当前位置：文档之家 › 4.6_板件的稳定和屈曲后强度的利用解析

4.6_板件的稳定和屈曲后强度的利用解析

  • 格式：ppt
  • 大小：121.50 KB
  • 文档页数：19

下载文档原格式

  / 19

合集下载

【考研 钢结构复试题库】钢结构简答题3

【考研 钢结构复试题库】钢结构简答题3

1. 设计拉弯和压弯构件时应计算的内容？答：拉弯构件需要计算:强度和刚度（限制长细比）；压弯构件则需要计算: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）。

2. 什么是梁的整体失稳现象?答：梁主要用于承受弯矩，为了充分发挥材料的强度，其截面通常设计成高而窄的形式。

当荷载较小时，仅在弯矩作用平面内弯曲，当荷载增大到某一数值后，梁在弯矩作用平面内弯曲的同时，将突然发生侧向弯曲和扭转，并丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的弯扭屈曲或整体失稳。

10.实腹式轴心受压构件进行截面选择时，应主要考虑的原则是什么？答：（1）面积的分布尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整体稳定承载力和刚度；（2）两个主轴方向尽量等稳定，以达到经济的效果；（3）便于与其他构件进行连接，尽可能构造简单，制造省工，取材方便。

16.什么是梁的内力重分布？如何进行塑性设计？答：超静定梁的截面出现塑性铰后，仍能继续承载，随着荷载的增大，塑性铰发生塑形转动，结构内力重新分布，是其他截面相继出现塑性1铰，直至形成机构，这一过程称为梁的内力重分布。

塑形设计只用于不直接承受动力荷载的固端梁和连续梁，是利用内力塑性重分布，充分发挥材料的潜力，塑性铰弯矩按材料理想弹塑性确定，忽略刚才应变硬化的影响。

17.截面塑性发展系数的意义是什么？试举例说明其应用条件答：意义：用来表证截面所允许的塑性发展程度应用条件：（1）需计算疲劳的梁取1.0 (2)承受动力作用时取1.0 (3)压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比18.影响轴心受压杆件的稳定系数ψ的因素答：长细比、截面形式、加工条件、初弯曲、残余应力21.什么情况下不需要计算工字钢简支梁的整体稳定？答：有铺板（各种钢筋混凝土板和钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时H型钢或工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度L1与其宽度b1之比不超过规定数值时。

1.板件的稳定和屈曲后强度的利用

1.板件的稳定和屈曲后强度的利用
4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
均匀受压板件的屈曲现象
（一）薄板屈曲基本原理
1、单向均匀受压薄板弹性屈曲
对于四边简支单向均匀受压薄板，弹性屈曲时，由小挠度 理论，可得其平衡微分方程:
4w
4w 4w
2w
D
x4
2 x2y2
y4
Nx
x 2
0
(4 100)
四边简支单向均匀受压薄板的屈曲
求解上式，并引入边界条件： 当x 0和x a时：w 0 当y 0和y b时：w 0
cr
2E 12(1 2
)
t b
2
式中：
屈曲系数； 板边缘的弹性约束系数；
弹性模量折减系数; 其余符号同前。
将
E
=206X103
N/mm2，ν=0.3代入上式，得：
σcr 18.6 βχ
100t b
2
并视受压翼缘悬伸部分，为三边简支，且板长趋于无
穷大，故β=0.425；不考虑腹板对翼缘的约束作用，
K=4 K=5.42 K=6.97 K=0.425 K=1.277
综上所述，单向均匀受压薄板弹性阶段的临界力 及临界应力的计算公式统一表达为：
N cr
2D
b2 K
cr
N cr 1 t
2 D
b2t
2 E 12 1 2
t
2
b
(4 107)
2、单向均匀受压薄板弹塑性屈曲应力
板件进入弹塑性状态后，在受力方向的变形遵循切线模 量规律，而垂直受力方向则保持弹性，因此板件属于正交 异性板。其屈曲应力可用下式表达：
根据局部屈曲不先于整体屈曲的原则，即板件的屈曲 临界应力大于或等于构件的整体稳定临界应力即可确 定出构件的腹板高厚比（式4-115）和翼缘的宽厚比 （式4-113）。

板件的稳定和屈曲后强度的利用

板件的稳定和屈曲后强度的利用
算出弹性屈曲临界应力（式4-107）
3
可编辑ppt
式4-107中的系数：
1. 板的屈曲系数K（式4-106）：与荷载分布和支承边数
有关。四边简支K =4；三边简支一边自由K =0.425。
2. 嵌固约束系数 ：板件与板件之间不能像简支板那
样自由转动，而是强者对弱者起约束作用。弹性嵌固
的程度取决于相互连接的板件的刚度。这种受到约束
我们将板件的非弹性屈曲应力值控制在什么 范围内才认为板件是稳定的？
一种是不允许板件的屈曲先于构件的整体屈曲， 《钢结构设计规范》（GB 50017）对轴心压杆 就是这样规定的。
另一种是允许板件先屈曲。虽然板件屈曲会降低 构件的承载能力，但由于构件的截面较宽，整体 刚度好，从节省钢材来说反而合算，《冷弯薄壁 型钢结构技术规范》（GB 50018）就有这方面 的条款。有时对于一般钢结构的部分板件，如大 尺寸的焊接组合工字形截面的腹板，也允许其先 有局部屈曲。
4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
1
可编辑ppt
均匀受压板件的屈曲现象
2
可编辑ppt
均匀受压板件的弹性屈曲应力
求解板件的稳定承载力与求解构件的稳定承载力 的思路是相同的。
找出板件弹性屈曲时的临界状态，列出平衡微分
方程（式4-100） 给出边界条件
求出最大变形值（挠度） （式4-101） 得出临界力（式4-104）
6
可编辑ppt
轴心受压构件的局部稳定：
根据局部屈曲不先于整体屈曲的原则，板件的临界应 力和构件的临界应力相等即可确定出构件的腹板高厚 比（式4-113）和翼缘的宽厚比（式4-115）。
注意公式的使用条件：
1. 只针对于工字型截面；
2. λ取构件两个方向长细比的较大者；

