拉弯和压弯构件ppt培训课件

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1、拉弯和压弯构件,Stretch-bending and Compression-bending members,第七章,主 要 内 容,第一节概述 第二节拉弯和压弯构件的强度 (钢结构规范5.2.1条) 第三节实腹式压弯构件的稳定 (整体稳定钢结构规范5.2.2条 局部稳定钢结构规范5.4.1条、5.4.2条) 第四节格构式压弯构件的稳定 (钢结构规范5.2.3条) 第五节实腹式压弯构件的设计,第二、三节重点！,大纲要求,第一节 概述,一、拉弯与压弯构件的应用与破坏形式,图7-1 单层工业厂房框架柱,（1）拉弯构件（Stretch-Bending member） 【定义】同时承受轴向拉力和弯矩

2、作用的构件。 【图例】图7-2（a）偏心受拉的构件（b）有横向荷载作用的拉杆（c）有端弯矩作用的拉杆 【实例】如桁架下弦为轴心拉杆，但若存在非节点横向力，则为拉弯构件。 【应用范围】拉弯构件的应用较少。,图7-2 拉弯、压弯构件,亦称：偏压（拉）构件,【承载力极限状态】 一般：在轴心拉力和弯矩的共同作用下，拉弯构件的承载能力极限状态是截面出现塑性铰(plastic hinge )。_ 部分截面屈服准则,但是：对于格构式拉弯构件或冷弯构件或冷弯薄壁型钢拉弯构件，截面边缘受力最大纤维开始屈服就基本上达到了强度的极限。_ 边缘纤维屈服准则,思考: 格构式构件截面考虑塑性发展吗？,答：格构式构件截面不

3、考虑塑性发展。因为截面中部是空心，按边缘屈服准则计算。,（2）压弯构件（Compression-bending members ） 【定义】同时承受轴心压力和弯矩作用的构件。 【图例】图7-2（a）偏心受压构件（b）有横向荷载作用的压杆 【实例】厂房的框架柱图7-1；受风荷载作用的墙架柱高层建筑的框架柱；海洋平台的支柱；受有节间荷载的桁架上弦。 【应用范围】钢结构中压弯构件的应用十分广泛，,二、截面形式 （1）拉弯和压弯构件的截面形式（图73）,图73 拉弯和压弯构件截面形式a)实腹式 b)格构式,X(虚轴:穿过缀材面),y(实轴:穿过肢件腹板),（2）压弯构件截面形式说明：实腹式截面：热轧型

4、钢截面、冷弯薄壁型钢截面和组合截面。 当构件计算长度较大且受力较大时，为了提高截面的抗弯刚度，还常常采用格构式截面。压弯构件的截面通常做成在弯矩作用方向具有较大 的截面尺寸，由于截面的高度较大且受有较大的外剪 力，所以缀板连接的格构式压弯构件很少采用，而选 用缀条式。 如果承受的弯矩M不大，而轴心压力N很大，其截面形式和一般轴心压杆相同。,图74 压弯构件的单轴对称截面形式 （a）实腹式 （b）格构式,注：单轴对称截面,在受压较大的一侧分布着更多的材料。,如果弯矩M相对较大，其截面形式和一般受弯构件类似，除采用截面高度较大的双轴对称截面外，还常采用单轴对称截面（图7-4）。,（3）压弯构件的整

5、体破坏三种形式： 【强度破坏】（strength failure ） 指截面的一部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服点的状况。当杆端弯矩很大或截面局部有严重削弱时出现；【整体失稳破坏 】,弯矩作用平面内的弯曲失稳破坏（flexural failure in-plane ）在弯矩作用平面内只产生弯曲变形（弯曲失稳），不存在分枝现象，属极值点失稳问题，失稳模态为弯曲失稳 ；,弯矩作用平面外的弯曲扭转破坏（flexural and torsional failure out-plane ） 属分岔失稳问题，失稳模态为弯扭失稳。,【局部失稳破坏】发生在压弯构件的腹板和受压翼缘，其产生的原因与受弯构件局

