拉弯压弯构件课件.ppt

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1、钢结构设计原理——拉弯和压弯构件河北建筑工程学院HeBeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering(土木工程系钢结构教研组)§6.1概述同时承受轴向拉力和弯矩作用的构件称为拉弯构件；而同时承受轴向压力和弯矩作用的构件则称为压弯构件。拉弯构件和压弯钩件的弯矩可以由横向荷载、轴向力的偏心或端弯矩等三种因素引起，如图6.1所示。在钢结构中，拉弯和压弯构件应用十分广泛。有横向荷载作用的拉弯构件经常可见，例如有节间荷载作用的屋架下弦杆，网架结构的下部水平杆件等都可能是拉弯构件。而压弯构件更是广泛应用，如工业建筑中厂房的柱、多层（或高层）建筑中的

2、框架柱以及各种工作平台柱、塔架、输电线路铁塔、水利水电工程中弧形闸门的支臂等等。它们不仅要承受轴向压力，还同时受有弯矩和剪力作用，均为压弯构件。NMNe三、计算内容拉弯构件：承载能力极限状态：强度正常使用极限状态：刚度压弯构件：§6.2拉弯、压弯构件的强度和刚度6.2.1拉弯、压弯构件的强度拉弯构件通常发生强度破坏，而截面被孔洞严重削弱或端弯矩较大的压弯构件也可能发生强度破坏。因此，需要进行强度计算。⒈拉弯和压弯构件截面上应力发展过程①全截面处于弹性状态，；②截面受压较大边缘纤维屈服，达到弹性极限状态；③从受压较大边缘开始发展塑性，塑性区不断深入，截面应力处于部分塑性发展状态；

3、④全截面屈服，形成塑性铰，达到塑性受力阶段的极限状态。⒉强度极限状态拉弯和压弯构件是以最不利受力截面出现塑性铰为强度极限状态。但由于形成塑性铰时，构件将产生不宜继续承受荷载的过大侧移变形，因此，在实际工程设计中，根据荷载作用性质、截面形式和受力特点等，以不同的截面应力状态作为强度计算准则。《规范》规定需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，以弹性极限状态作为构件的强度设计依据，按弹性应力状态计算；承受静力荷载或不需要计算疲劳的承受动力荷载的拉弯和压弯构件，按部分塑性发展进行强度计算；绕虚轴弯曲的格构式拉弯和压弯构件，由于边缘纤维屈服后截面很快进入全部屈服状态，塑性发展对提高承载能力作用不

4、大，以截面边缘纤维屈服时（即弹性极限状态）作为构件的强度设计依据。一、截面应力的发展以工字形截面压弯构件为例：hhwAfAfAwfy(A)(A)弹性工作阶段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工作阶段—塑性铰(强度极限)(B)最大压应力一侧截面部分屈服(C)截面两侧均有部分屈服ηhηhh-2ηh对于工字形截面压弯构件，由图（D）内力平衡条件可得，N、M无量纲相关曲线：N、M无量纲相关曲线是一条外凸曲线，规范为简化计算采用直线代替，其方程为：01.01.0式中：由于全截面达到塑性状态后，变形过大，因此规范对不同截面限制其塑性发展区域为

5、（1/8-1/4）h6.2.2拉弯和压弯构件的刚度与轴心受力构件相同，拉弯和压弯构件的刚度也是通过限制长细比来保证的。《规范》规定拉弯和压弯构件的容许长细比取轴心受拉或轴心受压构件的容许长细比值，即：λ≤[λ]（6.8）λ—拉弯和压弯构件绕对应主轴的长细比；[λ]—受拉或受压构件的容许长细比，第4章表4.1和表4.2。§6.3实腹式压弯构件的整体稳定实腹式压弯构件的承载能力通常由整体稳定性决定的，工程设计一般选择双轴对称截面或单轴对称截面，这些构件截面关于两个主轴的刚度差别较大，对双轴对称截面多将弯矩绕强轴作用，单轴对称截面则将弯矩作用在对称平面内。一是在弯矩作用平面内可能产生

6、过大的侧向弯曲变形而失去整体稳定，称之为弯矩作用平面内失稳；二是在弯矩作用平面外，当轴心压力或弯矩达到一定值时，构件在垂直于弯矩作用平面方向突然产生侧向弯曲和扭转变形，称之为弯矩作用平面外失稳。所以，压弯构件要分别计算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的整体稳定。确定压弯构件弯矩作用平面内稳定承载能力的方法很多，可分为两类:一类是边缘屈服准则的计算方法;一类是极限承载能力准则计算方法。⒈边缘纤维屈服准则边缘屈服准则是以构件截面边缘纤维最大应力开始屈服的荷载作为压弯构件的稳定承载能力（图6.8a中的a点）。这时，构件截面仍处于弹性阶段。⒊弯矩作用平面内整体稳定的实用计算公式——《规范

7、》采用的相关公式当实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的抗弯刚度较小，或截面抗扭刚度较小，或侧向支承不足以阻止弯矩作用平面外的弯扭变形时，将在弯矩作用平面内弯曲失稳之前发生弯矩作用平面外的弯扭失稳破坏。弯矩作用平面外的弯扭失稳实际是四种变形的叠加，即失稳前的轴压变形和弯矩作用平面内的弯曲变形以及失稳时的侧向弯曲和扭转变形。6.3.2实腹式单向压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定6.3.3双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定弯矩作用在两个主轴平面内的压弯构件为双向弯曲压弯构件，在实际工程中应用较少。双向弯曲