钢结构拉弯和压弯构件

钢结构设计原理第六章拉弯和压弯构件第六章拉弯和压弯构件主要内容6.16.26.36.46.56.66.7拉、压弯构件的应用和破坏形式拉弯、压弯构件的强度和刚度压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算压弯构件的局部稳定计算实腹式压弯构件的截面设计格构式压弯构件学习要点：1、掌握拉、压弯构件类型与常用截面形式。

2、掌握拉、压弯构件主要破坏形式。

3、掌握拉、压弯构件在不同准则下的强度验算。

4、掌握压弯构件的整体稳定计算。

5、掌握压弯构件的局部稳定计算。

6、掌握压弯构件的刚度验算。

7、掌握拉、压弯构件设计。

§6.1拉、压弯构件的应用和破坏形式一、拉弯构件定义：轴心拉力N和弯矩M共同作用下的构件破坏形式:实腹式拉弯构件(承受静力荷载)—以截面出现塑性铰作为承载力的极限(全截面屈服准则：完全塑性阶段，受力最大截面处，截面的全部受拉和受压区的应力达到屈服强度。

)格构式或冷弯薄壁型钢拉弯构件及承受动力荷载的实腹式拉弯构件—以截面边缘的纤维开始屈服达到承载力的极限(边缘纤维屈服准则：弹性阶段，在构件受力最大截面处，截面边缘处最大应力达到屈服强度。

)2、稳定破坏:3、刚度破坏：N较小而M较大的拉弯构件，与梁一样，出现弯扭失稳的破坏。

二、压弯构件定义：轴心压力N和弯矩M共同作用下的构件破坏形式：1、强度破坏：压弯构件强度破坏与受弯构件类似(1)弯曲失稳破坏：压弯构件在弯矩作用平面内只产生弯曲变形是第二类失稳形式，也称极值型失稳。

3、整体失稳破坏：(2)弯扭失稳破坏：在弯矩作用平面外发生侧向弯曲和扭转，是弯扭失稳，具有分枝失稳的特点。

3、局部失稳破坏：对于组合截面，当板件宽度和厚度之比较大时，在压应力作用下，板件会出现波浪状的鼓曲变形，从而导致局部失稳。

4、刚度破坏：当弯矩较小时，采用长细比加以控制。

当弯矩较大时，除长细比控制外，还须控制其侧向变位应用：有节间荷载作用的桁架上下弦杆；风荷载作用下的墙架柱；天窗架的侧立柱等等。

钢结构——拉弯构件和压弯构件钢结构是指采用钢材作为主要构造材料的建筑结构。

在钢结构中，常见的构件有拉弯构件和压弯构件。

拉弯构件主要承受拉力，而压弯构件则主要承受压力。

本文将分别介绍拉弯构件和压弯构件的特点、设计和应用。

拉弯构件是指同时承受拉力和弯矩的构件。

它们常常用于桥梁、塔架等需要抵抗拉力的结构中。

拉弯构件受力时，在受拉面上会产生拉应变，而在另一侧会产生压应变。

拉弯构件的设计目标是在满足强度和刚度的要求下，最大程度地减小构件重量。

为了实现这一目标，拉弯构件通常采用I型、H型或者箱型截面，这些截面具有较大的截面面积和惯性矩，能够提供足够的强度和刚度。

拉弯构件的设计需要考虑以下几个因素：首先是受力情况。

拉弯构件在受力时，应根据实际情况确定构件的截面形状和尺寸，以满足承受拉力和弯矩的要求。

其次是构件的材料选择。

常见的拉弯构件材料有普通碳素钢和高强度钢。

高强度钢具有较高的强度和刚度，能够减小构件的截面尺寸和重量。

最后是构件的连接方式。

拉弯构件的连接方式有焊接、螺栓连接和铆接等，设计时需要选择适合的连接方式以满足受力要求。

压弯构件是指同时受到压力和弯矩作用的构件。

它们通常用于承担压力的柱子和梁等结构中。

压弯构件在受力时，产生的主要应力是压应力和弯曲应力。

与拉弯构件相比，压弯构件的设计更加复杂，需要考虑稳定性问题。

在设计过程中，需要根据实际情况确定构件的截面形状和尺寸，以满足承受压力和弯矩的要求，并保证构件的稳定性。

常见的压弯构件截面有角钢、工字钢和管材等。

与拉弯构件相比，压弯构件的设计更注重稳定性。

在设计压弯构件时，需要考虑构件的临界压弯强度，即其能够承受的最大弯矩和压力。

为了提高构件的稳定性，常见的设计方法有增大截面尺寸、采用合适的截面形状、设置剪力加强构件等。

此外，还需要考虑构件的支撑条件和边界约束等因素，以保证压弯构件在受力过程中不发生屈曲或失稳。

拉弯构件和压弯构件在钢结构设计和应用中都起着重要的作用。

拉弯和压弯构件对于压弯构件，当承受的弯矩较小时其截面形式与一般的轴心受压构件相同。

当弯矩较大时，宜采用弯矩平面内截面高度较大的双轴或单轴对称截面（图1）。

图1 弯矩较大的实腹式压弯构件截面设计拉弯构件时，需计算强度和刚度（限制长细比）；设计压弯构件时，需计算强度、整体稳定（弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳定）、局部稳定和刚度（限制长细比）。

