第五章 钢柱与钢压杆

第五章钢柱与钢压杆第一节应用和构造形式一、应用无节间荷载的钢桁架上弦杆和一部分腹杆——轴心受压构件有节间荷载的钢桁架上弦杆，框架柱——压弯构件第五章钢柱与钢压杆第一节应用和构造形式第五章钢柱与钢压杆第一节应用和构造形式二、构造柱头柱身柱脚按柱身构造形式分为实腹柱格构柱第五章钢柱与钢压杆第一节应用和构造形式第五章钢柱与钢压杆第二节轴心受压实腹式构件的整体稳定性截面 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第五章钢柱与钢压杆第二节轴心受压实腹式构件的整体稳定性一、理想轴心压杆的临界力理想轴心压杆：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应力稳定平衡：N较小时，直线平衡状态随遇平衡（中性平衡）：N增大到某一数值时，保持微弯平衡状态不稳定平衡：N再稍有增加，弯曲变形随即突然增大，杆件屈曲第五章钢柱与钢压杆轴心压杆保持微弯平衡状态的临界力临界应力：计算长度系数（与杆件支承情况有关）第五章钢柱与钢压杆两端铰支＝1.0一端固定，一端铰支＝0.7一端固定，一端自由＝0.5＝2两端固定提高稳定性方法：减小计算长度增大截面回转半径（A一定，增大I）欧拉公式适用条件：材料处于弹性范围，即进入非弹性阶段，用切线模量代替E当二、残余应力的影响第五章钢柱与钢压杆焊接工字形截面，翼缘为轧制边的残余应力分布：残余应力：在杆件尚未承受外荷载前已存在的一种初应力，在截面上自相平衡。第五章钢柱与钢压杆残余应力的影响：1、在轴心压力N作用下，使截面的某些部位提前屈服当平均应力翼缘两外端达到第五章钢柱与钢压杆2、将截面分成变形模量不同的两部分降低截面刚度。3、降低压杆的稳定承载能力第五章钢柱与钢压杆4、对弱轴的影响比对强轴严重对强轴x-x轴屈曲对弱轴y-y轴屈曲第五章钢柱与钢压杆三、实际轴心压杆的稳定极限承载力极限承载力理论（压溃理论或最大强度准则）：考虑初偏心、初弯曲、残余应力等的影响，按偏心压杆的稳定理论求其极限荷载C点之前：稳定平衡C点之后：不稳定平衡C点：稳定极限应力第五章钢柱与钢压杆实际轴心受压构件受残余应力、初弯曲、初偏心的影响，且影响程度还因截面形状、尺寸和屈曲方向而不同，因此每个实际构件都有各自的柱子曲线。规范在制定轴心受压构件的柱子曲线时，根据不同截面形状和尺寸、不同加工条件和相应的残余应力分布和大小、不同的弯曲屈曲方向以及l/1000的初弯曲，按照极限承载力理论，采用数值积分法，对多种实腹式轴心受压构件弯曲屈曲算出了近200条柱子曲线。规范将这些曲线分成四组，也就是将分布带分成四个窄带，取每组的平均值曲线作为该组代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 曲线，给出a、b、c、d四条柱子曲线，规范：按截面形式，加工方法，弯曲方向不同及相应的残余应力，算出稳定系数与长细比的关系曲线并归为a，b，c,(d)四类GB50017的柱子曲线第五章钢柱与钢压杆计算公式：：轴心压杆的稳定系数根据表5-1的截面分类、构件钢号、长细比查附录七四、刚度验算第五章钢柱与钢压杆第三节　轴心受压实腹式构件的局部稳定性在计算中通常以限值板宽厚比来保证其局部稳定性计算原则：局部失稳不先于整体失稳1、工字形截面翼缘：三边简支，一边自由第五章钢柱与钢压杆翼缘板在弹塑性阶段工作弹塑性阶段弹性模量折减系数对上式简化为直线式第五章钢柱与钢压杆2、腹板：两边简支，两边弹性固定于翼缘b：翼缘自由外伸宽度构件长细比的较大值第五章钢柱与钢压杆第四节　　轴心受压实腹式柱设计、截面形式常用截面形式有轧制普通工字钢、H型钢、焊接工字形截面、型钢和钢板组合截面、圆管、方管截面等。第五章钢柱与钢压杆选择截面的原则：1.面积分布尽量开展，以增加截面惯性矩和回转半径（提高柱的整体稳定性和刚度）2.等稳定性3.便于与其他构件连接，尽可能构造简单，制造省工第五章钢柱与钢压杆普通工字型钢：，当，采用不经济适用于宽翼缘H型钢：改善截面对y轴的稳定性焊接工字形截面：组合灵活，易使截面分布合理，应用广泛管形截面：两个方向的回转半径相近，构件为封闭式，内部不易生锈，但与其他构件连接较麻烦第五章钢柱与钢压杆二、截面选择已知：N，截面形式，钢号，A与是相关联的两未知数，通过试算确定A步骤：1.假设长细比第五章钢柱与钢压杆2.确定截面尺寸（1）利用等稳定条件，一般由近似关系第五章钢柱与钢压杆特例:焊接工字形截面若由等稳条件，则形成扁而宽的截面，与其它构件连接困难按构造取第五章钢柱与钢压杆（2）由A，b1,h试选t,tw主要由局部稳定条件确定第五章钢柱与钢压杆（1）整体稳定性（2）强度（有孔洞削弱）3、验算（按选定的截面尺寸，求实际面积和实际长细比）第五章钢柱与钢压杆（3）局部稳定性验算（4）刚度第五章钢柱与钢压杆实腹柱不满足局部稳定要求：1.增加腹板厚度tw（不经济）2.设置纵向加劲肋（减小腹板计算高度）3.