板件的稳定和屈曲后强度的利用(2)

板件的稳定和屈曲后强度的利用(2)

的板边缘称为弹性嵌固边缘，弹性嵌固板的屈曲应力
比简支板的高，嵌固系数大于1进行修正。
3. 对工字形截面的轴心压杆，一个翼缘的面积可能接近 于腹板面积的二倍，翼缘的厚度比腹板大得多，而宽
度又小得多，因此是翼缘对腹板有嵌固作用，计算腹
板的屈曲应力时考虑了残余应力的影响后可用嵌固系
数1.3。相反，对腹板起嵌固作用的翼缘因提前屈曲而 需要小于1.0的约束作用系数。
(3) 在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连
13
的腹板边缘为轴线进行计算。 整理课件
支承加劲肋的设计
1. 设置位置：梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷 载处,宜设置支承加劲肋.
2. 构造要求：腹板两侧成对布置，也可以用凸缘式加劲 肋,其凸缘长度不得大于其厚度的2倍（图4-71b） 。
一种是不允许板件的屈曲先于构件的整体屈曲， 《钢结构设计规范》（GB 50017）对轴心压杆 就是这样规定的。
另一种是允许板件先屈曲。虽然板件屈曲会降低 构件的承载能力，但由于构件的截面较宽，整体 刚度好，从节省钢材来说反而合算，《冷弯薄壁 型钢结构技术规范》（GB 50018）就有这方面 的条款。有时对于一般钢结构的部分板件，如大 尺寸的焊接组合工字形截面的腹板，也允许其先 有局部屈曲。
于按公式(4-161)算得的1.2倍，厚度不应小于其外伸宽
度的1／15。
4. 在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横
向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯
性矩尚应符合式（4-163）；纵向加劲肋的截面惯性矩，
12
应符合式（4-164、165） 整理课件
5.短加劲肋外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.7～1.0倍，厚 度不应小于短加劲肋外伸宽度的1／15。

腹板屈曲后强度计算

腹板屈曲后强度计算

腹板屈曲后强度计算作者：屈明来源：《科技创新导报》2011年第21期摘要:《钢结构设计规范》(GB50017-2002)4.3.1条,不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁的腹板局部稳定计算与考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁抗剪、抗弯承载力计算。

引用了具体实例说明腹板屈曲后强度的应用。

从受压翼缘压入腹板来分析腹板高厚比的最大限值,其次分别论述腹板受弯或压弯屈曲后有效宽度的确定、受剪屈曲后的极限剪力计算、以及正应力和剪应力联合作用下屈曲后相关关系的计算。

关键词:腹板宽厚比屈曲后强度有效宽度拉力场中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)07(c)-0048-02在钢结构设计中,对工字型截面受弯构件而言,由荷载产生的弯矩主要由翼缘承担,腹板主要承担剪力,腹板的抗弯作用远不如翼缘有效,增大腹板的高度可显著增加翼缘的抗弯能力。

因而,先进的设计方法是采用高(宽)厚比较大的腹板,从而获得最佳的经济效益。

此做法虽然会出现腹板的高(宽)厚比超过按小挠度理论确定的局部稳定所要求的限度,引发腹板的局部屈曲,但并不表明构件丧失了承载能力,而是有相当可观的屈曲后强度可以利用。

规范对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后强度,按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的抗剪和抗弯承载力,而不再验算腹板的局部稳定。

对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字梁,要求按规定配置加劲肋,并验算腹板的局部稳定性。

规范采用有效截面法考虑腹板屈曲后强度,同时也是符合钢结构设计规范4.3.1条。

天津西站无站台柱雨棚工程主体结构大部分构件(拱形钢梁)均采用了腹板高而薄的焊接H 型工字钢梁和焊接箱型钢梁。

充分利用了腹板屈曲后强度、有效截面的概念,既得到了很大的经济效益,又达到了建筑美观的要求。

西站雨棚整个结构体系为纵向(顺股道向)刚架,横向(垂直股道向)为多跨拱形钢梁,基本柱网为30mx21.5m。

钢结构课件 轴心受压构件的整体稳定性

钢结构课件 轴心受压构件的整体稳定性
N=1000kN, 柱的长度4.2m。柱截面为焊接工字形，具有轧制边 翼缘，尺寸2-10×220, 腹板1-685
4.2.6 轴心受压构件扭转和弯扭屈曲
1、扭转屈曲
根据弹性稳定理论，两端铰支且翘曲无约束的杆件，其扭 转屈曲临界力，可由下式计算：
《钢结构稳定理论与设计》 陈骥 著
NE

fy
弹塑性阶段
N A

Nv0
W 1 N
NE

fy
相对初弯曲 ε0 = v0 / ρ = v0 / (W/A)
N [1 A 1
0
N
] NE
fy
N A
1


1000

i


1

1 N

N
E



fy
上式的解即为Perry-Robertson公式(柏利公式)
i0—截面关于剪心的极回转半径。i02

e02
ix2

i
2 y
引进扭转屈曲换算长细比z ：
1、扭转屈曲
满足
I 0
z =5.07b/t
x (y) ≥ z =5.07b/t
z2
25.7
Ai02 It
25.7
Ix
Iy It
2t 2b3 12
25.7 4bt3 3
选择计算 §4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算
4.3.1 实腹式柱的截面选择计算
1、实腹式轴心压杆的截面形式 ①考虑原则 ②常用截面
2、实腹式轴心压杆计算步骤
§4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算