拉弯和压弯构件的容许长细比分别与轴心受拉构件和轴心受压构件相同。

一、拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算式f W M A Nnxx x n ≤+γ （1） 承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，采用的计算公式f W M W M A Nnyy y nx x x n ≤++γγ （2） 式中 n A ——净截面面积；nx W 、ny W ——对x 轴和y 轴的净截面模量；x γ、y γ——截面塑性发展系数。

当压弯构件受压翼缘的外伸宽度与其厚度之比t b /＞y f /23513，但不超过y f /23515时，应取x γ＝1.0。

对需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，宜取x γ＝y γ＝1.0，即按弹性应力状态计算。

二、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算确定压弯构件弯矩作用平面内极限承载力的方法很多，可分为两大类，一类是边缘屈服准则的计算方法，一类是精度较高的数值计算方法。

1． 边缘屈服准则边缘纤维屈服准认为当构件截面最大纤维刚刚屈服时构件即失去承载能力而发生破坏，较适用于格构式构件。

按边缘屈服准则导出的相关公式y Ex x x xx f N N W M AN=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+ϕϕ11 （3）式中x ϕ——在弯矩作用平面内的轴心受压构件整体稳定系数。

2．最大强度准则实腹式压弯构件当受压最大边缘刚开始屈服时尚有较大的强度储备，即容许截面塑性深入。

因此若要反映构件的实际受力情况，宜采用最大强度准则，即以具有各种初始缺陷的构件为计算模型，求解其极限承载力。

规范修订时，采用数值计算方法，考虑构件存在l/1000的初弯曲和实测的残余应力分布,借用了弹性压弯构件边缘纤维屈服时计算公式的形式，经过数值运算，得出比较符合实际又能满足工程精度要求的实用相关公式y Ex px xx f N N W M AN=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+8.01ϕ （4）式中 px W ——截面塑性模量。

拉弯、压弯构件的截面形式及应用拉弯和压弯构件也是钢结构的基本构件，广泛应用于各种结构中，如框架柱和集中荷载作用于节间的桁架弦杆等。

一、拉弯构件在轴心拉力和弯矩共同作用下的构件为拉弯构件。

如图6-1所示。

图6-1 拉弯构件对于拉弯构件, 如果所承受的弯矩较小, 而承受轴心拉力较大时, 其截面形式和一般的轴心拉杆是一样的。

但当拉弯构件承受的弯矩很大时, 应在弯矩作用平面内采用比较高大的截面。

在拉力和弯矩共同作用下, 就一般情况而言,截面出现塑性铰是拉弯构件承载能力的极限状态。

但对于格构式拉弯构件或冷弯薄壁型钢拉弯构件来说, 当截面边缘纤维开始屈服时，就基本上达到了强度的极限。

对于轴心力较小而弯矩很大的拉弯构件也有可能和受弯构件一样会出现弯扭屈曲。

在钢结构中拉弯构件的应用较少, 钢屋架中下弦杆一般属于轴心拉杆, 但在下弦杆的节点间作用有横向荷载时就属于拉弯构件。

二、压弯构件在轴心压力和弯矩共同作用下的构件为压弯构件，如图6-2所示。

图6-2 压弯构件对于压弯构件，如果承受的弯矩很小，而轴心压力却很大，其截面形式和一般轴心受压构件相同。

但当构件承受的弯矩相对来说很大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，当只有一个方向弯矩较大时，可采用图6-3所示的单轴对称截面使较大的翼缘位于受压一侧，以便充分利用材料，获得较好的经济效果。

6-3 压弯构件单轴对称截面（a）实腹式截面（b）格构式截面图6-2 压弯构件单轴对称截面压弯构件的破坏形式主要有以下几种：（1）强度破坏。

主要原因是因为杆端弯矩很大或杆件截面局部有严重的削弱。

（2）弯曲失稳破坏。

对于在一个对称轴的平面内作用有弯矩的压弯构件，如果在非弯矩作用方向有足够支撑以阻止构件发生侧向位移和扭转，就只会在弯矩作用平面内发生弯曲失稳破坏，杆面的截面形式没有改变，仍为弯曲变形；如果在压弯构件的侧向缺乏足够支撑就有可能发生弯扭失稳破坏，此时除在弯矩作用方向存在弯曲变形外，垂直于弯矩作用方向会突然产生弯曲变形，同时截面还会绕杆件发生扭转。