,2. 腹板厚度,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,3. 翼缘尺寸,确定翼缘尺寸时，应注意满足局部稳定的要求：,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,3.4.2梁截面验算,按照实际的截面尺寸进行梁的强度验算,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,3.4.3梁截面沿长度改变,梁的弯矩沿长度而变，为了节约钢材可将组合梁截面随弯矩变化,而改变。变截面梁可以改变梁宽，也可改变梁高。,梁高改变时,可使上翼缘保持一平面，支座处的高度应满抗剪强度的要求，但不宜小于跨中高度的1/2。,梁宽改变时,，,主要变上下翼缘宽度，较窄翼缘宽度,b,应满足截面开始改变处的弯矩M,1,下,的强度要求，还应验算该截面的腹板,与翼缘交接处的折算应力。,钢结构构件的截面承载能力课件,3.4 按强度条件选择梁截面,第3章,构件的截面承载力,对于均布荷载作用下的简支梁，最,优截面改变处是离支座1/6跨度处。,梁截面一般只改变一次，对于跨度较小的组合梁，不宜改变截面。,多层翼缘板的梁，可用切断外层板的,方法来改变梁的截面。,钢结构构件的截面承载能力课件,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,例3.3 某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸见图，截面无削弱，在跨度中点和两端设有支撑，材料为Q345-B级钢。集中荷载标准值P,k,=330kN，为间接动力荷载，其中永久荷载和可变荷载效应各占一半，作用在梁的顶面，其沿梁跨度方向的支承长度为130毫米，试计算该梁的强度和刚度是否满足要求？,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,3.5 梁的内力重分布和塑性设计,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,3.6.1、拉弯、压弯构件的应用,压弯（拉弯）构件同时承受轴向力和弯矩的构件,轴向力的偏心作用,弯矩的产生 端弯矩作用,横向荷载作用,压弯构件,拉弯构件,钢结构构件的截面承载能力课件,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,一、压弯构件设计时应满足,两个极限状态,的要求：,1.承载力,极限状态,强度,稳定,实腹式构件,格构式构件,整体稳定,局部稳定,平面内稳定,平面外稳定,弯矩作用在实轴上,弯矩作用在虚轴上,2.正常使用极限状态：即刚度要求，主要是限制构件的长细比,二、拉弯构件设计时应满足,两个极限状态,的要求：,1.承载能力极限状态：主要为强度,2.正常使用极限状态：限制构件的长细比,钢结构构件的截面承载能力课件,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,3.6.2、拉弯、压弯构件的强度计算,假设轴向力不变而弯矩不断增加，截面应力发展分为四个阶段：,边缘纤维最大应力达屈服点；,最大应力一侧部分发展塑性；,两侧均部分发展塑性；,全截面进入塑性。,钢结构构件的截面承载能力课件,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,一、拉弯、压弯构件的强度计算准则：,1.边缘纤维屈服准则：,构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服，便达到强度极限，构件处在弹性工作阶段。计算采用弹性抵抗矩,2.全截面屈服准则：,构件受力最大截面形成塑性铰,，,便达到强度极限，构件处在塑性工作阶段。计算采用塑性抵抗矩,3.部分发展塑性准则：,构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限，界面塑性发展深度根据具体情况确定。计算采用弹性抵抗矩乘以截面塑性发展系数,钢结构构件的截面承载能力课件,单向压弯（拉弯）构件的强度计算公式：,双向压弯（拉弯）构件的强度计算公式：,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,例1 如图所示为一焊接工字形压弯构件，翼缘为焰切边，轴心压力设计值N=800kN，两端弯矩设计值M1600kNm，M2600kNm，绕截面强轴作用，方向如图所示，不计构件自重。钢材为Q345钢，截面尺寸及构件支承情况如图所示，验算此压弯构件的强度。,16,600,300,10,16,7m,800kN,7m,800kN,600kNm,600kNm,600kNm,600kNm,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,16,600,300,10,16,600kNm,600kNm,7m,800kN,7m,800kN,600kNm,A,B,C,3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算,第3章,构件的截面承载力,钢结构构件的截面承载能力课件,