钢结构设计原理稳定性整体.pptx

钢结构设计原理稳定性整体.pptx

第4页/共32页
实腹式压弯构件面外实用计算公式
N txMx f y A bW1x
第5页/共32页
tx取值：
﹡面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构件 段内的荷载和内力情况确定：
① 所考虑构件段无横向荷载作用时，
tx=0.65+0.35M2/M1;
② 所考虑构件段有端弯矩和横向荷载同时作用时，
绕z轴的惯性矩满足 Iz 3h0tw3
第24页/共32页
纵向加劲肋截面绕y轴的惯性矩应满足：
Iy 1.5h0tw3
a/h0 0.85
Iy (2.5 4.5a / h0 )a / h0 2 h0tw3 a/h0 0.85
• 短加劲肋要求：
外伸宽度： 取横向加劲肋的0.7~1.0倍
厚度：
ts bs /15
横隔(每个单元不少于2个，间距不大于8m)
第30页/共32页
﹡翼缘的稳定与梁相同
不考虑塑性，
b1 / t 15 235 fy
部分考虑塑性，
b1 / t 13 235 fy
第31页/共32页
感谢您的观看。
第32页/共32页
• 型钢加劲肋：不小于上述对钢板加劲肋的惯性
矩的要求
• 加劲肋端部切角；与上翼缘刨平顶紧(焊接)；
中间加劲肋下端留50~100mm空隙
第25页/共32页
第26页/共32页
※支承加劲肋计算
＊稳定计算
＊承压强度计算（刨平顶紧）： =N/Ab fce
第27页/共32页
压弯构件的板件稳定
﹡腹板的稳定
第13页/共32页
②翼缘宽厚比
b1 10 0.1 235
t
fy
! 为两个方向长细比的较大值 取值范围30≤≤ 100

第4章弹性力学ppt课件

第4章弹性力学ppt课件

4.4 梁的整体稳定
Ø梁的临界弯矩 用稳定理论求解 最简单的工况：纯弯曲的简支梁，截面双轴对称。
M
c r
l
E I G I y t
2 E I 1 2 l G I t
（4-49）
此式含有侧向弯曲刚度E I y ，两个扭转刚度 G I t 和E I ，和失稳现象完全符合。 复杂的工况：承受任意横向荷载的简支梁，截面单轴对称。
1 为单肢对其平行虚轴的形心轴的长细比。
截面选择：先根据绕实轴稳定要求选出单肢截面，再按照等稳要求确定 两肢之间的距离。
计算时可先取缀条尺寸，以后再验算。
4.3 实腹式和格构式压杆的截面选择
Ø 对单肢长细比的要求：不是和杆件长细相等，而是更严格。
原因：杆件的初弯曲使凹侧肢的压应力大于杆件的平均值。


式(4-25b)的 2 3 相当于式(4-20)的 1 0 。因此， 1 3 2 相当于无量纲化的综合初曲挠度。它包含了几何缺陷和残余应力两种因 素的效应，并且用于计算极限荷载而不是边缘屈服荷载。 系数 1 , 2 , 3 对a，b，c，d 四类截面各不相同。详见GB50017规范。 稳定系数 由正则化 来表达，计算公式可以通用于各种强度等级的
(2) 失稳是构件的整体行为。
由第一点，可以认为失稳是Pδ效应(即荷载位移效应)累积的结果。 由第二点，可以领会杆件失稳和截面强度破环的差别。
4.1 稳定问题的一般特点
Ø 杆件稳定的极限承载力
欧拉临界力不能直接用于钢结构设计。
原因：现实构件都存在缺陷： 几何缺陷——几何非线性
力学缺陷(残余应力)——材料非线性
当于兼承P和αP的理想直杆。4.1.1节的计算都适用。

复试钢结构复习总结

复试钢结构复习总结

拉弯、压弯构件的应用和强度计算
单向压弯、拉弯构件：
强度计算公式：
双向压弯、拉弯构件：
01
02
04

第三章 小结（8/8）
第四章 总 结（1/10）
4.1 稳定问题的一般特点
一、失稳的类别
失稳：分支点失稳（第一类失稳）、极值点失稳（第二类失稳）
1. 失稳的类别
2. 结构的屈曲后性能
屈曲后性能：稳定分叉屈曲、不稳定分叉屈曲、跨越屈曲
焊缝长度(lw)
1
lwmin≥8hf 和40mm
2
lwmax≤60hf
3
角焊缝的计算
4
第七章 钢结构的连接（6/7）
01
02
03
04
各种荷载作用下角焊缝的计算
12.焊接热效应
各种荷载作用下普通螺栓连接的计算
14.高强螺栓连接的构造和计算
螺栓的排列
13.普通螺栓连接的构造和计算
用拼接板的对接连接 受轴心力角钢的连接
对于单轴对称截面的压弯构件，还应补充验算： 实腹式构件弯矩作用平面内的稳定性：
第四章 总 结（7/10）
第四章 总 结（8/10）
弯矩绕实轴作用：
格构式压弯构件弯矩作用平面外的稳定性
弯矩绕虚轴作用：分肢稳定来保证
03
弯矩绕虚轴作用时格构式压弯构件的分肢稳定，分肢按轴心轴压构件验算
弯矩作用在实轴平面内，绕虚轴弯曲：
2.构件初弯曲对轴心受压构件整体稳定性的影响
3.构件初偏心对轴心受压构件整体稳定性的影响
4.杆端约束对轴心受压构件整体稳定性的影响
第四章 总 结（3/10）
5. 轴心受压构件整体稳定计算
①弯曲屈曲（一般的双轴对称截面） x、 y ②扭转屈曲（十字形截面） min{x、 y} >z=5.07b/t ③弯扭屈曲（单轴对称截面绕对称轴失稳） xz，发生弯扭失稳的原因？

