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    鋼結構實腹式壓彎構件的截面設計
    發布時間:2014-05-16
    一、截面型式及設計要求
    壓彎構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,應采用單軸對稱截面,并將較大翼緣置于受壓較大一側。
    為取得較好的經濟效果,設計時應在滿足局部穩定,使用要求和構造要求的條件下,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半徑,充分發揮材料截面承載的能力。亦應做到彎矩作用平面內和平面外的整體穩定性盡量接近。同時要構造簡單,便于施工,易于與其它構件連接,易于取材。
    二、截面設計方法
    ㈠、初選截面
    壓彎構件的截面尺寸常由整體穩定性控制,因整體穩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。通常是根據經驗或參考已建工程資料,先初步決定截面的形式和截面各部分尺寸,然后進行調整,直到滿足要求為止。
    ㈡、截面驗算
    為保證實腹式壓彎構件的安全工作,應進行下列驗算:
    1、強度
    強度按公式:
    N/An±Mx/(γx×Wnx)≤f
    進行驗算。一般來說,即使構件截面無削弱也應進行強度驗算,這是與軸心受壓構件不同之處。
    2、整體穩定性
    包括彎矩作用平面內整體穩定性和彎矩作用平面外整體穩定性驗算。
    ⑴ 彎矩作用平面內的整體穩定性按公式:
    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定性按公式:
    N/(ψy×A)+(βtx?Mx)/(ψb×W1x)≤f
    進行驗算。
    3、局部穩定
    應分別驗算腹板和翼板的局部穩定。
    腹板高厚比應滿足相應限值要求,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定性驗算。
    壓彎構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
    對構件進行長細比的驗算:λ≤[λ]
    剛度驗算與整體穩定性同時進行。
    強度、整體穩定、局部穩定的驗算屬于承載能力極限狀態驗算;剛度驗算屬于正常使用極限狀態驗算。
    三、構造要求
    實腹式壓彎構件中板件連接焊縫、橫向加勁肋和橫隔等的構造要求均與實腹式軸心受壓構件相同。

    【鋼結構格構式壓彎構件的設計】
    格構式壓彎構件廣泛用于工業建筑的框架柱,它比實腹式柱節省鋼材。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件相同。
    格構式壓彎構件的設計應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,構件在N和Mx作用下繞虛軸 x單向壓彎時,由于截面內部是中空的塑性發展潛力不大,取γx=10。
    二、整體穩定性
    ㈠、彎矩作用在虛軸x平面內(繞實軸 y 失穩)。
    計算與實腹柱相同。在彎矩作用平面內的整體穩定按公式:
    N/(ψx×A)+(βmx?Mx)/γxW1x(1-08N/Nex)≤f
    計算;平面外的整體穩定按公式:
    N/(ψy×A)+(βtx?Mx)/(ψb×W1x)≤f
    計算。但在計算平面外穩定性時,長細比應取換算長細比,ψb取10。
    ㈡、彎矩作用在實軸y平面內(繞虛軸 x 失穩)
    這種受力情況應計算構件在彎矩作用平面內的整體穩定性和單肢穩定性。
    1、彎矩作用平面內整體穩定計算
    當彎矩作用在實軸 y 平面內構件繞虛軸 x 彎曲時,一旦受壓最大肢腹板屈服,構件即喪失整體穩定。在受壓最大肢的外伸翼緣部分出現塑性后,構件喪失整體穩定。規范以受壓最大纖維應力達屈服點作為構件的臨界狀態,規定了如下彎矩作用下,平面內的穩定計算公式:
    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展了塑性!
    2、單肢穩定計算
    將格構柱視為平行弦桁架,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件驗算穩定性。以單肢Ⅰ考慮,應驗算單肢Ⅰ對自身x1軸和對y1軸的穩定性,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 平面內的格構式壓彎構件,只要能保證單肢的穩定性就不會發生彎矩作用平面外失穩,因而不必計算彎矩作用平面外的整體穩定性。
    三、綴材計算
    格構式壓彎構件的綴材設計與軸心受壓格構柱相同,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
    格構式壓彎構件對虛軸λox、對實軸λy、單肢和綴條的長細比均不應大于150,以滿足剛度要求。
    五、構造要求
    構造要求與軸心受壓格構柱相同。

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