拉弯压弯构件.ppt

钢结构设计原理
——拉弯和压弯构件§6.1概述在钢结构中，拉弯和压弯构件应用十分广泛。有横向荷载作用的拉弯构件经常可见，例如有节间荷载作用的屋架下弦杆，网架结构的下部水平杆件等都可能是拉弯构件。而压弯构件更是广泛应用，如工业建筑中厂房的柱、多层（或高层）建筑中的框架柱以及各种工作平台柱、塔架、输电线路铁塔、水利水电工程中弧形闸门的支臂等等。它们不仅要承受轴向压力，还同时受有弯矩和剪力作用，均为压弯构件。N三、计算内容
拉弯构件：
承载能力极限状态：强度
正常使用极限状态：刚度

压弯构件：§6.2拉弯、压弯构件的强度和刚度⒉强度极限状态
拉弯和压弯构件是以最不利受力截面出现塑性铰为强度极限状态。但由于形成塑性铰时，构件将产生不宜继续承受荷载的过大侧移变形，因此，在实际工程设计中，根据荷载作用性质、截面形式和受力特点等，以不同的截面应力状态作为强度计算准则。
《规范》规定
需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，以弹性极限状态作为构件的强度设计依据，按弹性应力状态计算；
承受静力荷载或不需要计算疲劳的承受动力荷载的拉弯和压弯构件，按部分塑性发展进行强度计算；
绕虚轴弯曲的格构式拉弯和压弯构件，由于边缘纤维屈服后截面很快进入全部屈服状态，塑性发展对提高承载能力作用不大，以截面边缘纤维屈服时（即弹性极限状态）作为构件的强度设计依据。一、截面应力的发展
以工字形截面压弯构件为例：HN、M无量纲相关曲线是一条外凸曲线，规范为简化计算采用直线代替，其方程为：6.2.2拉弯和压弯构件的刚度§6.3实腹式压弯构件的整体稳定一是在弯矩作用平面内可能产生过大的侧向弯曲变形而失去整体稳定，称之为弯矩作用平面内失稳；
二是在弯矩作用平面外，当轴心压力或弯矩达到一定值时，构件在垂直于弯矩作用平面方向突然产生侧向弯曲和扭转变形，称之为弯矩作用平面外失稳。
所以，压弯构件要分别计算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的整体稳定。确定压弯构件弯矩作用平面内稳定承载能力的方法很多，可分为两类:
一类是边缘屈服准则的计算方法;
一类是极限承载能力准则计算方法。⒈边缘纤维屈服准则
边缘屈服准则是以构件截面边缘纤维最大应力开始屈服的荷载作为压弯构件的稳定承载能力（图6.8a中的a点）。这时，构件截面仍处于弹性阶段。⒊弯矩作用平面内整体稳定的实用计算公式——《规范》采用的相关公式当实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的抗弯刚度较小，或截面抗扭刚度较小，或侧向支承不足以阻止弯矩作用平面外的弯扭变形时，将在弯矩作用平面内弯曲失稳之前发生弯矩作用平面外的弯扭失稳破坏。
弯矩作用平面外的弯扭失稳实际是四种变形的叠加，即失稳前的轴压变形和弯矩作用平面内的弯曲变形以及失稳时的侧向弯曲和扭转变形。6.3.3双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定实腹式压弯构件的截面组成与轴心受压构件和受弯构件相似，板件在均匀压应力，或不均匀压应力和剪力作用下，可能发生波形凸曲，偏离其原来所在的平面而屈曲，从而丧失局部稳定性。因此，应保证其翼缘和腹板的局部稳定性。通常采用与轴心受压构件相同的方法，限制板件的宽（高）厚比来保证局部稳定性。压弯构件翼缘的宽厚比限值压弯构件腹板的高厚比限值应力梯度压弯构件的稳定承载能力与构件的长细比有关，在压弯构件稳定计算中，需要计算构件的长细比。因此，对于采用各种连接的构件，需要知道其计算长度。本节按单独的压弯构件和框架柱分别介绍压弯构件的计算长度。单独压弯构件的计算长度6.5.2框架柱的计算长度关于框架柱的稳定设计，目前有两种方法:
一种是采用一阶理论，不考虑框架变形的二阶影响，计算框架由各种荷载设计值产生的内力，把框架柱作为单独的压弯构件来设计，将框架整体稳定问题简化为柱的稳定计算问题。
一种方法是将框架结构作为整体，采用二阶理论进行分析，按稳定性计算框架柱截面时，取实际的几何长度计算长细比。根据失稳时的变形情况，框架柱可能出现有侧移失稳和无侧移失稳两种失稳形式，如图6.15所示,有侧移失稳大致呈反对称变形，无侧移失稳大致呈对称变形。相应的框架分别称为有侧移框架或无支撑的纯框架、无侧移框架或有支撑框架。有侧移失稳的框架，其临界力比无侧移失稳的框架低得多。在进行框架的整体稳定分析时，一般取平面框架作为计算模型，不考虑空间作用。框架分为无支撑纯框架和有支撑框架，其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架。1．单层框架柱在框架平面内的计算长度
（1）单层框架等截面柱在框架平面内的计算长度
在进行框架的整体稳定分析时，一般取平面框架作为计算模型，不考虑空间作用。通常根据弹性稳定理论确定框架的计算长度，并对单层单跨对称框架等截面柱作如下近似假定：
①框架只承受作用于节点的竖向荷载，忽略横梁荷载和水平荷载产生梁端弯矩的影响。分析表明，在弹性工作范围内，此种假设带来的误差不大，可以满足