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1、,主 讲：蔡 勇 中南大学土木建筑学院建筑工程系,钢结构基本原理,第 4 章 受拉构件及索,主要内容：轴心受拉构件拉弯构件索的力学特性和分析方法重点：轴心受拉构件的强度计算单向拉弯构件的强度、刚度计算双向拉弯构件的强度、刚度计算单索的简化计算,第 4 章 受拉构件及索,4.1 轴心受拉构件4.2 拉弯构件4.3 索的力学特性和分析方法, 4.1 轴心受拉构件,4.1.1 截面形式4.1.2 轴心受拉构件的强度4.1.3 受拉构件的有效净截面,4.1.1 截面形式,热轧型钢和冷弯薄壁型钢受力较小时,型钢或钢板组成的实腹式截面受力较大时,型钢组成的格构式截面构件较长且受力较大时,4.1.2 轴心受
2、拉构件的强度,1. 截面无削弱时的强度,以截面的拉应力达到屈服点作为轴拉构件的强度准则。(强化阶段已无意义),工程设计：,2. 截面有削弱时的强度,屈服截面应力重分布，削弱截面平均应力达到抗拉强度而破坏。,构件不破坏的条件为：,4.1.3 受拉构件的有效净截面,工程设计时：,一般，fu/fy1.25,4.1.3 受拉构件的有效净截面,净截面位置一般在构件的拼接处或构件两端的节点处,受拉构件的有效净截面,有效净截面率：,l连接长度；a连接板至“连接”截面形心的距离,受拉构件主要由强度控制，截面连接处为其危险截面，应采用有效净截面验算：,4.1.4 受拉构件的刚度,长细比控制, 4.2 拉弯构件,
3、4.2.1 拉弯构件的强度计算准则4.2.2 单向拉弯构件的强度4.2.3 双向拉弯构件的强度4.2.4 拉弯构件的稳定问题4.2.5 拉弯构件的刚度,1. 边缘纤维屈服准则受力最大截面边缘的最大应力达到屈服时即认为拉弯构件达到了强度的计算值，拉弯构件处于弹性工作阶段。,4.2.1 拉弯构件的强度计算准则,2. 全截面屈服准则构件最大受力截面的全部受拉和受压区的应力都达到屈服，该截面在拉力和弯矩共同作用下形成塑性铰，拉弯构件进入塑性工作阶段。,3. 部分发展塑性准则构件最大受力截面的部分受拉和受压区的应力达到屈服，拉弯构件处于弹塑性工作阶段。,4.2.2 单向拉弯构件的强度,1. 按边缘纤维屈
4、服准则计算时的强度,设计时应考虑截面削弱和最大应力低于强度设计值的要求：,单向拉弯构件的强度,2. 按全截面屈服准则计算时的强度,单向拉弯构件的强度,单向拉弯构件的强度,偏安全取NM相关曲线为直线(图中虚线),考虑截面削弱和最大应力低于强度设计值fd：,对于工字形截面绕强轴弯曲的情况，可更近似采用两直线来代替：,设计时考虑截面削弱和最大应力低于强度设计值fd，上式写成：,单向拉弯构件的强度,3. 按部分发展塑性准则计算时的强度,应力分布介于弹性和全截面屈服之间。 NM相关曲线也可采用直线：,设计时考虑截面削弱和最大应力低于强度设计值fd：,边缘纤维屈服准则：,4.2.3 双向拉弯构件的强度,全
5、截面屈服准则：,部分发展塑性准则：,设计时考虑截面削弱和最大应力低于强度设计值fd，上式可写成：,4.2.4 拉弯构件的稳定问题,轴拉构件：不产生压应力，不存在稳定问题。,拉弯构件：,应考虑稳定,不考虑稳定,拉弯构件稳定包括整体稳定和局部稳定。 N很小时，可仅考虑弯矩作用下的整体稳定； N很大时，应考虑N对受弯整体稳定的有利作用。局部稳定一般用控制高厚比和设加劲肋来保证。,4.2.5 拉弯构件的刚度,长细比控制,当M较大时，还应进行挠度计算。, 4.3 索的力学特性和分析方法,4.3.1 截面型式4.3.2 单索受力分析4.3.3 单索的简化计算,圆钢筋、钢绞线、钢丝绳、钢丝索,4.3.1 截
6、面型式,4.3.2 单索受力分析,1. 基本假定： (1) 索为理想柔性，既不能受压， 也不能抗弯。 (2) 索材料符合虎克定律。 加预应力消除初始非弹性变形。,钢索-曲线,钢绞线：钢丝组成(b)1+6钢丝绳：7股钢绞线组成(c)钢丝索：平行钢丝组成。,单索受力分析,2. 索的平衡方程 (1) 受沿水平均布荷载作用的索,挠度与水平张力的关系：,索的曲线方程(抛物曲线)：,索各点张力为：,单索受力分析,(2) 受沿索长均布荷载作用的索,将q等效成沿水平分布的荷载qx :,索的曲线方程(悬链曲线)：,跨中垂度f：,单索受力分析,3. 索的长度计算,幂级数展开,单索受力分析,4. 索的变形协调方程,当不考虑支座位移和温差变化，即c=0、t=0时：,需用迭代法求解拉力,4.3.3 单索的简化计算,引入折算刚度Ks，用只能受拉不能受压的直线拉杆代替索，通过反复迭代确定计算精度。,q=q0,TT0,本章小结,关于截面强度 净截面概念和算法 净截面效率系数 轴力和弯矩共同作用下的边缘屈服准则、全截面屈服准则 和截面部分塑性发展准则 屈服轴力、屈服弯矩和极限弯矩概念 关于受拉构件刚度 工程构件长细比的方向性 索的力学特点,