6、部失稳相同。,提高稳定性措施,增大双向弯曲刚度 增加约束 减小长细比,三、计算内容 (1)拉弯构件： 承载能力极限状态：强度 正常使用极限状态：刚度（荷载标准值，计算弹性变形）,控制长细比 (有轴力作用),稳定？,说明：拉弯构件的稳定问题稳定问题仅仅在构件截面上出现压应力时才可能出现。对于轴向受拉构件，截面不可能产生压应力，也就不存在 稳定问题；对于拉弯构件，由于弯矩作用，当轴向拉力很小时， 截面会出现压应力，此时就应该考虑拉弯构件的稳定问题，即 时需要考虑稳定。,记住！,注意：对于拉弯构件，为何会有刚度要求？如何保证拉弯构件的刚度？ 答：在运输和安装过程中，为了防止拉弯构件由于刚度太低，丧失

7、原有轴线的破坏，所以对拉弯构件也有刚度要求。拉弯构件一般是通过限制长细比来保证刚度的，即： 。,。,承载能力极限状态,正常使用极限状态,刚度（stiffness ）,(2)压弯构件：,（Stablity）,平面内,平面外（不必）,分肢稳定,（inplane）,（frange plate ）,四、设计要点截面选型双轴对称（N小）,或单轴对称（M小）截面强度截面正应力、剪应力构件稳定性弯矩作用平面内、平面外板件稳定性受压翼缘和腹板构造要求,图76 支撑的设置,思考题 71、钢结构实腹式压弯构件的设计一般应进行的计算内容为（ ）。 强度、弯矩作用平面内的整体稳定性、局部稳定、变形 (B)弯矩作用平面

8、内稳定性、局部稳定、变形 (C)强度、弯矩作用平面内及平面外的整体稳定性、局部稳定、变形 (D)强度、弯矩作用平面内及平面外的整体稳定性、局部稳定、长细比,弯矩作用平面内和弯矩作用平面外,72、实腹式偏心受压构件的整体稳定性，包括的稳定。,D,7-3、压弯构件整体破坏形式有（ ）。(A) 强度破坏、弯曲失稳、弯扭失稳 (B) 强度破坏、弯曲失稳、扭转失稳(C) 弯曲失稳、弯扭失稳、翼缘板屈曲(D) 弯曲失稳、弯扭失稳、扭转屈曲,A,第二节 拉弯和压弯构件的强度,一、截面正应力的发展以工字形截面压弯构件为例（轴力和弯矩正应力线性叠加，验算最大应力）：假设轴向力不变而弯矩不断增加,强度是针对受力最

9、大截面上的应力，是一个应力问题。对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。,(D)塑性工作阶段塑性铰(强度极限),(B)最大压应力一侧截面部分屈服,(C)截面两侧均有部分屈服,(A)弹性工作阶段,图76 压弯构件截面应力的发展过程,【三种设计准则】,边缘纤维屈服准则：以构件截面边缘纤维屈服的弹性受力阶段极限状态作为强度计算的承载能力极限状态。 - 弹性工作阶段 全截面屈服准则：构件的最大受力截面的全部受拉和受压区的应力都达到屈服。- 塑性铰形成 部分发展塑性准则：构件的最大受力截面的部分受拉和受压区的应力达到屈服点，至于截面中塑性区发展的深度根据具体情况给定

10、。-弹塑性工作阶段,Understand?,因此，得：单向受弯,上式即为规范给定的是在N、Mx作用下的按照弹塑性设计时的强度计算公式。,由于全截面达到塑性状态后，变形过大，因此规范对不同截面限制其塑性发展区域为（1/8-1/4）h。,记住！,对于在N、Mx 、My作用下的强度计算公式，规范采用了与上式相衔接的线形公式： 双向受弯,N 轴心压力设计值An 验算截面净截面面积 Wnx、Wny 验算截面对两个主轴的净截面模量,如工字形，,其他截面的塑性发展系数见钢结构教材P148表61。,【说明】弹塑性设计部分塑性发展， 轴力和弯矩非线性叠加塑性发展。近似线性叠加，引入塑性发展系数。,【特例】在下列

