《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》土建教學(xué)PPT課件

《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》土建教學(xué)PPT課件,鋼結(jié)構(gòu)基本原理,鋼結(jié)構(gòu),基本原理,土建,教學(xué),PPT,課件 鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件Chapter 4Chapter 4 第四章第四章軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件1-軸心受力構(gòu)件的類型軸心受力構(gòu)件的類型軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件軸心受力構(gòu)件截面形式：軸心受力構(gòu)件截面形式：鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度一、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計算一、軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計算對于有孔洞削弱的軸心受力構(gòu)件，仍以其凈截面的平均應(yīng)力對于有孔洞削弱的軸心受力構(gòu)件，仍以其凈截面的平均應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度限值作為設(shè)計時的控制值。其計算公式為達(dá)到其強(qiáng)度限值作為設(shè)計時的控制值。其計算公式為鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件An取值取值：當(dāng)軸心受力構(gòu)件采用普通螺栓（或錨栓）連接時，若螺當(dāng)軸心受力構(gòu)件采用普通螺栓（或錨栓）連接時，若螺栓（或錨栓）為并列布置圖栓（或錨栓）為并列布置圖-（），（），A按最危險按最危險截面截面計算。若螺栓錯排布置圖計算。若螺栓錯排布置圖-（），構(gòu)件（），構(gòu)件可能沿正交截面可能沿正交截面破壞，也可能沿鋸齒狀截面破壞，也可能沿鋸齒狀截面破壞。破壞。A應(yīng)通過計算比較確定，即取截面應(yīng)通過計算比較確定，即取截面和截面和截面兩者兩者較小者為凈截面面積。較小者為凈截面面積。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件An取值取值：對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，可以認(rèn)為連接對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，可以認(rèn)為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（圖前接觸面已傳遞一半的力（圖-）。因此，最外列螺栓處危險截面的凈截面強(qiáng)度應(yīng)按。因此，最外列螺栓處危險截面的凈截面強(qiáng)度應(yīng)按式（式（-）和式（）和式（-）計算）計算鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件二、軸心受力構(gòu)件的剛度計算二、軸心受力構(gòu)件的剛度計算按正常使用極限狀態(tài)的要求，軸心受力構(gòu)件均應(yīng)具按正常使用極限狀態(tài)的要求，軸心受力構(gòu)件均應(yīng)具有一定的剛度。軸心受力構(gòu)件的剛度通常用長細(xì)比有一定的剛度。軸心受力構(gòu)件的剛度通常用長細(xì)比來衡量，長細(xì)比愈小，表示構(gòu)件剛度愈大，反之則來衡量，長細(xì)比愈小，表示構(gòu)件剛度愈大，反之則剛度愈小。剛度愈小。當(dāng)軸心受力構(gòu)件剛度不足時，在本身自重作用下容當(dāng)軸心受力構(gòu)件剛度不足時，在本身自重作用下容易產(chǎn)生過大的撓度，在動荷載作用下容易產(chǎn)生振動，易產(chǎn)生過大的撓度，在動荷載作用下容易產(chǎn)生振動，在運(yùn)輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲。因此，設(shè)計時在運(yùn)輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲。因此，設(shè)計時應(yīng)對軸心受力構(gòu)件的長細(xì)比進(jìn)行控制。應(yīng)對軸心受力構(gòu)件的長細(xì)比進(jìn)行控制。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件軸心受力構(gòu)件對主軸軸心受力構(gòu)件對主軸x軸、軸、y軸的長細(xì)比軸的長細(xì)比和和應(yīng)滿足下列要求應(yīng)滿足下列要求:鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件一、整體穩(wěn)定的計算一、整體穩(wěn)定的計算1.1.整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力確定軸心壓桿整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的方法一般有下列四種。確定軸心壓桿整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的方法一般有下列四種。3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定a.