1.4 板件的稳定和屈曲后强度的利用

1.4 板件的稳定和屈曲后强度的利用

1—横向加劲肋 3—短加劲肋
2—纵向加劲肋 4—支撑加劲肋
1.4.2受弯构件的板件稳定
1.4.2.3腹板加劲肋的配置
⑴ 当h0/tw≤80√235/fy 时，对有局部压应力的梁，应按构造配 置横向加劲肋；但对无局部压应力的梁，可不配置加劲肋。 ⑵ 当80 √235/fy <h0/tw ≤250 √235/fy时，应配置横向加劲肋， 并对各区格进行计算。 ⑶ 当 170 √235/fy <h0/tw ≤250 √235/fy(受压翼缘扭转受到约 束 ， 如 连 有 刚 性 铺 板 、 制 动 板 或 焊 有 钢 轨 时 ) 或 150 √235/fy <h0/tw ≤250 √235/fy(受压翼缘扭转未受到约束时)， 或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区不但要 配置横向加劲肋，还要配置纵向加劲肋。局部压应力很大 的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。 ⑷ 梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处,宜设置支承 加劲肋.
1.4.1轴心受压构件板件的稳定
1.4.1.5翼缘的宽厚比 由于轴心受压构件是在弹塑性阶段屈曲的，因 此可由下式确定宽厚比：
0.425 2 E t 2 ( ) min f y 2 12(1 ) b1
b1 235 10 0.1 t fy
1.4.1轴心受压构件板件的稳定
尺寸按下列经验公式确定： 外伸宽度 厚度 bs h0 /30+40(mm) ts bs /15
（2）仅在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽 度应大于按上式算得的1.2倍，厚度应不小于其外伸宽
度的1/15。
1.4.2受弯构件的板件稳定
（3）纵向加劲肋断开，横向加劲肋保持连续。横向加劲肋 绕z轴的惯性矩应满足：

钢结构第四章

钢结构第四章


1．轴心受压柱的实际承载力
轴心受压柱整体稳定计算：
N A f
4.23
式中N 轴心受压构件的压力设计值； A 构件的毛截面面积； 轴心受压构件的稳定系数，和截面类型、 构件长细比、所用钢种有关见附表17； f 钢材的抗压强度设计值，见附表11。
2．列入规范的轴心受压构件稳定系数
N A f
(6) 当截面有较大削弱时，还应验算净截面的强度，应使
N An f
(7) 验算刚度，柱和主要压杆，其容许长细比为[]=150， 对次要构件如支撑等则[]=200。
初定截面和长细比λ=100
查表λ→ 由 → A 计算i =l0 /λ i ,A→b, h,
A
A x 27 A1x
2 y
2 x 2 y 1
l0 x i ②求 x x ③查附表14确定分肢间距b，两分肢翼缘间的净空应大 于100mm，以便于油漆； 2 ④验算：刚度 0 x 2 x 1 [ ] 整稳 缀条柱 1 0.7max 分肢稳定： 缀板柱 0.5 1 max 1 40
失稳模式之间的耦合作用，局部和整体稳定的相关性。
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
4.2.1 纵向残余应力对轴心受压构件整体稳定性的 影响
残余应力的测量及其分布
A、产生的原因：
①焊接时的不均匀加热和冷却； ②型钢热扎后的不均匀冷却； ③板边缘经火焰切割后的热塑性收缩； ④构件冷校正后产生的塑性变形。
2. 剪切变形对虚轴稳定性的影响 绕实轴屈曲时，剪切变形的影 响可忽略，弯曲失稳情况与实腹式 截面一样。
x
y x y
N f A
绕虚轴屈曲时，由于缀材刚
l1/2

板件屈曲后的强度利用

板件屈曲后的强度利用



当板的纵向压应力达到屈曲 应力后，薄板就开始凸曲 板的中部产生横向薄膜张力， 张力的作用增强了板的抗弯 刚度。 当外力继续增加时，板的侧 边部分还可承受超过屈曲应 力的压力直至板的侧边部分 的应力x达到屈服强度，而 板的中部在凸曲以后应力不 但不再增加，反而略有降低， 板的应力分布由均匀变为不 均匀，如图（b）所示


考虑腹板屈曲后的强度，计算梁截面的极限弯矩时， 一种实用的分析方法是取如图（b）所示的截面，认 为受压区部分腹板退出工作，不起受力作用，且将受 压区以及受拉区的应力均视为直线分布，当梁受压翼 缘的最外纤维应力到达fy时，梁截面到达极限状态。 这种方法本质上属于按梁腹板的有效高度进行计算。
GB50017规范给出的梁腹板板屈曲后的抗弯承载 力设计值，就是基于这种概念而进一步简化的 近似计算公式：
4、加劲肋



