第六章偏心受力构件-2(cb)详解
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第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式 第二节 构件的强度和刚度 第三节 压弯柱的整体稳定性 第四节 格构式柱的整体稳定性 第五节 压弯柱的局部稳定性 第六节 压弯构件设计 第七节 压弯构件计算长度第六章 拉弯和压弯构件大纲要求:1、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式; 2、了解压弯构件整体稳定的基本原理;掌握其计算方法; 3、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理;掌握其计 算方法; 4、掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算; 5、掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求; 6、了解压弯构件的计算长度第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式一、应用一般工业厂房和多层房屋的框 架柱均为拉弯和压弯构件。
N e Ne NM Ne N N第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式二、类型实腹式—框架和刚架 格构式—工业厂房单向受弯—平面结构 双向受弯—空间结构第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式三、构件的截面a)b)弯矩小、轴力大:采用轴心受压构件截面形式; 当仅一个方向的弯矩较大:用单轴对称截面,较大翼缘位 于受压一侧第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式四、拉弯(压弯)构件的破坏形式1、强度破坏 截面的部分或全部应力都达到甚至超过钢材屈服 点的状况。
2、刚度破坏 指构件的挠度(或长细比)达到甚至超过规范的 限值。
3、平面内失稳(弯矩作用平面内弯曲失稳破坏) 弯矩作用平面内的弯曲变形,不存在分枝现象。
条件:侧向有足够支撑 。
第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式四、拉弯(压弯)构件的破坏形式4、平面外失稳(弯矩作用平面外失稳破坏、弯扭失稳) 弯矩作用方向存在弯曲变形,垂直于弯矩作用方向会突 然产生弯曲变形,同时截面会绕杆轴发生扭转。
条件:侧向缺乏足够支撑或承受双向弯矩的压弯构件。
5、局部失稳破坏 发生在腹板和受压翼缘。
条件:板件较薄第六章 拉弯和压弯构件第一节 构件的应用和破坏形式五、拉弯(压弯)构件的计算拉弯构件: 承载能力极限状态:强度 正常使用极限状态:刚度 拉弯构件没有稳定问题? 当所属弯矩较大时,需要按照受弯构件进行整体稳定 和局部稳定验算。
第三节压弯柱的整体稳定
(1)弯矩作用平面内失稳—轴压力和弯矩相互作用,弯矩作用平面内
弯曲变形增大
,弯曲失稳。
一、失稳模式
(2)弯矩作用平面外失稳—轴压力和侧向变形、扭转变形相互作用使变形增大,弯扭失稳第三节压弯柱的整体稳定
一、
失稳模式
二、平面内失稳
在N 和M 的同时作用下,构件在
弯矩作用平面内发生变形,当荷载增加到一定大小时则到达极限;超过此极限,要维持内外力平衡,只能减小N 和M ,即为压弯构件在弯矩作用平面内的稳定问题。
1、平面内稳定的概念:
第三节压弯柱的整体稳定
2、特征
压弯构件的曲线m y N 二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(1) 当构件在弯矩作用
平面外方向有足够的刚
度或侧向支承,则构件
在荷载作用开始时,会
沿弯矩作用方向弯曲,
直到压溃破坏,即构件
在弯矩作用平面内丧失
稳定,属于第二类稳定
问题。
2、特征
压弯构件的曲线m y N 二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(2) 弯矩随挠度加大而
增加,轴压力和挠度的
关系曲线呈非线性曲线
上升段OBA:稳定平衡状
态,荷载仍可增加。
曲
线下降段AC:不稳定平
