PDF《钢结构基本原理》

1 钢结构基本原理 Basic principles of steel structures 赵宪忠 x.

zhao@tongji.edu.cn 受拉构件及索 主要内容 ? 轴心受拉构件 ? 拉弯构件 ? 索 受拉构件 截面形式 受拉构件 截面强度 ? 截面承载力(强度) (1) 毛截面屈服准则 截面承载力: (2) 净截面断裂准则 受拉构件 截面强度 ? 截面承载力(强度) ? 工程设计公式 工程设计中采用强度设计值: 因拉断破坏考虑较大安全度,一般规范中 则工程设计中的净截面屈服准则为 普通碳素钢和低合金钢 ,即 ?采用 是偏安全满足两准则的 受拉构件 截面强度 ? 工程设计公式 ? 公式应用 (1) 净截面 (2) 截面效率 (3) 残余应力

2 受拉构件 截面效率 ? 截面效率:连接处能够有效传递内力的截面与计 算截面的比值 受拉构件 截面效率 ? 截面效率系数 ? 考虑连接处截面效率的工程计算公式 ――被连接"截面"形心至连接面距离 ――连接长度 受拉构件 残余应力影响 ? 自平衡系统 P u P=? u=? + - - + - - + - - + - - ? 残余应力对静力强度的影响:无?对构件刚度的影响? ? 对疲劳性能的影响? ? 对构件稳定的影响? 受拉构件 构件刚度 ? 构件刚度 ? 受拉钢构件刚度控制的方式:限制长细比 构件抵抗变形的能力 工程设计一般指弹性刚度 ? 受拉构件控制构件刚度的意义 防止制作、运输、安装、使用中的过度变形 事实上,是控制弯曲变形 受拉钢构件的刚度控制为什么不是限制EA/L的大小? 拉弯构件截面强度 基本假定和应力图式 ? 基本假定 ― 理想弹塑性本构关系 ― 平截面假定 ? 截面应变―应力分布 拉弯构件截面强度 边缘纤维屈服准则 ? 准则描述 以边缘最大应力达到屈服点为计算截面强度的依据 (=应力达到屈服点为极限状态) ? 截面强度公式 ? 工程设计公式 记 屈服轴力 屈服弯矩 则3拉弯构件截面强度 全截面屈服准则 - 函数形式及系数 A, B, α,β与截面形状有关 - 公式在N-M平面内为包含原点的外凸曲线 ? 准则描述 截面各点应力(拉、压)都达到钢材屈服点 ? 截面强度公式 记 屈服轴力 塑性弯矩 则 拉弯构件截面强度 全截面屈服准则:塑性弯矩(极限弯矩)的概念 由 塑性中和轴为面积平分线,不一定重合截面形心轴 得 ,即 记截面塑性模量 ,则?应力图式的基本假定 - 截面上只有弯矩没有轴力 - 全截面都达到屈服应力 - 拉压屈服应力相等 ? 塑性中和轴 ? 塑性弯矩 拉弯构件截面强度 全截面屈服准则:轴力―弯矩相关关系推导 (2) 由平衡关系: (1) 其中, 由方程(1) 代入方程(2) 整理得: 拉弯构件截面强度 全截面屈服准则:工字钢轴力―弯矩相关关系 ? 工字型截面的拉弯相关关系 拉弯构件截面强度 部分发展塑性准则 其中, ? 工程设计公式 ? 准则描述 截面边缘一侧或两侧部分进入塑性 ? 截面强度公式 拉弯构件截面强度 三种截面准则的比较 Mpx Mex Np N Mx

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4 拉弯构件 刚度与稳定性 ? 构件刚度 - 如以轴向拉力为主,刚度要求同轴心受拉构件 - 如弯矩较大时,还要进行挠度计算 ? 构件稳定性 当弯矩较大,使某一翼缘受压时 ― 整体失稳可能性 ― 局部失稳可能性 [参见受压、受弯构件相关内容] 索 截面形式 ? 索的截面形式 ? 工程应用 索 轴心受力刚性构件与柔性构件 ? 刚性构件的力―变形关系 (弹性范围) ? 柔性构件的力―变形关系 索 刚度方程 受拉构件及索 本章小结 ? 截面强度 - 净截面概念和算法 - 残余应力对截面静力强度的影响 - 截面效率系数 - 轴力和弯矩共同作用下的边缘屈服准则、全截面屈 服准则和截面部分塑性发展准则 - 屈服轴力、屈服弯矩和极限弯矩概念 ? 受拉构件刚度 -工程构件长细比的方向性 ? 索的力学特点