钢结构之钢柱与钢压杆课件.ppt
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- 钢结构 钢压杆 课件
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1、A1A25.1 应用与构造应用与构造一、应用 桁架、网架、塔架与框架中存在着大量的承受轴心压力的轴心受压构件轴心受压构件以及同时承受轴心压力和弯矩的压弯构件压弯构件。A3A4F基础基础A5二、种类 实腹式、格构式A65.2 轴心受压实腹式构件的整体稳定轴心受压实腹式构件的整体稳定 轴心受压实腹式构件的截面设计需要满足强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性的要求,其中整体稳定性整体稳定性是主要决定因素。A7一、理想轴心压杆的临界力 理想理想轴心压杆:(1)等截面直杆(2)压力线与形心线重合(3)材质均匀,各向同性,且无限弹性,符合 虎克定律 EA81、理想等直细长轴心压杆的稳定问题、理想等直细长轴心
2、压杆的稳定问题 欧拉公式llAIiilEANlEINcrcrcr 0022202/压压杆杆自自由由长长度度回回转转半半径径长长细细比比A9l0l l02l l00.5l l00.7l A10体体稳稳定定性性的的方方法法来来提提高高压压杆杆的的整整和和减减小小增增大大无无关关,可可通通过过成成反反比比,而而与与材材料料强强度度计计算算长长度度与与弯弯曲曲刚刚度度成成正正比比,与与00202lIlNlEINcrcr A11222 crcrcrcrNEA与成反比,越大,越低,稳定性越差,由此可用来反映压杆的刚度A122、非弹性范围的压杆的临界应力、非弹性范围的压杆的临界应力 时时常常用用经经验验公公
3、式式计计算算比比较较困困难难,实实际际运运用用的的确确定定切切线线模模量量ttcrPcrEEf22 A13柱柱子子曲曲线线Q235钢A14二、残余应力的影响 实际结构中,理想的轴心压杆是不存在的,由实际结构中,理想的轴心压杆是不存在的,由于种种原因,经常出现一些不利的因素,例如于种种原因,经常出现一些不利的因素,例如杆杆件的初弯曲、荷载的初偏心件的初弯曲、荷载的初偏心等,都在不同程度上等,都在不同程度上使压杆的稳定承载能力降低。使压杆的稳定承载能力降低。影响降低压杆稳定承载能力的主要因素之一是影响降低压杆稳定承载能力的主要因素之一是由于由于残余应力残余应力的存在。的存在。A15 轧制翼缘板轧制
4、翼缘板 焰切翼缘板焰切翼缘板1、不同加工方法的残余应力分布情况、不同加工方法的残余应力分布情况A162、残余应力与作用平均应力的叠加、残余应力与作用平均应力的叠加0.3fy0.7fyfyA173、非弹性范围的压杆的临界应力、非弹性范围的压杆的临界应力 2220 1 ElEINNfANcrcrcrcryc 、计计算算用用欧欧拉拉公公式式,截截面面为为弹弹性性阶阶段段,当当)(A18)()(计计算算压压杆杆稳稳定定来来只只考考虑虑弹弹性性区区为为有有效效区区弹弹性性区区和和塑塑性性区区组组成成,时时,截截面面由由,而而截截面面还还未未全全部部屈屈服服当当IIEIIlEIlEINfANecreecr
5、yc222020 )2(xyyxA19223332(/2)2(/2)2()/122/12exxeyyIkbt hkIbt hIt kbkItb残余应力对弱轴的影响比对强轴的影响严重的多kbhtytxb 由于残余应力的存在,使压杆截面提前出现塑性区,由于残余应力的存在,使压杆截面提前出现塑性区,从而降低了压杆临界应力,降低多少取决于从而降低了压杆临界应力,降低多少取决于Ie/I比值比值的大小,而的大小,而Ie/I比值又与残余应力的分布与大小、杆比值又与残余应力的分布与大小、杆件截面的形状以及屈曲时的弯曲方向有关。件截面的形状以及屈曲时的弯曲方向有关。A20三、实际轴心压杆的稳定极限承载力1、实际
6、压杆的工作性能、实际压杆的工作性能 存在初始缺陷:初偏心、初弯矩、残余应力、材质不均匀2、压溃理论、压溃理论 考虑初偏心初偏心和残余应力残余应力的影响,将压杆作为一根有小偏心压力作用的偏心压杆小偏心压力作用的偏心压杆,由此求其稳定承载能力的理论方法A21A223、验算方法、验算方法(1)根据截面形式、尺寸、加工条件、残余应力的大小和分布等因素,按压溃理论计算出 96 条无量纲的柱子线无量纲的柱子线(2)采用数理统计和可靠度分析方法,将承载能力相近的按截面形式、屈曲方向和加工条件归纳为a、b、c三类曲线三类曲线A23稳定系数:稳定系数:cryfA24A25A26(3)实腹式轴心受压构件的整体稳定
