钢结构拉弯与压弯构件计算课件.ppt

1、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 1了解拉弯和压弯构件的构造特点和构造要求。了解拉弯和压弯构件的构造特点和构造要求。2 2掌握拉弯和压弯构件的破坏形式和计算方法。掌握拉弯和压弯构件的破坏形式和计算方法。5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 拉弯和压弯构件的强度拉弯和压弯构件的强度5.3 5.3 压弯构件的整体稳定压弯构件的整体稳定5.4 5.4 压弯构件的局部稳定压弯构件的局部稳定本章目录本章目录基本要求基本要求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. 1. 拉弯构件拉弯构

2、件2. 2. 压弯构件压弯构件1 . 1 . 建立拉弯构件与压弯构件的概念建立拉弯构件与压弯构件的概念 2 . 2 . 了解设计计算的内容了解设计计算的内容 本节目录本节目录基本要求基本要求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 承受轴心拉力和弯矩共同作用的构件称为承受轴心拉力和弯矩共同作用的构件称为拉弯构件拉弯构件，它，它包括偏心受拉构件（图包括偏心受拉构件（图5.1.1a5.1.1a）和有横向荷载作用的拉杆）和有横向荷载作用的拉杆（图（图5.1.1b5.1.1b）。钢屋架的下弦杆节间有横向荷载就属于拉弯）。钢屋

3、架的下弦杆节间有横向荷载就属于拉弯构件。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。 对于拉弯构件，如果对于拉弯构件，如果弯矩不大弯矩不大而主要承受轴心拉力作用而主要承受轴心拉力作用时，它的时，它的截面形式和一般轴心拉杆一样截面形式和一般轴心拉杆一样。弯矩很大时则应在。弯矩很大时则应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。 在拉力和弯矩的共同作用下，截面出现塑性铰即视为承在拉力和弯矩的共同作用下，截面出现塑性铰即视为承载能力的极限。但对格构式构件或冷弯薄壁型钢构件，截面载能力的极限。但对格构式构件或冷弯薄壁型钢构件，截面边缘出现塑性即已基本上达到强度

4、的极限。一般情况下，拉边缘出现塑性即已基本上达到强度的极限。一般情况下，拉弯构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。弯构件丧失整体稳定性和局部稳定性的可能性不大。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承受偏心压力作用的构件，图承受偏心压力作用的构件，图5-1-2b5-1-2b有横向荷有横向荷载作用的压杆及图载作用的压杆及图5.1.2c5.1.2c有端弯矩作用的压杆，

5、都属于有端弯矩作用的压杆，都属于压弯压弯构件构件。该类构件应用十分广泛，如有节间荷载作用的屋架的。该类构件应用十分广泛，如有节间荷载作用的屋架的上弦杆，厂房的框架柱，高层建筑的框架柱和海洋平台的立上弦杆，厂房的框架柱，高层建筑的框架柱和海洋平台的立柱等均属于压弯构件。柱等均属于压弯构件。 对于压弯构件，当承受的弯矩很小而轴心压力很大时，对于压弯构件，当承受的弯矩很小而轴心压力很大时，其截面形式和一般轴心受压构件相同。当构件承受的弯矩相其截面形式和一般轴心受压构件相同。当构件承受的弯矩相对较大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，有时对较大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，有时还采用

6、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。 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 压弯构件压弯构件整体破坏的形式整体破坏的形式有以下三种有以下三种：（：（1 1）因端部弯矩因端部弯矩很大或有较大削弱而发生很大或有较大削弱而发生强度破坏强度破坏，（，（2 2）在弯矩作用平

7、面内）在弯矩作用平面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。 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1.1.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1.1.掌握拉弯和压弯构件的强度和刚度计算公式。掌握拉弯和压弯构件的强度和刚度计算公式。本节目录本节目录基本要求基本要求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

8、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，截的共同作用，截面上的面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的要求，应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在要求，应以部分截面出现塑性（塑性区高度限制在1/8-1/4截面高度范围）为截面高度范围）为强度极限状态强度极限状态

9、。由此可得强度验算公式。由此可得强度验算公式为：为：fWMWMANnyyynxxxn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平分别是构件的净截面面积和两个主平面的净截面抵抗矩。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： max 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 ；0 . 1yx设计原理设计原理钢结构钢结构第五章第

10、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1.1.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2. 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3. 3. 格构式压弯构件的整体稳定计算格构式压弯构件的整体稳定计算1.1. 理解实腹式压弯构件的整体稳定性的概念理解实腹式压弯构件的整体稳定性的概念 2. 2. 了解在弯矩作用平面内与弯矩作用平面外失稳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验算方法破坏的情况与验算方法 本节目录本节目录基

11、本要求基本要求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yExxxxxfNNWMAN)/1 (1 （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

12、.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：fNNWMANExxxxmxx)/8 .01 (1 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：xMx xW1ExNmx XExEAN221 .1 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

13、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：fWMANxbxtxy1 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。xMy b tx 设计原

14、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. 1. 翼缘板的宽厚比翼缘板的宽厚比2. 2. 腹板的宽厚比腹板的宽厚比本节目录本节目录基本要求基本要求1.1. 压弯构件的局部稳定性的概念压弯构件的局部稳定性的概念 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。 yftb235131

15、5.4.1 5.4.1 翼缘板的宽厚比翼缘板的宽厚比1btyftb2354000bt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. ywfth235)255 .016(00 5.4.2 5.4.2 腹板的宽厚比腹板的宽厚比 6 .100 0 .26 .10 ywfth235)2 .265 .048(00 )26.5(a)26.5(b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

16、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wth0yf/23540yf/23540（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ywfth235)2 .015(0 ywfth235)17.013(0 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 。 ywfth2351505.4.2 5.4.2 腹板的宽厚比腹板的宽厚比ywfth2351800 . 10 0 . 10 )/235(100yf