屈曲準(zhǔn)則屈曲準(zhǔn)則彎曲屈曲彎曲屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲扭轉(zhuǎn)屈曲彎扭屈曲彎扭屈曲鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件一、整體穩(wěn)定的計算一、整體穩(wěn)定的計算1.1.整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定b.邊緣準(zhǔn)則邊緣準(zhǔn)則實(shí)際的軸心壓桿與理想柱的受力性能實(shí)際的軸心壓桿與理想柱的受力性能之間是有很大差別的，這是因?yàn)閷?shí)際之間是有很大差別的，這是因?yàn)閷?shí)際軸心壓桿是帶有初始缺陷的構(gòu)件。邊軸心壓桿是帶有初始缺陷的構(gòu)件。邊緣屈服準(zhǔn)則以有初偏心和初彎曲等的緣屈服準(zhǔn)則以有初偏心和初彎曲等的壓桿為計算模型，截面邊緣應(yīng)力達(dá)到壓桿為計算模型，截面邊緣應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)即視為壓桿承載能力的極限。屈服點(diǎn)即視為壓桿承載能力的極限。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件一、整體穩(wěn)定的計算一、整體穩(wěn)定的計算1.1.整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力c.最大強(qiáng)度準(zhǔn)則最大強(qiáng)度準(zhǔn)則最大強(qiáng)度準(zhǔn)則仍以有初始缺陷（初偏最大強(qiáng)度準(zhǔn)則仍以有初始缺陷（初偏心、初彎曲和殘余應(yīng)力等）的壓桿為心、初彎曲和殘余應(yīng)力等）的壓桿為依據(jù)，但考慮塑性依據(jù)，但考慮塑性深入截面，以構(gòu)件最后破壞時所能達(dá)深入截面，以構(gòu)件最后破壞時所能達(dá)到的最大軸心壓力值作為壓桿的穩(wěn)定到的最大軸心壓力值作為壓桿的穩(wěn)定極限承載力。極限承載力。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件壓桿失穩(wěn)時臨界應(yīng)力壓桿失穩(wěn)時臨界應(yīng)力與長細(xì)比與長細(xì)比之間的關(guān)系曲線稱為柱之間的關(guān)系曲線稱為柱子曲線。我國現(xiàn)行子曲線。我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范所采用的軸心受壓所采用的軸心受壓柱子曲線是按最大強(qiáng)度準(zhǔn)則確定的，計算結(jié)果與國內(nèi)各單柱子曲線是按最大強(qiáng)度準(zhǔn)則確定的，計算結(jié)果與國內(nèi)各單位的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，較為吻合，說明了計算理論和位的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，較為吻合，說明了計算理論和方法的正確性?，F(xiàn)行方法的正確性?，F(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范在上述計算資料在上述計算資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，將這些柱子曲線合并歸納為四的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，將這些柱子曲線合并歸納為四組，取每組中柱子曲線的平均值作為代表曲線，即圖組，取每組中柱子曲線的平均值作為代表曲線，即圖-中的、四條曲線。在中的、四條曲線。在的常用范圍，柱子曲線比曲線高出的常用范圍，柱子曲線比曲線高出，而曲線比曲線低，曲線則更低，主，而曲線比曲線低，曲線則更低，主要用于厚板截面。要用于厚板截面。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件2 2.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算軸心受壓構(gòu)件所受應(yīng)力應(yīng)不大于整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，軸心受壓構(gòu)件所受應(yīng)力應(yīng)不大于整體穩(wěn)定的臨界應(yīng)力，考慮抗力分項系數(shù)考慮抗力分項系數(shù) 后，即為后，即為鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)范范對對軸軸心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件的的整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定計算采用下列形式計算采用下列形式:整體穩(wěn)定系數(shù) 值應(yīng)根據(jù)表-、表-的截面分類和構(gòu)件的長細(xì)比，按附表-附表-查出鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件整體穩(wěn)定系數(shù) 值應(yīng)根據(jù)表-、表-的截面分類和構(gòu)件的長細(xì)比，按附表-附表-查出構(gòu)件長細(xì)比應(yīng)按照下列規(guī)定確定：(1)截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件(2)截面為單軸對稱的構(gòu)件對雙板形和槽形等單軸對稱截面進(jìn)行彎扭分析后，認(rèn)為繞對稱軸（設(shè)為狔軸）的穩(wěn)定應(yīng)取計及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的下列換算長細(xì)比代替。