钢结构基本原理第三章 构件截面承载力 强度.doc

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1、第三章构件截面承载力--强度钢结构承载能力分3个层次截面承载力：材料强度、应力性质及其在截面上分布属强度问题。构件承载力：构件最大截面未到强度极限之前因丧失稳定而失稳，取决于构件整体刚度，指稳定承载力。结构承载力：与失稳有关。3.1轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1轴心受力构件的应用及截面形式主要用于承重钢结构，如平面、空间桁架和网架等。轴心受力截面形式：1）热轧型钢截面2）冷弯薄壁型钢截面3）型钢和钢板连接而成的组合截面（实腹式、格构式）（P48页）对截面形式要求：1）提供强度所需截面积2）制作简单3）与

2、相邻构件便于连接4）截面开展而壁厚较薄，满足刚度要求（截面积决定了稳定承载力，面积大整体刚度大，构件稳定性好）。3.1.2轴心受拉构件强度由关系可得：承载极限是截面平均应力达到抗拉强度，但缺少安全储备，且后变形过大，不符合继续承载能力，因此以平均应力为准则，以孔洞为例。规范：轴心受力构件强度计算：规定净截面平均应力不应超过钢材强度设计值N：轴心拉力设计值；An：构件净截面面积；:钢材抗拉强度设计值:构件抗力分项系数Q235钢，Q345，Q390，Q42049页孔洞理解见书例题P493.1.3轴心受压构件强度原则

3、上与受拉构件没有区别，但一般情况下，轴心受压构件的承载力由稳定性决定，具体见4章。3.1.4索的受力性能和强度计算钢索广泛用于悬索结构，张拉结构，桅杆和预应力结构，一般为高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线，钢丝绳等。索是一种柔性构件，内力不仅与荷载有关，而且与变形有关，具有很强几何非线性，但我们通常采用下面的假设：1）理想柔性，不能受压，也不能抗弯。2）材料符合虎克定理。在此假设下内力与位移按弹性阶段进行计算。加载初期（0-1）存在少量松弛变形，主要部分（1-2）线性关系，接近强度极限（2-3）明显曲线性质（图见

4、下）实际工程对钢索预拉张，形成虚线应力—应变关系，很大范围是线性的高强度钢丝组成钢索初次拉伸时应力—应变曲线钢索强度计算采用容许应力法：：钢索最大拉力标准值A：钢索有效截面积:材料强度标准值k：安全系数2.5-3.03.2梁的类型和强度3.2.1梁类型按制作方法：型钢梁：热轧型钢梁（工字梁、槽钢、H型钢）。冷弯薄壁型钢梁（卷边槽钢、Z型钢）特点：加工方便成本低，设计中优先采用，一般用于跨度不大，荷载小的结构。组合梁：焊接组合梁（常用腹板+2翼缘，焊接工字形截面；双腹板箱形梁、异种钢组合梁、蜂窝梁、契形梁）；铆接

5、组合梁：费料，费工以淘汰；钢与混凝土组合梁：充分利用钢抗拉，混凝土抗压性能好的特点，加工组合。承载能力极限状态计算：截面强度，构件整体稳定性，局部稳定。重复荷载n>105时需要进行疲劳验算。3.2.2梁弯曲，剪切强度1.梁的正应力：纯弯曲情况下弯矩与挠度关系强度计算中钢材б—ε简化为理想弹塑性体：截面最外纤维应力达到屈服强度时的弯矩：截面全部屈服时弯矩。硬化阶段，最终弯矩超过。以工字型梁介绍梁在外载作用下呈现的4个阶段1）弹性工作阶段：(a)弯矩较小，在截面上应力小于屈服点，对需要计算疲劳的梁及冷弯型钢常以及为

6、承载力极限状态；2）弹塑性阶段：(b)载荷增加，翼缘屈服，腹板也部分屈服，一般受弯构件，以截面进入塑性作为承载力极限。3）塑性工作阶段：©荷载再增加，截面出现塑性铰，对于只有一个截面弯矩最大的，原则上可以将塑性铰弯矩为承载能力极限状态。1）应变硬化阶段：E-Est,应力增加，应变增加，强度计算一般不利用这一阶段。弯矩值：A弹性阶段最大弯矩：：钢屈服强度：梁净截面模量（材力中弯曲截面系数，抗弯截面系数），，I：惯性矩Ｂ在塑性阶段,产生塑性铰时的最大弯矩为：：梁塑性净截面模量，，、（中和轴以上、下对中和轴面积矩）(

7、中和轴是和弯曲主轴平行的截面面积平分线)形状系数F：称为截面的形状系数，对于矩形截面,F=1.5;圆形截面,F=1.7;圆管截面的F=1.27梁正应力计算：Ａ对不需要计算疲劳的受弯构件,允许截面有一定程度的塑性发展：梁的正应力计算公式单向弯曲：，双向弯曲：Mx，My：梁绕X轴，Y轴弯矩设计值，Wnx，Wny：对X，Y轴净截面模量f：抗弯强度设计值，：截面塑性发展系数，按表3-4取用，对计算疲劳梁，不考虑截面塑性发展，如梁受压翼缘自由外伸宽度与厚度比大于，以免翼缘因全塑性，出现局部屈曲Ｂ当固端梁和连续梁采用塑性设

8、计时,塑性铰截面的弯矩应满足下式Wpnx：对x轴的塑性净截面模量；f：钢材的抗弯强度设计值Ｃ冷弯型钢梁正应力强度：:对X轴较小有效净截面模量，截面全部有效即为净截面模量1.梁的剪应力：对于工字型和槽形等薄壁开口截面，有弯曲剪力流理论：即截面上切应力方向就象水管中主管与支管中水流方向一样，最大剪应力在腹板上中和轴处。剪应力满足：V：计算截面的剪力设计值；I：梁的毛截面惯性矩；S:计算剪应