如果仅设置支承加劲肋不能满足承载力要求时，应在 腹板两侧成对设置横向加劲肋以减小区格的长度。 横向加劲肋的间距通常取（1～2）h0。 这时，横向加劲肋的截面尺寸除了要满足对腹板加劲 肋的构造要求外，还需考虑拉力场竖向分力对其的作 用。 钢结构规范要求将中间横向加劲肋当作轴心受压构件， 按以下轴心力计算其在腹板平面外的稳定性(当加劲 肋还承受集中荷载F时，Ns还应加上F)：
腹板受剪时的通用高厚比s为：
s的计算公式： 1 ）当 a h0 1时：
则：
s
h0 tw 41 4 5.34 a h0
2
fy 235
2）当 a h0 1 时： 则：
s
h0 tw 41 5.34 4 a h0
2
fy 235
2、抗弯承载力 在正应力作用下，梁腹板屈曲后的性能与剪切作用 下的情况有所不同。 如图所示受纯弯曲作用下的腹板区段，腹板发生屈 曲时的临界应力小于钢材的屈服点。 当弯矩继续增加时，由于腹板已经屈曲成波形，部 分截面无力承受增大的压力。因此，截面的应力增 加是非线性的。

钢结构课程设计1(2024版)

钢结构课程设计1(2024版)

（10）
式中
φy——轴心受压构件弯矩作用平面外的稳定系数，以小
头为准，按GB 50017规范的规定采用，计算长度
取侧向支承点的距离。若各段线刚度差别较大，
Байду номын сангаас
确定计算长度时可考虑各段间的相互约束；
N0——所计算构件段小头截面的轴向压力； M1——所计算构件段大头截面的弯矩； βt——等效弯矩系数，按下列公式确定：
当λρ≤0．8时
ρ=1
当0．8<λρ≤1．2时 ρ=1-0．9(λρ-0．8)
当λρ>1．2时
ρ=0．64-0．24(λρ-1．2)
式中λρ——与板件受弯、受压有关的参数，按下式计算。
式中 κσ——板件在正应力作用下的屈曲系数。
（3） （4）
β=σ2／σl为腹板边缘正应力比值，以压为正，拉为负， 1≥β≥-1；
第二种方法普遍适用于各种情况，并且适合上机计算；
第三种方法则要求有二阶分析的计算程序。
A查表法
(A)柱脚铰接单跨刚架楔形柱的μγ可由表1-2查得。表中系 数 相 当 于 把 GB 50018 规 范 附 表 A3.2 的 μ 系 数 乘
以
,0.85是考虑柱脚实际上有一定转动约
束，
则是将数值换算成以小头为准
符合下列要求：
当V ≤ 0.5Vd时 当0.5Vd < V ≤ Vd时
M ≤ Me
当截面为双轴对称时
Mf = Af(hw+t)f
式中 Mf——两翼缘所承担的弯矩； We——构件有效截面最大受压纤维的截面模量； Me——构件有效截面所承担的弯矩，Me=Wef； Af——构件翼缘的截面面积； Vd——腹板抗剪承载力设计值。

考研复试钢结构名词解释

考研复试钢结构名词解释

考研复试钢结构名词解释塑形破坏：破坏前延续时间长，变形大，破坏前有先兆，有明显缩颈现象，断口与作用力呈45度角，断口呈纤维状。

热脆：高温时，硫化铁融化使钢材变脆，因而在焊接或热加工时，会出现热裂纹。

应力集中：构件形状突然改变或或材料不连续的地方，应力分布不均匀而出现局部应力增大。

时效硬化：冶铁时留在纯铁体中的碳和氮的固溶体，不稳定，随时间增加逐渐从纯铁体中析出，阻碍纯铁体塑性变形，使得纯铁体强度增大塑性和韧性降低。

可靠性：结构或构件在规定时间内，规定条件下完成预定功能的概率，是结构安全性和耐久性的总称。

脆性破坏：无任何迹象的从应力集中处断裂，断口齐平，呈有光泽晶粒状冷脆:在低温下P以及P和纯铁体形成的不稳定固溶体会使钢材变脆，提高钢材强度和抗锈蚀性但会使塑性和韧性严重降低，不利于钢材冷加工柱子曲线：压杆失稳时，临界应力与长细比λ之间的关系曲线高强钢材：通过各种可能的技术措施提高钢材的强度，但对其他性能削弱并不大的钢材冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力，是反映强度和塑性的综合指标。

冷弯性能：表示钢材塑性变形能力的综合指标，直接反映材质优劣及内部有无缺陷。

屈强比：钢材屈服强度与抗拉强度之比。

屈强比表明设计强度的一种储备，屈强比愈大，强度储备愈小，不够安全；屈强比愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但当钢材屈强比过小时，其强度利用率低，、不经济。

铰接柱脚：只能传递轴力和剪力的柱脚称为铰接柱脚。

徐变现象：当温度在260~320℃之间时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形，此现象称为徐变现象。

蓝脆现象：当温度在250℃左右时，钢材的强度反而略有提高，同时塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜呈现蓝色，这种现象称为蓝脆现象。

