工程案例
業(yè)務(wù)范圍
鋼結(jié)構(gòu)實腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計
發(fā)布時間:2014-05-16
一、截面型式及設(shè)計要求 壓彎構(gòu)件當彎矩較小或可能承受正、負彎矩而他們的絕對值相差不大時,可采用雙軸對稱截面。當彎矩較大或可能承受的正負彎矩絕對值相差較大時,應(yīng)采用單軸對稱截面,并將較大翼緣置于受壓較大一側(cè)。
為取得較好的經(jīng)濟效果,設(shè)計時應(yīng)在滿足局部穩(wěn)定,使用要求和構(gòu)造要求的條件下,使截面輪廓尺寸盡量寬展而壁薄,以獲得較大的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑,充分發(fā)揮材料截面承載的能力。亦應(yīng)做到彎矩作用平面內(nèi)和平面外的整體穩(wěn)定性盡量接近。同時要構(gòu)造簡單,便于施工,易于與其它構(gòu)件連接,易于取材。
二、截面設(shè)計方法
㈠、初選截面
壓彎構(gòu)件的截面尺寸常由整體穩(wěn)定性控制,因整體穩(wěn)定計算公式包含的未知量太多,更難由公式直接決定截面的各部分尺寸。通常是根據(jù)經(jīng)驗或參考已建工程資料,先初步?jīng)Q定截面的形式和截面各部分尺寸,然后進行調(diào)整,直到滿足要求為止。
㈡、截面驗算
為保證實腹式壓彎構(gòu)件的安全工作,應(yīng)進行下列驗算:
1、強度
強度按公式:
N/An±Mx/(γx×Wnx)≤f
進行驗算。一般來說,即使構(gòu)件截面無削弱也應(yīng)進行強度驗算,這是與軸心受壓構(gòu)件不同之處。
2、整體穩(wěn)定性
包括彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定性和彎矩作用平面外整體穩(wěn)定性驗算。
⑴ 彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性按公式:
N/(ψx×A)+(βmx?Mx)/γxW1x(1-08N/Nex)≤f
進行驗算。
當單軸對稱截面,當彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時,按公式:
|N/A+(βmx?Mx)/γx2W2x(1-125N/Nex)|≤f
進行補充驗算。
⑵ 彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性按公式:
N/(ψy×A)+(βtx?Mx)/(ψb×W1x)≤f
進行驗算。
3、局部穩(wěn)定
應(yīng)分別驗算腹板和翼板的局部穩(wěn)定。
腹板高厚比應(yīng)滿足相應(yīng)限值要求,若腹板的高度不滿足限值要求時,除加厚腹板(不經(jīng)濟)外,可考慮采用縱向加勁肋加強腹板或采用有效截面進行強度和整體穩(wěn)定性驗算。
壓彎構(gòu)件翼緣板的寬厚比限值與梁相同。工字形、T形和箱型截面的翼緣自由懸伸部分按公式:
b1/t≤15/√(235/fy)
進行驗算; 箱型截面兩腹板之間的翼緣部分按公式:
bo/t≤40√(235/fy)
進行驗算。
4、剛度
對構(gòu)件進行長細比的驗算:λ≤[λ]
剛度驗算與整體穩(wěn)定性同時進行。
強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定的驗算屬于承載能力極限狀態(tài)驗算;剛度驗算屬于正常使用極限狀態(tài)驗算。
三、構(gòu)造要求
實腹式壓彎構(gòu)件中板件連接焊縫、橫向加勁肋和橫隔等的構(gòu)造要求均與實腹式軸心受壓構(gòu)件相同。
【鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計】
格構(gòu)式壓彎構(gòu)件廣泛用于工業(yè)建筑的框架柱,它比實腹式柱節(jié)省鋼材。因其截面高度較大,柱肢多用綴條。截面選擇原則與實腹式壓彎構(gòu)件相同。
格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)滿足如下幾方面要求。
一、強度
按公式:
N/An±Mx/(γxWnx)±My/(γyWny)≤f
進行計算。但當My=0,構(gòu)件在N和Mx作用下繞虛軸 x單向壓彎時,由于截面內(nèi)部是中空的塑性發(fā)展?jié)摿Σ淮螅ˇ脁=10。
二、整體穩(wěn)定性
㈠、彎矩作用在虛軸x平面內(nèi)(繞實軸 y 失穩(wěn))。
計算與實腹柱相同。在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定按公式:
N/(ψx×A)+(βmx?Mx)/γxW1x(1-08N/Nex)≤f
計算;平面外的整體穩(wěn)定按公式:
N/(ψy×A)+(βtx?Mx)/(ψb×W1x)≤f
計算。但在計算平面外穩(wěn)定性時,長細比應(yīng)取換算長細比,ψb取10。
㈡、彎矩作用在實軸y平面內(nèi)(繞虛軸 x 失穩(wěn))
這種受力情況應(yīng)計算構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性和單肢穩(wěn)定性。
1、彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定計算
當彎矩作用在實軸 y 平面內(nèi)構(gòu)件繞虛軸 x 彎曲時,一旦受壓最大肢腹板屈服,構(gòu)件即喪失整體穩(wěn)定。在受壓最大肢的外伸翼緣部分出現(xiàn)塑性后,構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定。規(guī)范以受壓最大纖維應(yīng)力達屈服點作為構(gòu)件的臨界狀態(tài),規(guī)定了如下彎矩作用下,平面內(nèi)的穩(wěn)定計算公式:
N/(ψx×A)+(βmx?Mx)/W1x(1-ψxN/Nex)≤f
式中ψx、Nex均按對虛軸的換算長細比λox計算;W1x=Ix/yo,Ix為對虛軸的毛截面慣性矩(只計入柱肢毛截面,不計綴材截面)。
〖在工字鋼或槽鋼開口向外作柱肢時,取有效距離實際是考慮槽鋼部分翼緣和工字鋼截面部分腹板發(fā)展了塑性。〗
2、單肢穩(wěn)定計算
將格構(gòu)柱視為平行弦桁架,利用靜力平衡條件得到單肢的軸心力為:
單肢Ⅰ N1=Mx/a+N×Z2/a
單肢Ⅱ N2 =N-N1
綴條柱單肢按軸心受壓構(gòu)件驗算穩(wěn)定性。以單肢Ⅰ考慮,應(yīng)驗算單肢Ⅰ對自身x1軸和對y1軸的穩(wěn)定性,驗算公式為:
N1/(ψx1×A1)≤f
N1/(ψy1×A1)≤f
綴板柱的單肢除受軸心壓力外,還受由剪力引起的局部彎矩作用,因此是實腹式壓彎構(gòu)件。局部彎矩的計算方法與軸心受壓綴板柱相同,計算局部彎矩所用剪力,取構(gòu)件的實際剪力和按公式{ V=Af/85√(235/fy)}計算的剪力二者的較大值。
對于彎矩作用在實軸 y 平面內(nèi)的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件,只要能保證單肢的穩(wěn)定性就不會發(fā)生彎矩作用平面外失穩(wěn),因而不必計算彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性。
三、綴材計算
格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的綴材設(shè)計與軸心受壓格構(gòu)柱相同,只是剪力取實際剪力與上述公式計算的剪力二者的較大值。
四、剛度
格構(gòu)式壓彎構(gòu)件對虛軸λox、對實軸λy、單肢和綴條的長細比均不應(yīng)大于150,以滿足剛度要求。
五、構(gòu)造要求
構(gòu)造要求與軸心受壓格構(gòu)柱相同。
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