衡状态,要保持平衡,
须迅速减小荷载。
2、特征
二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(3) 压弯构件达到临界状
态时所能承受的荷载Ncr,
与构件所受弯矩大小有
关。
弯矩影响用相对偏心
率来衡量,相对偏心率愈大
临界荷载愈低。
相对偏心率:截面核心距:ρ
εe A W e A N W M ===//A W =ρ
3、平面内整体稳定的计算
(1)按边缘纤维屈服准则方法计算;
(2)按极限承载能力准则的方法;
(3)实用计算公式(单项公式或相关公式的表达形式)
二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法假设压弯构件为理想
弹
塑性材料,两端铰接并
承受压力N 和均匀弯矩
M x 作用时二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法
则得最大弯矩则弯矩曲率方程:
设得
N EX 为平面内受压失稳的欧拉临界力
设失稳时构件变形曲线为:
第三节压弯柱的整体稳定
(1)
y
对于
实际杆件需考虑缺陷,如将杆件缺陷(变
形,弯曲)用等效附加偏心e o 考虑
则最大弯矩
临界方程为(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法
第三节压弯柱的整体稳定
M
x =0时,退化成轴心受压柱,临界状态时轴力为
N cr = x f y A
临界方程变为
或
解方程得(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法
第三节压弯柱的整体稳定
等效附加偏心
将
e o 代入边缘屈服相关方程,得(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法
第三节压弯柱的整体稳定
对于
非均匀受弯,引进等效弯矩系数 mx ,
折算成均匀受弯
(最大弯矩相等)第三节压弯柱的整体稳定
(1) 边缘纤维屈服准则的计算方法
▲世界各国及我国规范,基本采用两项相关公式来计算压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定。
▲建立两项相关公式的主要根据是假定构件缺陷模式以及按边缘纤维屈服准则来近似求解压溃临界荷载。
二、平面内失稳
第三节压弯柱的整体稳定
(2)按极限承载能力准则的方法
第三节压弯柱的整体稳定
实腹式压弯构件
在边缘纤维屈服后
(a 点),直到曲线的
顶点(b 点) 真正的
极限承载力N u ;
N u 的求解方法
很多,常用的为数
值法,可以考虑各
种缺陷,不同边界
条件,弹性和弹塑
性
(3)实用计算公式
对于
三、平面外失稳
式中第三节压弯柱的整体稳定
对侧向刚度较小的压弯构件,当N
和M 增加到一定程度,构件在弯矩作用
平面外不能保持平直,突然发生平面外
的弯曲变形,并伴随着绕纵向剪切中心
轴(扭转轴)的扭转。
这种现象称为压
弯构件丧失弯矩作用平面外的整体稳定
,或在弯矩作用平面外的整体屈曲。
三、平面外失稳
1、双轴对称工形截面压弯构件平面外弯扭失稳轴力+纯弯,弹性失稳相关方程
式中
纯弯梁临界弯矩第三节压弯柱的整体稳定
1、双轴对称工形截面压弯构件平面外弯扭失稳
相关方程的另一表达式:
一般情况N ω>N Ey ,可偏安全
取N ω= N Ey ,得
或三、平面外失稳
第三节压弯柱的整体稳定
考虑
弹塑性失稳,N Ey 用ϕy Af y 代替,M cr 用ϕb W 1x f y 代替相关方程对于非均匀弯曲,引入等效弯矩系数
ϕb 为纯弯梁失稳的稳定系数试验证明第三节压弯柱的整体稳定
三
双轴对称工形截面柱,当
3、等效弯矩系数
(1)弯矩作用平面外是悬臂构件:βtx =1.0
(2)弯矩作用平面外两相临侧向支承点之间构件段:
有端弯矩无横向荷载作用时,
βtx =0.65+0.35M 2/M 1,|M 1|≥|M 2|
横向荷载和端弯矩同时作用时,构件全长弯矩同号βtx =1.0,有正负弯矩βtx =0.85
有横向荷载、无端弯矩作用时,βtx =1.0
三、平面外失稳
第三节压弯柱的整体稳定
课前问题
•压弯构件存在哪些破坏形式?
•压弯构件的整体失稳包括哪几种类型?各自有什么特征?
•压弯构件平面内稳定,有哪几种计算准则?哪些情况不能考虑部分塑性发展?
•单轴对称截面压弯构件的强度验算公式?。