强度标准值：指按国家标准规定的钢材屈服点或抗拉强度。

钢结构加劲肋：在梁腹板两侧配置的，与梁的翼缘板和腹板都垂直（大部分如此，有的与腹板不垂直）的两块钢板，也有单侧配置的，但很少，在梁的端部则可以用一块板封起来。

6.板件稳定与屈曲后强度应用

6.板件稳定与屈曲后强度应用

b0 40 235
t
fy
当受压翼缘设置纵向加劲肋时，b0取腹板与纵向加劲肋 之间的翼缘板无支承宽度。
2. 腹板稳定临界应力的计算
组合梁腹板的局部稳定有两种计算方法。对于承受静力荷载 和间接承受动力荷载的组合梁，允许腹板在梁整体失稳之前屈曲 ，并利用其屈曲后强度。对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似 构件或其他不考虑屈曲后强度的组合梁，以腹板的屈曲为承载能 力的极限状态。
cr 18.6 0.4251.0
0.25(100t )2 b
fy
b 13 235
t
fy
当梁在绕强轴的弯矩Mx作用下的强度按弹性设计时，b/t值可 放宽为：
b 15 235
t
fy
箱形梁翼缘板在两腹板之间的部分，相当于四边简支单向
均匀受压板，k＝4.0，弹性嵌固系数1.0， 0.25
由 cr f y 得
t
fy
式中， 为构件两方向长细比的较大值。当 ＜30时，取
=30；当 ＞100时，取 ＝l00。
(2) 腹板 腹板为四边支承板，屈曲系数为4。腹板发生屈曲时
，翼缘板作为纵向边的支承，对腹板起一定的弹性嵌 固作用，使腹板的临界应力提高，根据试验取弹性约 束系数1.3。腹板高厚比的简化表达式
h0 (25 0.5) 235
fy 235
当b≤0.85时，
cr=f
当0.85<λb≤1.25时， cr =[1-0.75（λb-0.85）]f
当b>1.25时，
cr 1.1 f b2
3个公式分别属于塑性、弹塑性和弹性范围。 各范围之间的界限原则：既无几何缺陷又无残余应力的理
想弹塑性板，并不存在弹塑性过渡区。塑性、弹性范围的分

构件承载能力稳定性

构件承载能力稳定性

单向均匀受压薄板弹性阶段的临界力及临界应力的 计算公式统一表达为：
Ncr
2D
b2
K
cr
Ncr 1 t
2 DK
b2t
K 2 E 12 1 2
t
2
b
式中： 板边缘的弹性约束系数。
弹性嵌固的程度取决于相互连接的板件的刚度。对于工字形 截面的轴心压杆，一个翼缘的面积可能接近于腹板面积的二 倍，翼缘的厚度比腹板大得多，而宽度又小得多，因此常常是翼 缘对腹板有嵌固作用，计算腹板的屈曲应力时考虑了残余应力的 影响后可用嵌固系数 =1.3。相反，腹板对翼缘不起嵌固作用.
mx ny
w
Amn sin
m1 n1
sin a
b
将此式代入上式，
并引入边界条件： 当x 0和x a时：w 0 当y 0和y b时：w 0
2w x 2
2w y 2
0
2w y 2
2w x 2
0
求解可以得到板的屈曲力为：
N crx
2 D
m a
a m
n2 b2
2
式中 a、b 受压方向板的长度和板的宽度； m、n 板屈曲后纵向和横向的半波数。
Et
E
0.101321 0.02482
fy E
fy E
1.0
（二） 轴心受压构件的局部稳定的验算
对于局部屈曲问题，通常有两种考虑方法： 一是不允许板件屈曲先于构件整体屈曲，目前一 般钢结构的规定就是不允许局部屈曲先于整体屈曲来 限制板件宽厚比。 另一种做法是允许板件先于整体屈曲，采用有效 截面的概念来考虑局部屈曲对构件承载力的不利影响， 冷弯薄壁型钢结构，轻型门式刚架结构的腹板就是这 样考虑的。
由于临界荷载是微弯状态的最小荷载，即n=1（y

第4章 单个构件的承载能力

第4章 单个构件的承载能力

第4章单个构件的承载能力——稳定性4.1 稳定问题的一般特点4.1.1 失稳的类别传统上，将失稳粗略地分为两类：分支点失稳和极值点失稳。

分支点失稳的特征是：在临界状态时，结构从初始的平衡位形突变到与其临近的另一平衡位形，表现出乎衡位形的分岔现象。

在轴心压力作用下的完善直杆以及在中面受压的完善平板的失稳都属于这一类型。

没有平衡位形分岔，临界状态表现为结构不能再承受荷载增量是极值点失稳的特征，由建筑钢材做成的偏心受压构件，在经历足够的塑性发展过程后常呈极值点失稳。

如果着眼于研究结构的极限承载能力，可依屈曲后性能分为如下三类：(1)稳定分岔屈曲。

分岔屈曲后，结构还可承受荷载增量。

轴心压力作用下的杆以及中面受压的平板都具有这种持征。

(2)不稳定分岔屈曲。

分岔屈曲后，结构只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。

承受轴向荷载的圆柱壳、承受均匀外压的球壳都呈不稳定分岔屈曲形式。

(3)跃越屈曲。

结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。

铰接坦拱和油罐的扁球壳顶盖都属于这种失稳情形。

缺陷的存在使得结构不再呈分岔失稳形式。

但是缺陷的存在并不改变它们屈曲后的性态：在稳定分岔屈曲中极限荷裁仍然高于临界荷裁；而在不稳定分岔屈曲中，缺陷导致极限荷裁大幅度跌落。

由此可见，不稳定分岔屈曲的结构对缺陷特别敏感，无视缺陷对承裁力的影响将对设计造成严重的不安全后果。

4.1.2 一阶和二阶分析经典梁理论(亦称欧拉梁理论)本质上是构建在曲率与弯矩成正比的基础上的：4.1.3 稳定极限承载能力杆件的初始弯曲、初始偏心以及板件的初始不平度等都属于几何缺陷；力学缺陷一般表现为初始应力和力学参数(如弹性模量、强度极限等)的不均匀性。

对稳定承载能力而言，残余应力是影响最大的力学缺陷。

残余应力在构件截面上是自相平衡的，它并不影响强度承载能力。

但是它的存在使得构件截面的一部分提前进人屈服，从而导致该区域的刚度提前消失，由此造成稳定承载能力的降低。

钢结构填空简答题

钢结构填空简答题

二、填空题1. 钢结构设计规范中，钢材的强度设计值是材料强度的标准值(除以)抗力分项系数。

2. 鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标是（冷弯性能合格）。

3. 承重结构的钢材应具有（极限抗拉强度）、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有（碳）含量的合格保证。