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定二、軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定軸心受壓構(gòu)件都是由一些板件組成的，一般板件的厚度與板的寬度相比都較小，設(shè)計時應(yīng)考慮局部穩(wěn)定問題鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件1.1.工字形截面穩(wěn)定計算工字形截面穩(wěn)定計算（）翼緣（）腹板2.2.形截面（）腹板（）翼緣鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件3.3.箱形截面穩(wěn)定計算箱形截面穩(wěn)定計算（）受壓翼緣（）腹板2.2.圓鋼管截面鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件4實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件一般采用雙軸對稱截面，避免彎扭失穩(wěn)。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。進(jìn)行實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計時，根據(jù)內(nèi)力大小、計算長度、加工量、材料供應(yīng)等情況綜合進(jìn)行考慮。進(jìn)行截面設(shè)計時，應(yīng)采取的原則包括：面積的分布盡量開展；兩個主軸方向盡量等穩(wěn)定性；便于與其他構(gòu)件進(jìn)行連接；盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件一、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計一、實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計設(shè)計設(shè)計步驟（）假定構(gòu)件的長細(xì)比，求出需要的（）假定構(gòu)件的長細(xì)比，求出需要的截面面積截面面積A。（）求兩個主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑（）求兩個主軸所需要的回轉(zhuǎn)半徑（）由面積、回轉(zhuǎn)半徑優(yōu)先選（）由面積、回轉(zhuǎn)半徑優(yōu)先選用軋制型鋼。用軋制型鋼。一般假定（）由所需要的（）由所需要的A A、h h、b b等，考慮構(gòu)等，考慮構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初選尺寸。定截面的初選尺寸。（）構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算（）構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件5格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一般由兩個肢件組成，例如用兩根槽鋼或 型鋼作為肢件，肢件間用綴條或綴板連成整體。在柱的橫截面上穿過肢件腹板的軸稱為實(shí)軸；穿過兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸。綴條一般用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的換算長細(xì)比一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的換算長細(xì)比格構(gòu)式構(gòu)件繞實(shí)軸的穩(wěn)定計算要求和步驟與實(shí)腹式構(gòu)件相同。格構(gòu)式構(gòu)件繞虛軸的穩(wěn)定計算：繞虛軸的整體穩(wěn)定臨界力比長細(xì)比相同的實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件低。綴條式格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比 綴板式格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件3四肢格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比4三肢格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材設(shè)計二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴材設(shè)計格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的橫向剪力 綴條的設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件3綴板的設(shè)計綴板柱可視為一多層框架，整體撓曲時假定各層分肢中點(diǎn)和綴板中點(diǎn)為反彎點(diǎn)。取出脫離體，可得綴板內(nèi)力為剪力：彎矩（與肢件連接處）：鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件三、格構(gòu)式構(gòu)件的構(gòu)造要求三、格構(gòu)式構(gòu)件的構(gòu)造要求格構(gòu)式構(gòu)件橫截面中部空心，抗扭剛度較差。