11、情形时，设计采用边缘屈服作为构件强度计算的依据，即取 : 为了保证受压翼缘在截面发展塑性时不发生局部 失稳，当压弯构件受压翼缘的外伸宽度与其厚度之 比 时。 对需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，目前对其截 面塑性性能缺乏研究； 对于格构式构件，当弯矩绕虚轴作用时，由于截面腹部无实体部件，塑性开展的潜力不大。,思 考 题 74 实腹式偏心受压构件强度验算公式中的 ，主要是考虑（ ）因素。(A) 截面塑性发展对承载力的影响(B) 残余应力的影响(C) 初偏心的影响(D) 初弯矩的影响,截面上边缘“1”点 (B) 截面下边缘“2”点 (C) 截面中和轴处“3”点 (D) 可能是“1”点，也可能是“2”点

12、,75. 图示T形截面拉弯构件强度计算的最不利点为（ ）。,例题：某拉弯构件由I45a构成， ， 承受静荷载， ，截面无削弱，验算该杆强度。解：查I45a知， （1）确定参数：（2）强度计算：（3）结论：该杆满足强度要求。,例:天窗侧腿(高3.6m)承受风荷载设计值 轴压力 ，截面选用部分T型钢,验算强度是否满足要求。 解：风压力弯矩：1点：2点：风吸力弯矩：1点：2点：,1,2,一、弯矩作用平面内的稳定 特点：一压就弯,不存在随遇平衡状态及其相应的临界荷载（即，从稳定平衡到不稳定平衡的转折点） 。,第三节 实腹式压弯构件的稳定,在弯矩作用平面内失稳属第二类稳定，偏心压杆的临界力与其相对偏心率

13、 有关， 为截面核心矩， 大则临界力低，见图76。,稳定也是某一截面上的应力，但它是针对整个构件而言不是针对某个截面上的应力，是一个变形问题。整体稳定包括两方面弯矩作用平面内的弯曲失稳及弯矩作用平面外的弯扭失稳。,图76 压弯构件不同偏心率下承载力与侧移的关系曲线,实用计算公式的推导：假设两端铰支的压弯构件，变形曲线为正弦曲线,按其受压最大边缘纤维应力达到屈服点时的承载力。,上式是由弹性阶段的边缘屈服准则导出的，与实腹式压弯构件的考虑塑性发展理论有差别，规范在数值计算基础上给出了以下实用表达式：,考虑抗力分项系数并引入弯矩非均匀分布时的等效弯矩系数mx后，得,【说明1】NEx为欧拉临界力，NE

14、x应除以抗力分项系数R，注明NEx为参数，其值为NEx/RNEx/1.1。 【说明2】 mx(或tx)为等效弯矩系数，实质为其他荷载作用时的临界弯矩与均匀弯矩作用临界弯矩的比值。,规范mx对作出具体规定：1、框架柱和两端支承构件（1）没有横向荷载作用时：M1、M2为端弯矩，无反弯点(两端弯矩使构件产生同向曲率)时取同号，否则取异号，M1M2。,（2）有端弯矩和横向荷载同时作用时:使构件产生同向曲率时: mx =1.0使构件产生反向曲率时: mx =0.85 （3）仅有横向荷载时：mx =1.0,2、悬臂构件: mx =1.0,对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉区可能先受拉出现塑性，

15、为此应满足：,二、弯矩作用平面外的稳定,弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同， 因此其失稳形式也相同平面外弯扭屈曲。基本假定： 1、由于平面外截面刚度很大,故忽略该平面的挠曲变形。 2、杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。 3、材料为弹性。,式中:,（1）工字形（含H型钢）截面双轴对称时：单轴对称时：,tx等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为计算单元，取值同mx ；,（2）T形截面（M绕对称轴x作用）弯矩使翼缘受压时：双角钢T形截面：剖分T型钢和两板组合T形截面：,弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于 时：,3. 箱形截面：,注意： 用以上公式求得的应b1.0； 以上公式已考虑了构件的弹塑性失稳问题， 当b 0.6时，不需要换算； 闭口截面b=1.0。 弯扭失稳的影响因素：支座约束，荷载分布（变形），加载位置，截面形状，侧向约束。,