钢结构基础第3章(1).ppt
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1、第3章 构件的截面承载力强度,轴力构件的强度 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,结构的承载能力是最重要的极限状态,它分为三个层次: 本章解决第一层次的截面强度问题,它分为两个方面: 强度计算公式(不包括疲劳破损和脆性断裂); 按强度要求选择构件截面。 强度验算大部分可以用材料力学的公式,但需要注意具体条件。,截面承载能力,即截面强度,还有连接承载能力; 构件承载能力稳定; 结构承载能力。,3.1 轴力构件的强度,应用:主要承重结构(平面桁架、空间桁架和网架)、平台、支柱、支撑等 截面形式,3.1.1 轴力构件的应用和截面选
2、择,热轧型钢截面,热轧型钢截面 冷弯薄壁型钢截面 实腹式组合截面 格构式组合截面,冷弯薄壁型钢截面,冷弯薄壁型钢截面,型钢和钢板的组合截面,实腹式组合截面,格构式组合截面,对截面形式的要求,满足强度:能提供强度所需要的截面积 满足加工:制作比较简便 满足连接:便于和相邻的构件连接 满足刚度:截面开展而壁厚较薄,承载极限: 截面平均应力达到fu ,但缺少安全储备 截面平均应力达fy :结构变形过大丧失继续承载能力,3.1.2 拉杆的强度,钢材的应力应变关系,计算准则: 截面平均应力不超过fy,设计公式:,钢材的抗拉强度设计值,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
3、态应力,拉杆存在孔洞或削弱,有孔洞或局部削弱的拉杆,强度应按净截面计算,有两个计算公式,(3-2)净截面拉断,(3-4)净截面屈服,拉断的后果十分不利,因而在式(3-2)中以0.7代替。 对于Q235和Q345钢,式(3-2)允许较高的应力,只用于仅在杆端有孔(少数截面屈服)的拉杆,式(3-4)则用于沿拉杆全长有孔的情况。 强度更高的钢材,情况相反,式(3-2)比式(3-4)严格,全长有孔的拉杆也应用它来算。,!对高强螺栓摩擦型连接,净截面强度验算要考虑孔前传力的影响。,拉杆存在孔洞或削弱,源于屈强比,式(3-4)不安全。,杆端有孔(少数截面屈服),沿拉杆全长有孔,图示工形截面拉杆,端部只有翼
4、缘和节点板用焊缝连接,在连接区域内,工形截面应力不均匀,A点最高,B点低于A点,腹板中心的C点更低。应力最高处有拉裂危险,为此引入有效截面系数 。 在连接区域外应力分布逐渐均匀 T形钢取0.9,单角钢取0.85, 工形截面 翼缘连接取0.9,腹板连接取0.7.,3.1.3 轴拉构件端部非全部连接者,3.1.4 压杆的强度,孔洞和螺栓(铆钉)之间有缝隙(但压实后可以传力):按全截面公式3-1计算截面强度。 有虚孔的特殊情况,需和拉杆同样对待,按公式3-4计算 。,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
5、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。,3.2 梁的类型和强度,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,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,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,基本原理:受拉侧设置高预拉力的钢筋或钢索,使梁受荷前反弯曲。 制作、施工过程复杂,预应力梁,按是否采用预应力技术分:预应力梁和非预应力梁,梁的正应力:,3.2.2 梁的弯曲、剪切强度,梁的M -曲线,应力-应变关系简图,正应力发展的四个阶段:,梁的正
6、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,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x轴 在1.10和1.17之间,!截面塑性发展系数:,x和 y,取值1.01.2之间(P74表3-3)。 如工字形截面x =1.05, y=1.2; 箱形截面x= y=1.05,截面简图,表3-3 截面塑性发展系数x、 y值
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