高等钢结构理论-第二讲.ppt

1、高等钢结构理论1.钢结构基本性能及特点1.1 钢材生产对材性的影响1.2 钢材加工(施工)对构件性能的影响1.3 外界作用对钢结构性能的影响2.钢结构的几个特殊问题2.1 残余应力及其影响2.2 钢结构的稳定问题2.3 钢结构的断裂问题2.4 钢结构的疲劳问题3.钢结构基本构件3.1 拉杆3.2 轴心压杆3.3 受弯构件3.4 压弯构件4.钢框架理论4.1 失稳形式4.2 分析方法4.3 实际应用第一讲第二讲第三讲目录5.钢结构的连接5.1 焊接5.2 螺栓连接5.3 混合连接6.钢结构构造设计7.冷弯薄壁型钢结构的特点8.其他一些关心的问题8.1 塑性设计8.2 抗震钢结构8.3 箱形梁8.

2、4 受扭构件8.5 设计中的试验工作8.6 钢结构加固设计第四讲目录（续）第五讲第六讲第七讲3.钢结构基本构件：拉杆3.1 拉杆拉杆的极限状态:无孔拉杆有孔拉杆净截面的效率:杆件截面能否发挥作用?角钢拉杆:单角钢拉杆双角钢拉杆桁架中单角钢腹杆的布置螺纹拉杆：因自重的下垂（预应力）:杆端螺纹、花篮螺丝等调整净截面（规范）与有效截面:p 2)D4A e =D 2 (1 k3.钢结构基本构件：压杆3.2 压杆轴心压杆的极限状态：失稳失稳形式：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳（单轴弯曲、双轴弯曲）缺陷的影响：几何缺陷：初始弯曲、初始扭曲、初始偏心等力学缺陷：截面屈服点的非均匀性、残余应力等N A r扭转屈

3、曲和弯扭屈曲的计算压杆的计算长度杆端约束桁架和塔架杆件计算长度3.钢结构基本构件：压杆（续）3.2 压杆（续）格构式压杆剪力对格构柱稳定的影响：换算长细比法几何及力学缺陷对单肢的影响（实际上与一般实腹式不同）单肢验算：缀材计算垫板式组合压杆压杆的截面尺寸板件宽厚比限值截面尺寸的确定：A =N /(f)3.钢结构基本构件：压杆（续）3.2 压杆（续）压杆的支撑：减小计算长度，提高承载力单个柱的支撑柱列的支撑支撑设计中的扭转问题总结：稳定理论在结构设计中的应用轴心受压构件的荷载挠度曲线考虑稳定系数的准则：岔屈曲荷载为准则:截面边缘纤维屈服:构件的极限荷载:无孔拉杆极限状态:全截面屈服结果与拉伸试验

4、的性能十分接近实际工程构件的区别:初始弯曲影响;力作用点的偏差影响;残余应力影响.结构达到因过度塑性变形而不适于继续承载的极限状态。n 1 N有孔拉杆3.1 拉杆1、铆接组合构件极限状态:净截面屈服。每一排柳钉孔处屈服，伸长较大。每一排柳钉孔处屈服，伸长较大。2、焊接或型钢构件极限状态:净截面拉断后果严重:毛截面屈服:规范规定:Af y rruA nf u r)n A n =(1 0.5 fNA =f初始弯曲和残余应力对有孔、无孔拉杆影响没有区别；孔旁应力集中不影响杆的强度。净截面的效率影响净截面的效率的因素:=A e /A n连接方式:全部直接连接与部分直接连接构件截面上材料相对于节点板的分

