钢结构基础第三章.ppt
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1、钢 结 构,普通高等学校土建学科专业“十一五”规划教材,陈绍蕃 顾强 主编,中国建筑工业出版社 2011年1月,第3章 构件的截面承载力强度,第3章 构件的截面承载力 强度,轴心受力构件的强度 梁的强度 拉弯、压弯构件的强度,主要内容:,重点:,按强度条件设计构件截面,第3章 构件的截面承载力强度,钢结构的承载能力分为三个层次,截面承载能力、构件承载能力和结构承载能力。构件截面的承载能力取决于材料的强度和应力性质及其在截面上的分布,属于强度问题。构件有可能在受力最大截面还未达到强度极限之前因丧失稳定而失去承载能力。稳定承载力取决于构件的整体刚度,因而属于构件承载力。组成钢构件的板件还有可能局部
2、失稳,它也不属于个别截面的承载能力问题。整体结构的承载能力也往往和失稳有关。,第3章 构件的截面承载力强度,3.1 轴心受力构件的强度,应用:主要承重结构、平台、支柱、支撑等 截面形式,3.1.1 轴心受力构件的应用和截面选择,热轧型钢截面,热轧型钢截面,第3章 构件的截面承载力强度,冷弯薄壁型钢截面,冷弯薄壁型钢截面,第3章 构件的截面承载力强度,型钢和钢板的组合截面,实腹式组合截面,格构式组合截面,第3章 构件的截面承载力强度,对截面形式的要求,能提供强度所需要的截面积 制作比较简便 便于和相邻的构件连接 截面开展而壁厚较薄,第3章 构件的截面承载力强度,承载极限: 截面平均应力达到fu
3、,但缺少安全储备 毛截面平均应力超过fy ,结构变形过大,3.1.2 轴心受拉构件的强度,钢材的应力应变关系,计算准则: 毛截面平均应力不超过fy,第3章 构件的截面承载力强度,应力集中现象,孔洞处截面应力分布,(a) 弹性状态应力 (b) 极限状态应力,第3章 构件的截面承载力强度,设计准则:净截面平均应力不超过fy,设计公式:,钢材的抗拉强度设计值,(例题3-1),3.1.3 轴心受压构件的强度,强度计算与轴心受拉一样,一般其承载力由稳定控制。,第3章 构件的截面承载力强度,3.2 梁的类型和强度,分类:,3.2.1 梁的类型,钢梁类型,按制作方式分:型钢梁和组合梁,第3章 构件的截面承载
4、力强度,楔形梁,按梁截面沿长度有无变化分:等截面梁和变截面梁,蜂窝梁,第3章 构件的截面承载力强度,双向弯曲梁,按受力情况分:单向弯曲梁和双向弯曲梁,(a) 屋面檩条 (b) 吊车梁,第3章 构件的截面承载力强度,预应力梁,基本原理:受拉侧设置高预拉力的钢筋,使梁受荷前反弯曲。 制作、施工过程复杂。,预应力梁,第3章 构件的截面承载力强度,梁的极限承载能力包括:,截面的强度:弯、剪、扭及综合效应。 构件的整体稳定 板件的局部稳定 直接受重复荷载时,疲劳,梁的应用范围:,房屋建筑和桥梁工程。 如楼盖梁、平台梁、吊车梁、檩条及大跨斜拉桥、悬索桥中的桥面梁等。,第3章 构件的截面承载力强度,梁的正应
5、力:,3.2.2 梁的弯曲、剪切强度,梁的M -曲线,应力-应变关系简图,第3章 构件的截面承载力强度,正应力发展的四个阶段:,梁的正应力分布,(a) 弹性工作阶段:疲劳计算、冷弯薄壁型钢 (b) 弹塑性工作阶段:一般受弯构件 (c) 塑性工作阶段:塑性铰 (d) 应变硬化阶段:一般不利用,第3章 构件的截面承载力强度,弹性工作阶段 Me=Wnfy 塑性工作阶段 Mp=Wpnfy Wpn= S1n+ S2n 弹塑性阶段 F=Wp/W,各阶段最大弯矩:,!对矩形截面F=1.5; 圆形截面F=1.7; 圆管截面F=1.27; 工字形截面对轴 在1.10和1.17之间,第3章 构件的截面承载力强度,
6、计算步骤:,受弯构件抗弯强度,a、找出达到极限弯矩时截面中和轴, 即:与弯曲主轴平行面积平分线, 该中和轴两边面积相等。 在双轴对称截面中,该轴就是主轴。 b、分别求两侧面积对中和轴的面积矩, 面积矩之和即为塑性截面模量。,对矩形截面:,而:,第3章 构件的截面承载力强度,塑性发展系数:,受弯构件抗弯强度,对矩形截面:,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,【例一】弹性截面模量与塑性截面模量计算。 T形截面:,求:强轴方向和弱轴方向的塑性截面模量, 并与弹性截面模量比较。,解: 1、截面面积,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,2、求强轴方向塑性截面模量,3、求弱轴方向塑
7、性截面模量,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,4、求对两主轴弹性截面模量,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,5、两方向塑性截面模量与弹性截面模量比较,第3章 构件的截面承载力强度,单向弯曲:,双向弯曲:,Mx、My 梁截面内绕x、y轴的 最大计算弯矩 Wnx、Wny 截面对x、y轴的净截面 抵抗矩 x、y 截面对x、y轴的有限塑性 发展系数 f 钢材抗弯设计强度,工程上以梁内塑性发展到一定深度作为设计极限状态, 即采用有限塑性准则。,受弯构件抗弯强度,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,有限塑性发展系数:,对工字形截面:,对箱形截面:,其它截面形式的有限
8、塑性发展系数详见规范或手册。,第3章 构件的截面承载力强度,受弯构件抗弯强度,关于截面有限塑性系数规定: a、仅承受静载或间接动荷载时考虑塑性发展, 对承受直接动力荷载,取,b、充分保证受弯构件不发生整体失稳。 c、为保证受压翼缘不发生局部失稳, 当 时,取,第3章 构件的截面承载力强度,塑性设计时:,GB50018(冷弯型钢梁)计算公式:,单向弯曲时,双向弯曲时,第3章 构件的截面承载力强度,梁的剪应力:,弯曲剪应力分布,钢材的抗剪强度设计值,S计算剪应力处以上毛截面对中和轴的的面积矩,例题3-2,第3章 构件的截面承载力强度,3.2.3 梁的扭转,扭转形式:自由扭转和约束扭转,梁的扭转,第
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