4. 角焊缝按受力的方向可分为(正面角焊缝) 、(侧面角焊缝)和(斜焊缝)。

5.在加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝，以及受拉的（1）和2级焊缝，均与母材等强，不用计算；只有受拉的（3级）焊缝才需计算。

6. 轴心受拉构件与轴心受压构件相比，轴心受拉构件设计时不需要验算构件的（稳定）。

7.钢结构计算的两种极限状态是(承载能力极限状态) 和(正常使用极限状态。

)。

8. 钢材的破坏形式有(塑形破坏）和(脆性破坏）。

9.建筑钢材的主要机械性能指标是（屈服点）、（抗拉强度）、（伸长率）)、（冲击韧性）、和（冷弯性能）。

10.钢结构的连接方法有( 焊接连接) 、(铆钉连接)和(螺栓连接)。

11.角焊缝的计算长度不得小于(8hf)，也不得小于(40mm) 。

侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于(60 hf) 。

13.轴心压杆可能的屈曲形式有(弯曲屈曲)、(扭转屈曲)和(弯扭屈曲) 。

14.轴心受压构件的稳定系数与(残余应力) 、(初弯曲) 、(初偏心)和(长细比) 有关。

15. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是(加强受压翼缘) 和(增加侧向支承点)。

16.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用**(宽厚比) 的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置(设置加劲肋)的方法来解决。

17. 钢结构设计规范中，荷载设计值为荷载标准值(乘以）分项系数。

18. 冷弯实验是判别钢材在弯曲状态下的(塑性应变能力)和钢材质量的综合指标。

19.角焊缝的焊脚尺寸不宜大于(较薄焊件厚度的1.2倍, 钢管结构除外)，也不得小于(6mm)。

钢结构设计原理复习题及参考答案

钢结构设计原理复习题及参考答案

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案钢结构设计原理一、填空题：1.钢结构计算的两种极限状态是和。

2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。

3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

4.钢材的破坏形式有和。

5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用的方法来解决。

6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。

7.角焊缝的计算长度不得小于，也不得小于；侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于。

8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。

9.钢结构的连接方法有、和。

10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。

11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中央一个集中荷载的弯矩图为。

12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。

13.钢结构设计的基本原则是、、和。

14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、和等。

15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为和。

16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、和。

二、问答题：1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？2.焊缝可能存在哪些缺陷？3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。

