轴心受力构件讲稿.ppt
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1、关于轴心受力构件第一页,讲稿共五十二页哦 1 1、了解、了解“轴心受力构件轴心受力构件”的应用和截面形式;的应用和截面形式;2 2、掌握轴心受拉构件设计计算掌握轴心受拉构件设计计算;3 3、了了解解“轴轴心心受受压压构构件件”稳稳定定理理论论的的基基本本概概念和分析方法;念和分析方法;4 4、掌掌握握现现行行规规范范关关于于“轴轴心心受受压压构构件件”设设计计计计算算方方法法,重重点点及及难难点点是是构构件件的的整整体体稳稳定定和和局局部稳定、构式轴心受压构件设计方法。部稳定、构式轴心受压构件设计方法。大纲要求第二页,讲稿共五十二页哦4-14-1 概概 述述一、轴心受力构件的应用一、轴心受力构
2、件的应用轴心受力构件是指承受通过构件截面形心轴线的轴向力作轴心受力构件是指承受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件用的构件.当这种轴向力为拉力时,称为轴心受拉构件,简称轴当这种轴向力为拉力时,称为轴心受拉构件,简称轴心拉杆心拉杆.当这种轴向力为压力时,称为轴心受压构件,简称轴心压杆当这种轴向力为压力时,称为轴心受压构件,简称轴心压杆.轴心受力构件广泛地应用于屋架、托架、塔架、网架轴心受力构件广泛地应用于屋架、托架、塔架、网架和网壳等各种类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统和网壳等各种类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统中。中。第三页,讲稿共五十二页哦1.1.桁架桁架2.2.网架网架3.3
3、.塔架塔架轴心受拉构件轴心受拉构件:桁架拉杆、网架、塔架:桁架拉杆、网架、塔架轴心受压构件轴心受压构件:桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱:桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱第四页,讲稿共五十二页哦4.4.轴心受压柱轴心受压柱支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为柱,支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为柱,包括轴心受压柱。柱通常由柱头、柱身和柱脚三部分组成,柱头包括轴心受压柱。柱通常由柱头、柱身和柱脚三部分组成,柱头支承上部结构并将其荷载传给柱身,柱脚则把荷载由柱身传给基支承上部结构并将其荷载传给柱身,柱脚则把荷载由柱身传给基础。础。第五页,讲稿共五十二页哦二、轴心受压构件的截面
4、形式二、轴心受压构件的截面形式轴心受力构件(包括轴心受压柱),按其截面组成形式,轴心受力构件(包括轴心受压柱),按其截面组成形式,可分为实腹式构件和格构式构件可分为实腹式构件和格构式构件两大类。两大类。1、实腹式截面、实腹式截面实腹式构件具有整体连通的截面实腹式构件具有整体连通的截面第六页,讲稿共五十二页哦常见的有三种截面形式常见的有三种截面形式:第一种是热轧型钢截面,如圆钢、圆管、方管、角钢、工第一种是热轧型钢截面,如圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、字钢、T型钢、宽翼缘型钢、宽翼缘H型钢和槽钢等,其中最常用的是工型钢和槽钢等,其中最常用的是工字形或字形或H形截面;形截面;第二种是冷弯型钢截面
5、,如卷边和不卷边的角钢或槽钢与第二种是冷弯型钢截面,如卷边和不卷边的角钢或槽钢与方管;方管;第三种是型钢或钢板连接而成的组合截面。在普通桁架中,第三种是型钢或钢板连接而成的组合截面。在普通桁架中,受拉或受压杆件常采用两个等边或不等边角钢组成的受拉或受压杆件常采用两个等边或不等边角钢组成的T形截面形截面或十字形截面,也可采用单角钢、圆管、方管、工字钢或或十字形截面,也可采用单角钢、圆管、方管、工字钢或T型钢等截面。轻型桁架的杆件则采用小角钢、圆钢或冷型钢等截面。轻型桁架的杆件则采用小角钢、圆钢或冷弯薄壁型钢等截面。弯薄壁型钢等截面。第七页,讲稿共五十二页哦2 2、格构式截面、格构式截面格构式构件
6、一般由两个或多个分肢用缀件联系组成,采格构式构件一般由两个或多个分肢用缀件联系组成,采用较多的是两分肢格构式构件。用较多的是两分肢格构式构件。第八页,讲稿共五十二页哦实腹式构件比格构式构件构造简单,制造方便,整实腹式构件比格构式构件构造简单,制造方便,整体受力和抗剪性能好,但截面尺寸较大时钢材用量较多;体受力和抗剪性能好,但截面尺寸较大时钢材用量较多;而格构式构件容易实现两主轴方向的等稳定性,刚度较而格构式构件容易实现两主轴方向的等稳定性,刚度较大,抗扭性能较好,用料较省。大,抗扭性能较好,用料较省。在格构式构件截面中,通过分肢腹板的主轴叫做实轴,在格构式构件截面中,通过分肢腹板的主轴叫做实轴