5、布(偏心距)1、构件截面上材料相对于节点板的分布情况；材料贴于节点板并和节点板相连的部分占的比重越大越接近1.净截面的效率影响净截面的效率的因素:=A e /A n2、连接长度:（剪切滞后）材料塑性材料塑性：塑性越高，净截面效率越高制孔方式：制孔方式：冲成的栓孔，净截面效率需再乘0.85紧固件排列：紧固件排列：孔的行距与孔径的比值（应变的不均匀性）,行距大效率低行距较大时，有效净截面一般不超过0.85 0.9的毛截面对无孔拉杆（如焊接时）存在同样问题。剪切滞后 =1 a/l单角钢拉杆构造简单受力复杂：单向或双向偏心考虑到杆件受力后的变形，试验表明可达到轴心拉杆的80%以上规范：0.85双角钢拉

6、杆构造：受力：力偶使得整体接近轴心受力单肢存在剪切滞后缀板的稳定(厚度)桁架中单角钢腹杆的布置构造：（1）弯曲失稳构件整体失稳时只发生弯曲变形，双轴对称截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。（2）扭转失稳构件整体失稳时只发生扭转变形，十字形截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。（3）弯扭失稳构件整体失稳时既发生弯曲变形又发生扭转变形，单轴对称截面轴心受压构件绕对称轴失稳以及无对称轴截面轴心受压构件的失稳属于这种情况。弯曲失稳弯扭失稳扭转失稳构件失稳时截面位移投影图r0失稳形式（整体失稳）弯曲失稳（直变弯）:扭转失稳（直变扭）:弯扭失稳（两端铰支无翘曲约束）:EN=2 EI /l 2 N 12EN

7、=(G J +2 E I /l 2 )Nyr02 (Ny y 2y N)(N N)40mm)a0曲线：=0.1 2 5 (fy430)欧洲钢结构协会的曲线背景：残余应力、试验比较等统计屈服点高于标准屈服点欧洲钢结构协会（ECCS）的曲线背景a曲线b曲线c曲线试验比较：轧制工字钢IPE160弱轴屈曲试验与b曲线的比较y残余应力分布：r =0.5 f中国规范的曲线结合国情，重点放在H型钢和双角钢组合截面上。其他截面如工字型和钢管也做了分析。高层钢结构设计与施工规程中的d曲线：t 40mm的H型或箱型钢特点：三条曲线，无 从00.2的水平段。常用的双角钢T形截面、焰割边焊接工字形截面以及格构式截面都

8、归入b曲线。b曲线是曲线是设计中用得最多的曲线。设计中用得最多的曲线。=1=EI /l(G J +2 E I /l2)N扭转屈曲和弯扭屈曲的计算弯扭失稳（剪心与形心不重合）:转化弯曲失稳将弯扭失稳按弹性条件转化弯曲失稳，再按弯曲失稳考虑非弹性及22EN N E扭转失稳（直变扭）:1N 2r0yr02 (Ny y 2y N)(N N)Ny s2 =0基本策略:弯曲失稳（直变弯）:N Af y r=f几何缺陷及力学缺陷不可忽略非弹性f yy 缺陷的影响。换算长细比 Ef yf yy E y 0.5，则无法实现，应具体考虑偏心的不利影响轴心受压构件的荷载挠度曲线a:理想直杆，弹性b:几何缺陷直杆，弹

9、性c:几何缺陷直杆，弹塑性d:残余应力直杆，弹塑性e:实际几何缺陷+残余应力，弹塑性1+(1+0 )/4 1/1+(0.2)+2 4 2 考虑稳定系数的准则岔屈曲荷载为准则:弹性阶段采用欧拉荷载PE，弹塑性阶段采用切线模量屈曲荷载Pt对残余应力：以典型截面的残余应力分布为理论分析依据对几何缺陷，应用随构件长细比变化而将屈曲应力折减截面边缘纤维屈服:不考虑残余应力影响用适当的几何缺陷按弹性理论计算，即根据轴压力P和初弯曲产生的附加弯矩得到轴心受压构件截面边缘纤维屈服时的荷载，作为稳定计算准则。构件的极限荷载：考虑构件几何参数、残余应力、初弯曲、端部约束等影响，对给定轴进行数值计算及试验研究。222Perry公式：=1+(1+0 )/2 /2 22221+(0.2)+柱子曲线 =