7、计算公式7ycrcrRyRfNfAf轴心受压构件整体稳定系数,根据 表5-1的截面分类,由钢号和长细比 查附录确定 注意构件对截面主轴注意构件对截面主轴x和和y得计算长得计算长度可能相等或不相等。度可能相等或不相等。在长细比的计算中:在长细比的计算中:A27A28 为了减小构件在为了减小构件在制造、运输和安装制造、运输和安装过程中过程中因偶然碰撞而产生变形,或在使用中因自重因偶然碰撞而产生变形,或在使用中因自重引起得弯曲以及因动载引起的振动而影响正引起得弯曲以及因动载引起的振动而影响正常使用,要保证构件有足够的刚度,对轴心常使用,要保证构件有足够的刚度,对轴心受力构件应按照下式验算刚度:受力构
8、件应按照下式验算刚度:l/i 主要结构的压杆的容许长细比为主要结构的压杆的容许长细比为150,支撑,支撑中的压杆的容许长细比为中的压杆的容许长细比为200,闸门构件的容,闸门构件的容许长细比见表许长细比见表5-2。A295.3 轴心受压实腹式构件的局部稳定 1、翼缘板、翼缘板235100.1max30 100yxybtfb(),翼缘外伸宽度,即翼缘半宽A30 2、腹板、腹板0235250.5max30 100yxyhtf(),A31一、截面形式 工字形、圆管(1)等稳性 x y,或x y(2)宽肢薄壁(3)制造省工(4)连接简便5.4 轴心受压实腹柱的设计轴心受压实腹柱的设计A32二、截面选择
9、(一)确定截面尺寸(一)确定截面尺寸A、ix、iy、b1、h 截面形式、计算长度截面形式、计算长度l0和钢材钢号确定的前提下和钢材钢号确定的前提下A33A.假定长细比假定长细比查附录七查出相应的查附录七查出相应的NfANAf所需截面面积 假定假定值时,可参考经验数据:当值时,可参考经验数据:当l0=56m,N1500kN时,可假定时,可假定=70100;N=15003500kN时,可假定时,可假定=5070。A34 求对 x 轴弯曲所需的回转半径 ix 求对 y 轴弯曲所需的回转半径 iy1010 xxxxihhhili 21120 yyyyibbili B.根据假定的值和等稳定条件等稳定条件
10、(一般取 ),求得截面所需的回转半径,继而确定所需截面的宽度和高度。xy系数值根据系数值根据所选的截面所选的截面形式由附录形式由附录八查得。八查得。A35轧轧制制焊焊接接A36(二)确定型钢型号或组合截面的其它尺寸(二)确定型钢型号或组合截面的其它尺寸1、型钢 根据 A、ix、iy 查型钢表选型号2、组合截面 根据 A、h、b1,考虑制造工艺,并结合钢材规格选择板件尺寸A37 截面高度 h 和翼缘宽度 b1 A.焊接工字形截面 ix=0.43h,iy=0.24b1 l0 x l0y,x=y轴的稳定条件决定轴的稳定条件决定截面稳定由截面稳定由轴方向的稳定性较差轴方向的稳定性较差时,时,在,在此时
11、取此时取yyllbhhbblhlxyyxyx,8.124.043.00011100 A38B.焊接工字形截面 ix=0.43h,iy=0.24b1 l0 x 2 l0y,x=y11100,9.024.043.0bhhbblhlyx 取取A39 翼缘厚度 t1 和腹板厚度t w 126wwttmmtmm,翼缘、腹板须分别满足局部稳定条件先选腹板厚度,考虑局部稳定性的影响0235250.5Wyhtf()A40 需需降降低低偏偏大大、偏偏小小,、偏偏小小偏偏大大、偏偏小小、偏偏大大、wttbhiA111 需需加加大大偏偏小小、偏偏大大,、偏偏大大偏偏小小、偏偏大大、偏偏小小、wttbhiA11221
12、10 yxibihlifNA ,需需降降低低偏偏大大、偏偏小小,、偏偏小小偏偏大大、偏偏小小、偏偏大大、wttbhiA111 需需降降低低偏偏大大、偏偏小小,、偏偏小小偏偏大大、偏偏小小、偏偏大大、wttbhiA111 需需加加大大偏偏小小、偏偏大大,、偏偏大大偏偏小小、偏偏大大、偏偏小小、wttbhiA112 需需加加大大偏偏小小、偏偏大大,、偏偏大大偏偏小小、偏偏大大、偏偏小小、wttbhiA112A41三、截面验算 1、整体稳定性验算 N/A f 2、局部稳定性验算3、有孔洞削弱,且 截面强度验算 N/An fyftb2351.0101)(yWfth2355.0250)(0.85A42四