7、,通过分肢缀件的主轴叫做虚轴。通过分肢缀件的主轴叫做虚轴。分肢通常采用轧制槽钢或工字钢,承受荷载较大时分肢通常采用轧制槽钢或工字钢,承受荷载较大时可采用焊接工字形或槽形组合截面。可采用焊接工字形或槽形组合截面。缀件有缀条或缀板两种,一般设置在分肢翼缘两侧缀件有缀条或缀板两种,一般设置在分肢翼缘两侧平面内,其作用是将各分肢连成整体,使其共同受力,平面内,其作用是将各分肢连成整体,使其共同受力,并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。第九页,讲稿共五十二页哦缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成,缀条常采用缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成,缀条常采用单角钢,与分肢翼缘组成桁架体系
8、,使承受横向剪力时有单角钢,与分肢翼缘组成桁架体系,使承受横向剪力时有较大的刚度。较大的刚度。缀板常采用钢板,与分肢翼缘组成刚架体系。在构件产缀板常采用钢板,与分肢翼缘组成刚架体系。在构件产生绕虚轴弯曲而承受横向剪力时,刚度比缀条格构式构件略生绕虚轴弯曲而承受横向剪力时,刚度比缀条格构式构件略低,所以通常用于受拉构件或压力较小的受压构件。低,所以通常用于受拉构件或压力较小的受压构件。第十页,讲稿共五十二页哦三、轴心受力构件的设计内容三、轴心受力构件的设计内容1.承载力极限状态:承载力极限状态:强度、稳定强度、稳定轴心受拉构件轴心受拉构件:强度控制:强度控制轴心受压构件轴心受压构件:强度、稳定必
9、须同时满足:强度、稳定必须同时满足u轴心受力构件应满足两个极限状态:轴心受力构件应满足两个极限状态:2.正常使用极限状态:刚度正常使用极限状态:刚度第十一页,讲稿共五十二页哦轴轴心心受受力力构构件件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件强度强度 (承载能力极限状态承载能力极限状态)刚度刚度 (正常使用极限状态正常使用极限状态)强度强度刚度刚度 (正常使用极限状态正常使用极限状态)稳定稳定(承载能力极限状态承载能力极限状态)第十二页,讲稿共五十二页哦设计轴心受拉构件时,应根据结构用途、构件受力大设计轴心受拉构件时,应根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式,并对所选截
10、面进行小和材料供应情况选用合理的截面形式,并对所选截面进行强度和刚度计算。强度和刚度计算。设计轴心受压构件时,除使截面满足强度和刚度要求外尚设计轴心受压构件时,除使截面满足强度和刚度要求外尚应满足构件整体稳定和局部稳定要求。实际上,只有长细比很应满足构件整体稳定和局部稳定要求。实际上,只有长细比很小及有孔洞削弱的轴心受压构件,才可能发生强度破坏。一般小及有孔洞削弱的轴心受压构件,才可能发生强度破坏。一般情况下,由整体稳定控制其承载力。情况下,由整体稳定控制其承载力。轴心受压构件丧失整体稳定常常是突发性的,容易造成严轴心受压构件丧失整体稳定常常是突发性的,容易造成严重后果,应予以特别重视。重后果
11、,应予以特别重视。第十三页,讲稿共五十二页哦一、强度计算(承载能力极限状态)一、强度计算(承载能力极限状态)N构件的轴心拉力或压力设计值;构件的轴心拉力或压力设计值;An n构件的净截面面积;构件的净截面面积;ff钢材的抗拉或抗压强度设计值。钢材的抗拉或抗压强度设计值。轴心受压构件,一般其承载力由稳定控制轴心受压构件,一般其承载力由稳定控制,当截面无削弱当截面无削弱时,强度不必计算。时,强度不必计算。4-2 轴心受力构件的强度和刚度第十四页,讲稿共五十二页哦NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进普通螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进普通螺栓群轴
12、心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进普通螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。行板件的净截面验算。行板件的净截面验算。行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面截面截面:A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面:1122第十五页,讲稿共五十二页哦NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面:1111第十六页,讲稿共五十二页哦NNbt tt t1 1b1c
13、2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面:2222第十七页,讲稿共五十二页哦NNbt tt t1 1b1 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进为了防止板件被拉断尚应进为了防止板件被拉断尚应进为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算行板件的净截面验算行板件的净截面验算行板件的净截面验算.A A、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。11考虑孔前传力考虑孔前传力50%得:得:1-1截面的内力为:截面的内力为:第十八页,讲稿共五十二页哦NNbt tt t1 1b1拼接板的危
