钢结构设计原理.ppt

轴心受力构件
第一节概述
第二节轴心受力构件的强度与刚度
第三节轴心受压构件的稳定
第四节轴心受压柱的设计
第五节柱头和柱脚
1、轴心受力构件的应用
桁架、塔架、网架、
网壳、支撑等杆件体系,工作平台支柱等,
假设节点为铰接连接。
第一节概述
热轧型钢截面
冷弯薄壁型钢截面
实腹式组合截面
(整体连通的截面)
格构式组合截面
2、轴心受力构件的截面形式
截面选型的要求是:
(1)用料经济,形状简单,便于制作
(2)便于与其他构件连接;
(3) 面积保证:A,An;
(4)刚度足够:宽大且薄,I 大。
3、设计要求
轴心受力构件应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。
正常使用极限状态的要求用构件的长细比来保证构件的刚度;
承载能力极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。
轴心受拉构件:强度和刚度验算;
轴心受压构件:强度、稳定和刚度验算。
稳定问题是钢构件的重点问题,所有钢构件都涉及到稳定问题,是钢构件设计的重点与难点。
4、设计内容
构件的截面:截面选择、尺寸确定,承载能力和正常使用极限状态的验算;
柱头:支撑平台梁、桁架等;
柱脚:将压力传给基础。
第二节轴心受力构件的强度与刚度
一、强度计算
1、轴心受拉构件:毛截面屈服和净截面断裂准则
截面无削弱时的强度:
毛截面屈服:轴心受力构件的强度应以毛截面的平均应力不超过钢材的屈服强度为准则,出现不适于继续承载的变形。
(
4
-
1
)
孔洞处截面应力分布
(
a
)
弹性状态应力;
(
b
)
极限状态应力
(
a
)
(
b
)
N
N
N
N
s
0
s
max
=3
s
0
f
y
截面有削弱时的强度:
准则:以净截面达到钢材的抗拉强度为极限状态,净
截面只是杆件的局部区域,达到屈服整个杆件变形不
大,不会影响继续承载。
净截面断裂的抗力分项系数。由于断裂的后果
比屈服严重,故取值高,使
,故为方便
设计,对净截面按屈服进行计算。
当拉杆的截面有局部削弱时,截面上的应力分布就不均匀,在孔边或削弱处边缘就会出现应力集中。但当应力集中部分进入塑性后,内部的应力重分布会使最终拉应力分布趋于均匀。
因而须保证两点:
(1)选用的钢材要达到规定的塑性(延伸率);
(2)截面开孔和消弱应有圆滑和缓的过渡,改变截面、厚度时坡度不得大于1::4。
另外,当轴心拉杆与其它构件采用螺栓或高强螺
栓连接时,连接处的净截面强度计算按第三章所述。
2、轴心受压构件:
轴心压杆的截面若无削弱,就不会发生强度破坏。截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响小,也不会发生强度破坏。通常整体稳定是确定构件截面重要因素。
如截面削弱的程度较整体失稳对承载力的影响大,则会发生强度破坏。轴心压杆的强度计算方法同轴心拉杆,以截面的平均应力达到屈服点为强度破坏准则。