為了提高其抗扭剛度，保證構(gòu)件在運(yùn)輸和安裝過程中的截面形狀不變，應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔。橫隔的間距不得大于構(gòu)件較大寬度的倍或，且每個運(yùn)送單元的端部均應(yīng)設(shè)置橫隔。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件設(shè)計設(shè)計步驟（）按對實(shí)軸（）按對實(shí)軸（yy軸）的整體穩(wěn)定軸）的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實(shí)腹式構(gòu)件的選擇柱的截面，方法與實(shí)腹式構(gòu)件的計算相同。計算相同。（）按對虛軸（）按對虛軸（xx軸）的整體穩(wěn)定軸）的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。確定兩分肢的距離。（）驗(yàn)算構(gòu)件對虛軸的整體穩(wěn)定性，（）驗(yàn)算構(gòu)件對虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時應(yīng)調(diào)整犫再進(jìn)行驗(yàn)算不合適時應(yīng)調(diào)整犫再進(jìn)行驗(yàn)算（）計算綴條或綴板（包括與分肢的（）計算綴條或綴板（包括與分肢的連接）。連接）。四、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計步驟四、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計步驟為了獲得等穩(wěn)定性，應(yīng)使兩方向?yàn)榱双@得等穩(wěn)定性，應(yīng)使兩方向的長細(xì)比相等，即的長細(xì)比相等，即 。綴條柱（雙肢）綴板柱（雙肢）鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件6軸心受壓柱的柱頭和柱腳軸心受壓柱的柱頭和柱腳一、軸心受壓柱柱頭一、軸心受壓柱柱頭柱的頂部與梁（桁架）連接的部分稱為柱頭，作用是通過柱頭將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳到柱身。柱下端與基礎(chǔ)連接的部分稱為柱腳，作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基礎(chǔ)，并將柱固定于基礎(chǔ)。梁與軸心受壓柱鉸接時，梁可支承于柱頂上，亦可連于柱的側(cè)面。梁支于柱頂時，梁的支座反力通過柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件二、二、軸心受壓柱柱腳柱腳的構(gòu)造應(yīng)使柱身的內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ)，并和基礎(chǔ)牢固地連接。軸心受壓柱的柱腳主要傳遞軸心壓力，與基礎(chǔ)的連接一般采用鉸接。圖-（）所示為格構(gòu)式柱柱腳。圖-（）所示為在靴梁外側(cè)設(shè)置肋板，底板做成正方形或接近正方形。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件1.柱底板的計算（）底板的平面尺寸。所需要的底板凈面積A 應(yīng)滿足:混凝土局部承壓時的強(qiáng)度提高系數(shù)；:基礎(chǔ)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，應(yīng)考慮基礎(chǔ)混凝土局部承壓時強(qiáng)度提高系數(shù)。根據(jù)構(gòu)造要求確定底板寬度為:（）底板的厚度。底板的厚度由板的抗彎強(qiáng)度決定。鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件（）底板的厚度。底板的厚度由板的抗彎強(qiáng)度決定。底板可視為一支承在靴梁、隔板和柱端的平板，承受基礎(chǔ)傳來的均勻反力。靴梁、肋板、隔板和柱端面均可視為底板的支承邊，將底板分隔成不同的區(qū)格，有四邊支承、三邊支承、兩相鄰邊支承和一邊支承等區(qū)格。在均勻分布的基礎(chǔ)反力作用下，各區(qū)格板單位寬度上的最大彎矩。）四邊支承區(qū)格鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件）三邊支承區(qū)格和兩相鄰邊支承區(qū)格）一邊支承區(qū)格（懸臂板）幾部分板承受的彎矩一般不相同，取各區(qū)格板中的最大幾部分板承受的彎矩一般不相同，取各區(qū)格板中的最大彎矩彎矩M 來確定板的厚度來確定板的厚度t鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)基本原理系列課件系列課件 靴梁的計算 隔板與肋板的計算靴梁的高度由其與柱邊連接所需的焊縫長度決定，此連接焊縫承受柱身傳來的壓力N。靴梁的厚度比柱翼緣厚度略小。靴梁按支承于柱邊的雙懸臂梁計算，根據(jù)所承受的最大彎矩和最大剪力值，驗(yàn)算靴梁的抗彎和抗剪強(qiáng)度。隔板可視為支承于靴梁上的簡支梁，荷載可按承受圖-中陰影面積底板反力計算，按此荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力驗(yàn)算隔板與靴梁的連接焊縫以及隔板本身的強(qiáng)度。注意隔板內(nèi)側(cè)的焊縫不易施焊，計算時不能考慮受力。肋板按懸臂梁計算，承受的荷載為圖-所示的陰影部分的底板反力。肋板與靴梁間的連接焊縫以及肋板本身的強(qiáng)度均應(yīng)按其承受的彎矩和剪力來計算。