14、险截面为拼接板的危险截面为2-2截面。截面。22考虑孔前传力考虑孔前传力50%得:得:2-2截面的内力为:截面的内力为:B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。验算完全相同。第十九页,讲稿共五十二页哦二、刚度计算(正常使用极限状态)二、刚度计算(正常使用极限状态)二、刚度计算(正常使用极限状态)二、刚度计算(正常使用极限状态)按正常使用极限状态的要求,轴心受力构件均应具按正常使用极限状态的要求,轴心受力构件均应具有一定的刚度。当轴心受力构件刚度不足时,在本身自有一定的刚度。当轴心受力构件刚度不足时,在本身自重作
15、用下容易产生过大的挠度,在动力荷载作用下容易重作用下容易产生过大的挠度,在动力荷载作用下容易产生振动,在运输和安装过程中容易产生弯曲。产生振动,在运输和安装过程中容易产生弯曲。轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量,长细轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量,长细比愈小,表示构件刚度愈大,反之则刚度愈小。因此,比愈小,表示构件刚度愈大,反之则刚度愈小。因此,设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。构件的容设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。构件的容许长细比许长细比,是按构件的受力性质、构件类别和荷载性质确定,是按构件的受力性质、构件类别和荷载性质确定的。的。第二十页,讲稿共五十二页哦保证构件在
16、运输、安装、使用时不会产生过大保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。变形。第二十一页,讲稿共五十二页哦表表4.1受拉构件的容许长细比受拉构件的容许长细比第二十二页,讲稿共五十二页哦 对于受压构件,长细比更为重要。受压构件因刚度不足,一对于受压构件,长细比更为重要。受压构件因刚度不足,一旦发生弯曲变形后,因变形而增加的附加弯矩影响远比受拉构件严旦发生弯曲变形后,因变形而增加的附加弯矩影响远比受拉构件严重,长细比过大,会使稳定承载力降低太多,因而其容许长细比重,长细比过大,会使稳定承载力降低太多,因而其容许长细比限制应更严;直接承受动力荷载的受拉构件也比承受静力荷载限制应更严;直接承受动力
17、荷载的受拉构件也比承受静力荷载或间接承受动力荷载的受拉构件不利,其容许长细比或间接承受动力荷载的受拉构件不利,其容许长细比限制也较限制也较严。严。表4.2受压构件的容许长细比 第二十三页,讲稿共五十二页哦一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述 4-3 轴心受压构件的稳定 所谓的稳定是指结构或构件受载变形后,所处平衡所谓的稳定是指结构或构件受载变形后,所处平衡状态的属性。状态的属性。稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态,进入不稳定状态,临界状态的荷载即为界平衡状态,
18、进入不稳定状态,临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载,构件必须工作在临界荷结构或构件的稳定极限荷载,构件必须工作在临界荷载之前。载之前。第二十四页,讲稿共五十二页哦 对结构构件,强度计算是基本要求,但是对钢结构对结构构件,强度计算是基本要求,但是对钢结构构件,稳定计算比强度计算更为重要。强度问题与稳定问构件,稳定计算比强度计算更为重要。强度问题与稳定问题虽然均属第一极限状态问题,但两者之间概念不同。强题虽然均属第一极限状态问题,但两者之间概念不同。强度问题关注在结构构件截面上产生的最大内力或最大应力度问题关注在结构构件截面上产生的最大内力或最大应力是否达到该截面的承载力或材料的强度,强度
19、问题是应力是否达到该截面的承载力或材料的强度,强度问题是应力问题;而稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的问题;而稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态,即变形开始急剧增长的状态,属于变形不稳定平衡状态,即变形开始急剧增长的状态,属于变形问题。问题。稳定问题为钢结构的重点问题,所有钢结构构件稳定问题为钢结构的重点问题,所有钢结构构件均件均存在稳定问题,稳定问题分构件的整体稳定和局部均件均存在稳定问题,稳定问题分构件的整体稳定和局部稳定。稳定。第二十五页,讲稿共五十二页哦按照屈曲后性能分:按照屈曲后性能分:1、稳定分岔屈曲、稳定分岔屈曲第一类稳定问题第一类稳定问题2、不稳定
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