4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？5.什么是钢材的疲劳？6.选用钢材通常应考虑哪些因素？7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？11.轴心压杆有哪些屈曲形式？12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？15.对接焊缝的构造有哪些要求？16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？17.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？19.螺栓的排列有哪些构造要求？20.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？三、计算题：1.一简支梁跨长为5.5m，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值为10.2kN/m（不包括梁自重），活载标准值为25kN/m，假定梁的受压翼缘有可靠侧向支撑。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1. 设置位置：梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷 载处,宜设置支承加劲肋.
2. 构造要求：腹板两侧成对布置，也可以用凸缘式加劲 肋,其凸缘长度不得大于其厚度的2倍（图4-71b） 。
3. 计算： 应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件
计算其在腹板平面外的稳定性。 支承加劲肋的端部一般刨平顶紧于梁翼缘或支座,应按
2.
翼缘外伸宽厚比的容许值的限值 其余情况满足：b1 13 235
b1 15 t
235 fy
t
fy
板件屈曲后强度的利用
四边有支承的薄板发生屈曲时，其强度并不降
低，仍能继续承载，也就是说具有屈曲后强度。
屈曲后强度的利用，主要用于冷弯薄壁型钢截
面和大跨度的薄腹梁。采用截面有效宽度的方
法进行计算。
轴心受压构件的局部稳定：
根据局部屈曲不先于整体屈曲的原则，板件的临界应 力和构件的临界应力相等即可确定出构件的腹板高厚 比（式4-113）和翼缘的宽厚比（式4-115）。
注意公式的使用条件： 1. 只针对于工字型截面； 2. λ取构件两个方向长细比的较大者； 3. 当λ<30时，取λ=30 ；当λ ≥100时，取λ=100 。 实际轴压构件设计时，应首先验算截面的强度和杆件
有效宽度：计算时并不将强度提高而是将截面
面积减小，将毛截面用有效截面代替，从而使 截面强度提高。
冷弯薄壁型钢截面：
梁腹板：考虑屈曲后强度时，
1. 其构造要求：不设纵向加劲肋和短向加劲肋， 只设横向加劲肋或支承加劲肋。二者首选支承 加劲肋，当不满足强度要求时，才设置横向加 劲肋。
2. 计算要求：腹板既受剪力又受弯矩作用，所以 屈曲时有可能发生受剪屈曲，也有可能发生弯 曲屈曲，故计算时应满足相关公式4-183。
算出弹性屈曲临界应力（式4-107）
式4-107中的系数：
1. 板的屈曲系数K（式4-106）：与荷载分布和支承边数 有关。四边简支K =4；三边简支一边自由K =0.425。
2. 嵌固约束系数 ：板件与板件之间不能像简支板那
样自由转动，而是强者对弱者起约束作用。弹性嵌固 的程度取决于相互连接的板件的刚度。这种受到约束 的板边缘称为弹性嵌固边缘，弹性嵌固板的屈曲应力 比简支板的高，嵌固系数大于1进行修正。 3. 对工字形截面的轴心压杆，一个翼缘的面积可能接近 于腹板面积的二倍，翼缘的厚度比腹板大得多，而宽 度又小得多，因此是翼缘对腹板有嵌固作用，计算腹 板的屈曲应力时考虑了残余应力的影响后可用嵌固系 数1.3。相反，对腹板起嵌固作用的翼缘因提前屈曲而 需要小于1.0的约束作用系数。
加劲肋的构造要求
1. 加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也可单侧配置，但支 承加劲肋、重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。 （见图4-69）
2. 在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸
应符合式（4-161、162）
3. 在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽度应大
于按公式(4-161)算得的1.2倍，厚度不应小于其外伸宽 度的1／15。
腹板：压弯构件的腹板处于剪应力和非均匀压 应力联合作用下 ，这种不均匀性用应力梯度来 表示，此时薄板的稳定性应满足式4-167。
规范规定腹板稳定的条件：式4-171、172。
翼缘：依据受压最大的翼缘和构件等稳定原则， 可推导出受压翼缘的宽厚比。
1. 规范规定，当构件强度和稳定计算中取 x 1.0时，
均匀受压板件的非弹性屈曲应力
考虑板件的初始缺陷和残余应力的影响，板件 屈曲时已进入非弹性阶段。处理板件的非弹性屈 曲时，只是把钢材的弹性模量E用板件受力方向 的变形切线模量Et代替， 与受力垂直的方向仍 用弹性模量E，得出式（4-108）。
我们将板件的非弹性屈曲应力值控制在什么 范围内才认为板件是稳定的？
4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用
均匀受压板件的屈曲现象
均匀受压板件的弹性屈曲应力
求解板件的稳定承载力与求解构件的稳定承载力 的思路是相同的。
找出板件弹性屈曲时的临界状态，列出平衡微分
方程（式4-100） 给出边界条件 求出最大变形值（挠度） （式4-101） 得出临界力（式4-104）
高，当采用腹板高厚比限值时，腹板厚度将很厚，浪 费材料。将梁腹板做的高而薄，通过设置加劲肋来保 证其稳定性是很经济的。
加劲肋的分类
如何设置腹板加劲肋？
⑴当h0/tw≤80√235/fy 时，对有局部压应力的梁，应按构 造配置横向加劲肋；但对无局部压应力的梁，可不配 置加劲肋。
⑵当肋80，√并23对5各/fy区<h格0/进tw行≤2计5算0 。√235/fy时，应配置横向加劲 ⑶当 170 √235/fy <h0/tw ≤250 √235/fy(受压翼缘扭转受到
约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时)或 1约5束0 √时23)，5/f或y <按h0计/tw算≤需25要0 √时2，35应/fy(在受弯压曲翼应缘力扭较转大未区受格到 的受压区不但要配置横向加劲肋，还要配置纵向加劲 肋。局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置 短加劲肋。 ⑷梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处,宜设置 支承加劲肋.
腹板的局部稳定
控制有两种考虑方法： 考虑腹板屈曲后强度：仅对承受静力荷载和间接承受
动力荷载的组合梁，计算其腹板的抗弯和抗剪承载力。
若用此法，其计算及构造要求应满足4.6.4节内容。
不考虑腹板屈曲后强度：仅对直接承受动力荷载的组 合梁及不考虑腹板屈曲后强度组合梁，其腹板的稳定 是通过设置加劲肋来保证的。由于梁截面腹板高度很
4. 在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横
向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯 性矩尚应符合式（4-163）；纵向加劲肋的截面惯性矩， 应符合式（4-164、165）
5.短加劲肋外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.7～1.0倍，厚 度Leabharlann 应小于短加劲肋外伸宽度的1／15。
6.吊车梁不论其高厚比是多少，只应设置横向加劲肋，且双侧设 置。加劲肋构造如图(4-70c)。
注意事项：
(1)用型钢(H型钢、工字钢、槽钢、肢尖焊于腹板的角钢)做成的 加劲肋，其截面惯性矩不得小于相应钢板加劲肋的惯性矩。
(2)在腹板两侧成对配置的加劲肋，其截面惯性矩应按梁腹板中 心线为轴线进行计算。
(3) 在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连 的腹板边缘为轴线进行计算。
支承加劲肋的设计
一种是不允许板件的屈曲先于构件的整体屈曲， 《钢结构设计规范》（GB 50017）对轴心压杆 就是这样规定的。
另一种是允许板件先屈曲。虽然板件屈曲会降低 构件的承载能力，但由于构件的截面较宽，整体 刚度好，从节省钢材来说反而合算，《冷弯薄壁 型钢结构技术规范》（GB 50018）就有这方面 的条款。有时对于一般钢结构的部分板件，如大 尺寸的焊接组合工字形截面的腹板，也允许其先 有局部屈曲。
的整体稳定性，然后验算局部稳定。当翼缘不满足要 求时，应重新选择截面尺寸；当腹板不满足要求时， 可设置纵向加劲肋。
受弯构件的局部稳定
这里的翼缘是指受压翼缘的稳定。 采用薄板弹塑性屈曲的临界应力（式4-108） 使其不小于0.95f y可推导出式4-118（弹性设 计）、119（塑性设计）、120（弹塑性设计）。 （0.95为受压翼缘截面的平均应力）
式4-166计算端面承压应力。 支承加劲肋端部也可以不用刨平顶紧,而用焊缝连接传
力,此时则应计算焊缝强度 。通常采用角焊缝连接， 焊脚尺寸应满足构造要求。
各区格的稳定计算
按构造要求在腹板上设置加劲肋，将腹板分成 很多区格，对每个区格进行稳定验算。验算公式 4-153~160。
压弯构件的板件稳定