板屈曲后还有很大承载能力按有效截面计算考虑腹板部分退出工作，腹板截面面积仅考虑腹板两侧各按有效截面计算整体稳定第五章钢柱与钢压杆三、构造要求1.腹板`或需设置纵向加劲肋的柱，应成对布置横向加劲肋间距2.轴压构件，翼缘与腹板连接焊缝厚度（偶然性弯曲引起的剪力很小）（防止腹板在运输和 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 过程中发生变形，提高柱的抗扭刚度）第五章钢柱与钢压杆【例题4-1】某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图所示。柱的上、下端均为铰接，柱高4.2m，承受的轴心压力设计值为1000kN，钢材为Q235，翼缘为火焰切割边，焊条为E43系列，手工焊。试验算该柱是否安全。第五章钢柱与钢压杆第五节　轴心受压格构式构件的稳定性y－y：实轴（穿过单肢腹板的主轴）x－x：虚轴（穿过缀材平面的主轴）、特点绕实轴y的稳定计算同实腹式构件(两个单肢相当于两个并排的实腹式构件)2.绕虚轴x的稳定性比有同样λ实腹式构件小第五章钢柱与钢压杆二、绕虚轴x的整体稳定性计算轴压构件失稳时与梁的弯曲相同，产生弯矩和剪力，对实腹式构件，剪力由通长的腹板承受，剪切变形很小，可忽略格构式构件，单肢每隔一定的距离用缀材联系，柱是中空的，绕虚轴失稳时，剪力引起的变形比实腹式构件大，第五章钢柱与钢压杆考虑剪力对临界力降低的影响临界应力公式：——单位剪切角（剪力V＝1是产生的剪切角）实腹式构件格构式构件：令（换算长细比）绕虚轴x的临界应力第五章钢柱与钢压杆※　用加大长细比的办法考虑剪切变形的影响计算绕虚轴整体稳定性的公式：　：由查表得到第五章钢柱与钢压杆双肢缀条柱A——格构柱截面面积A1——（两个缀条平面）斜缀条毛截面面积之和　单斜式A1＝两根斜缀条面积之和双斜式A1＝四根斜缀条面积之和第五章钢柱与钢压杆双肢缀板式柱——柱单肢对自身最小刚度轴1－1轴长细比——为缀板间的净距第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计截面形式第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计截面形式缀条式格构柱：缀条与两单肢构成桁架体系，刚性较大，用于受力较大的柱缀板式格构柱：缀板与两单肢构成刚架体系，变形时各杆均有弯曲变形大，用于受力较小的柱第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计一、双肢格构柱截面选择1、绕实轴y的稳定性选择截面（同实腹式构件）　假定长细比按实际A,,验算绕y轴的稳定性第五章钢柱与钢压杆2、确定两单肢间距b1,b（等稳定条件)双肢缀条柱：预先估计斜缀条A1,一般用角钢40×5或50×6第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计双肢缀板柱：为柱单肢对自身最小刚度轴1－1轴长细比第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计构造要求：两槽钢的净间距验算绕虚轴的稳定性：选定的b值可不进行验算第五章钢柱与钢压杆第六节轴心受压格构式构件设计二、设计缀材（缀条或缀板）当轴压格构柱达到临界状态绕虚轴弯曲时，缀条或缀板受横向剪力1、确定剪力假设绕虚轴弯曲时的挠曲线为正弦曲线第五章钢柱与钢压杆V呈余弦曲线，最大值在构件两端由临界状态时，受压侧柱肢全部屈服条件决定：第五章钢柱与钢压杆替换写成设计式:绕虚轴整体稳定性系数规范采用计算时:假定剪力V沿全长不变，由缀条或缀板面共同分担第五章钢柱与钢压杆2、缀条设计单斜式缀条　　双斜式缀条剪力由缀条面共同承担缀条可视为以柱肢为弦杆的桁架的腹杆每根斜缀条的内力：单斜式缀条：双斜式缀条第五章钢柱与钢压杆a.按轴心压杆计算:单根缀条截面面积采用单角钢40×5或50×6，与柱肢连接存在偏心，将强度设计值折减等边角钢折减系数短边相连的不等边角钢长边相连的不等边角钢第五章钢柱与钢压杆:斜缀条长细比:斜缀条几何长度:单角钢最小回转半径b、缀条与柱肢连接焊缝计算单角钢单面连接乘以折减系数0.85第五章钢柱与钢压杆3、缀板设计缀板与两单肢视为一多层刚架，整体挠曲时，假定各层肢段的中点和缀板中点为反弯点反弯点处M＝0，仅受剪力取一段脱离体分析，由力矩平衡条件得缀板受的垂直剪力：两缀板中心间距第五章钢柱与钢压杆缀板与柱肢连接处弯矩：a、缀板内力不大，截面尺寸由构造要求确定b、缀板与柱肢的角焊缝连接计算第五章钢柱与钢压杆1、缀条柱　四、单肢稳定性在两相邻缀材之间的单肢是一单独的轴心受压实腹式构件单肢失稳不先于柱整体失稳，限制单肢长细比2、缀板柱　：缀条节点间的距离或缀板之间的净距离：柱单肢对自身1－1轴回转半径第五章钢柱与钢压杆隔板与柱肢和缀板相焊六、构造要求在运输单元两端和受有较大水平力处设置横隔板，增加刚度五、刚度