13、、构造要求1、需设纵向加劲肋的柱以及 h0/tw 80 时,须成对 布置横向加劲肋2、每个运输单元至少应布置 两道横向加劲肋3、轴心受压构件的翼缘焊缝为构造焊缝,不作计算,一般 hf=6 8mmA435.5 轴心受压格构式构件的稳定性轴心受压格构式构件的稳定性一、对实轴、虚轴的稳定性(1)对实轴 y 的稳定性 相当于实腹式受压构件,只考虑了弯矩对临界力的作用(2)对虚轴 x 的稳定性 需考虑弯矩和剪力对临界力的作用x1xx2yhb1bz0z0A44二、对虚轴的临界应力2021220112221xcrxxcrEEAVEAE 换换算算长长细细比比产产生生的的单单位位剪剪切切角角剪剪力力A45aad
14、dadcossin sin11 A46三、对虚轴的稳定验算查查表表求求取取的的稳稳定定系系数数由由换换算算长长细细比比xfAN0 A47A48yxxy11xxyy11xxyyx yA1x A1yA1A495.6 轴心受压格构柱的设计轴心受压格构柱的设计一、构造形式1、双肢槽钢、工字形钢2、四肢角钢3、三肢、四肢钢管A504、角钢缀条和钢板缀板(1)缀条构成桁架体系,刚度大,受力大的柱采用缀条式格构柱(2)缀板构成刚架体系,受力不大的柱采用缀板式格构柱A51二、轴心受压格构柱的设计方法(一)由实轴实轴 y 的稳定性初选单肢截面1、假定长细比y,按b类查表确定 y,求出所需的总截面面积 A=N/f
15、,以及截面的回转半径 iy=l0y /y2、由A、iy 查型钢表选择合适规格的型钢A52b1yxyyyxxxyyxxiAIibiAIiIIbAII1121211121112/)2/(2/2)2(2 A532120211012110)2()2(4/)2(4bibAIAIiibAIIIxxxxyxxy xyx0b1A54 需需降降低低偏偏大大选选择择,则则按按偏偏小小偏偏大大、偏偏小小、偏偏大大、iAiA1 需需加加大大偏偏小小选选择择,则则按按偏偏大大偏偏小小、偏偏大大、偏偏小小、iAiA2 0lifNA ,A55(二)由等稳条件0 x=y确定单肢间距1、由0 x=y确定虚轴稳定所需的x(1)缀
16、条柱估估算算或或按按的的缀缀条条估估算算、可可按按AAAAAAAyxyxx1.0650545/27/271112120 A56(2)缀板柱40805.08050255011112120 ,yyyyyxyxxA572、计算所需的回转半径 i x=l ox/x 3、计算单肢间距 x1xx2yhb1bz0z020121212121/22)2/(虚虚式式计计算算或或按按附附录录八八中中的的近近似似公公ibzbbiibbiixxx A58(三)缀条和缀板的设计 1、缀材面的剪力确定 缀材的作用:保证各单肢的整体工作 (1)构件为直线状态时,没有剪力产生 (2)绕实轴弯曲时,单肢承受剪力 (3)绕虚轴弯曲
17、时,缀材承受剪力A59)1(sin0maxxyxmfAVlzyy 23585yfAfV A60 剪力值,由承受剪力的缀材面共同分担A612、缀条的设计(a)单斜式 =40 50(b)双斜式 =45(c)设置横缀条 =45A62单根缀条的内力 单单个个缀缀条条面面承承担担的的剪剪力力双双斜斜式式单单斜斜式式111cos2cosVVNVNtt A63单角钢缀条为有小偏心的轴心受压杆件(1)整体稳定性 单单角角钢钢的的最最小小回回转转半半径径条条节节点点间间距距缀缀条条的的几几何何长长度度,取取缀缀,长长肢肢相相连连不不等等边边角角钢钢短短肢肢相相连连不不等等边边角角钢钢等等边边角角钢钢0min02
18、0/9.07.00.10025.05.00.10015.06.0/ililfANttt yxxy11xxyy11xxyyx yA1x A1yA1A64(2)焊缝连接计算(3)单肢稳定 85.0 强强度度偏偏心心折折减减系系数数yxxy11xxyy11xxyyx yA1x A1yA1单单肢肢最最小小回回转转半半径径离离单单肢肢在在缀缀条条节节点点之之间间距距10101011,max7.0/ililxy yxxy11xxyy11xxyyx yA1x A1yA1A653、缀板设计A66(1)单块缀板承受的垂直剪力单肢轴线之间的距离单肢轴线之间的距离缀板中点之间的距离缀板中点之间的距离单个缀材面承担的
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