图6.1 拉弯、压弯构件 图6.2 屋架结海构洋工中程的钢结拉构设、计压(1)弯构件
同其他构件一样，拉、压弯构件也需同时满足正常使用及 承载能力两种极限状态的要求。
拉弯构件的承载能力由强度条件控制，而压弯构件就要同 时考虑强度和稳定性两方面的要求。
截面形式：型钢截面和组合截面两类，而组合截面又分实 腹式和格构式两种截面。
－－轴力单独作用时最大承载力 －－弯距单独作用时最大承载力
海洋工程钢结构设计(1)
公式6.3可以绘成图6.7中的 曲线1。
对于其它形式的截面也可以 用上述类似的方法得到净截面形 成塑性铰时的相关公式，截面形 式不同，相应的相关公式不尽相 同，且同一截面(如工字型)绕强 轴和弱轴弯曲的相关公式亦将有 差别，并且各自的数值还因翼缘 与腹扳的面积比不同而在一定范 围内变动。
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《规范》采用下式计算压弯构件在弯矩作用平面外的稳 定：
(6.21)
式中 ——均匀弯曲梁的整体稳定系数；对压弯构件，可 按第5章表5.7的近似公式计算，公式中已考虑了构件的弹塑 性问题，当 大于0.6时不需再换算；
——弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；
—— 截面影响系数，闭口截面 ＝0.7，其他截面 ＝1.0；
截面受压边缘纤维屈服时N 与M 的相关公式，然后考虑初始
缺陷的影响和适当的塑性发展得到计算公式。 假定N 、M 为独
立变量，它们联合作 用使杆件受压边缘纤 维屈服，故有直线相 关公式(图6.11中直线 1)。
(6.9)
图海洋6.工1程1钢相结构关设曲计(线1)
——无弯矩时，全截面屈服的极限承载力； ——无轴心力时，边缘屈服的最大弯矩； ——弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面抵抗矩
实际上N 与M 并非是独立变量，由于N 的存在而会以 的倍数放大原始弯矩 ，考虑到这一点并加入初始缺
陷 的影响可得曲线相关公式(图6.11中的曲线2)
(6.10)
式中 ——欧拉荷载。
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当上式中 ＝0，则式中的 即为有初始等效缺陷 的轴心 受压构件的临界力 ,故有：
和上式联立消去 ，并用关系
向曲率时取同号，产生反向曲率时取异号，
；
②所考虑构件段内有端弯矩和横向荷载同时作用时：使
构件段产生同向曲率时， 1.0;使构件段产生反向曲率时，
；
③所考虑构件段内无弯矩但有横向荷载作用时，
2)弯矩作用平面外为悬臂的构件：
。
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式(6.21)是根据双轴对称工字形截面压弯构件在弹性工 作阶段弯曲屈曲的临界状态导出的；对于单轴对称截面压弯 构件以及这些构件在弹塑性工作范围内时，采用上式验算平 面外的稳定，多偏于安全，实验也证明了这一点，因而可近 似采用。
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6.1 拉弯、压弯构件的应用及截面形式
轴心拉力或压力与弯矩共同作用的构件称为拉弯或压弯构 件，图6.1示出了三种较为常见的拉弯、压弯构件的形式。钢 结构中的桁架，塔架和网架等由杆件组成的结构，一般都将 节点假定为铰接，对于这一类结构如果存在着非节点荷载， 就会出现拉弯、压弯构件。以图6.2所示的屋架为例，当受图 示节间荷载作用时，下弦AB就是拉弯构件，上弦CD则为压 弯构件。
(6.7)
需要说明，式(6.5)和式(6.7)也适用于单轴对称截面，因此 在弯曲正应力项前带有正、负号。如图6.8所示，轴力引起的 应力和弯矩引起的应力相加或相减都可能产生最大应力，也 就是说要以截面的最大应力作为计算依据。
海洋工程钢结构设计(1)
海洋工程钢结构设计(1)
对于双向拉弯、压弯构件，采用与式(6.5)相衔接的类似公式
1)对承受静力荷载或间接动力荷载的实腹式拉弯、压弯构 件以及弯矩绕实轴作用的格构式拉弯、压弯构件，应以截面 形成塑性铰为其承载能力的强度极限。
格构式拉弯、压弯构件图
矩形截面形成塑性铰时的应力状态
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图示矩形截面的应力分布，极限承载力
联立以上两式，消去η，则有如下相关方程
(6.3)
模量； ——参数， ——等效弯矩系数，按规定采用海。洋工程钢结构设计(1)
对于单轴对称截面的压弯构件,若两翼缘的面积相差很大， 若受拉区比较薄弱，则可能会因受拉区先出现塑性并发展而 使构件失稳。这种情况的稳定验算公式为：
（6.15)
因此，对于单轴对称截面的压弯构件应同时按式(6.14)和 式(6.15)验算弯矩作用平面内的整体稳定性。
等效弯矩系数 应按下列规定采用：
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1)框架柱和两端支承的构件：
① 无横向荷载作用时： =0.65+0.35M2/M1，
M1,M2,为端弯矩，使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号
，使构件产生反向曲率时(有反弯点)取异号， ≥ ；
②有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲
6.4.1 翼缘的宽厚比限值 工字形、箱形和T形截面压弯构件（图6.16），其受压翼
缘的应力状态与梁受压翼缘板类似，当截面设计均由强度控 制时就更加相似，故板的自由外伸宽度与其厚度之比。亦应 按梁的规定，即应满足下式要求
(6.22)
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图6.16 压弯构件的截面尺寸
箱形截面压弯构件受压翼缘板在腹板之间的宽厚比亦 按梁的规定，即
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)根据上述原则将简化
计算方法规定如下：
1)工字形截面
当
时，
(6.27)
当
时，
式中 为压弯构件在弯矩作用平面内的长细比，规定：当
＜30时，取 ＝30；当 ＞100 时，海取洋工程钢＝结构1设0计0(1)。
2)箱形截面箱形截面的压弯构件，腹板屈曲应力计算方
法与工字形截面的腹板相同。但考虑到翼缘对腹板的嵌固
如弯矩使T形截面翼缘处受压时，即腹板的最大应力在腹板 与翼缘连接之处，限值可适当放大。 海洋工程钢结构设计(1)
和轴心受压柱一样，对某些大型工字形截面和箱形截面
压弯构件的腹板，为了保证腹板的局部稳定需要采用较厚
的板，显得不经济。这时和轴心压杆一样，可采用薄一些
图6.3 拉弯、压弯构件的截面形式 海洋工程钢结构设计(1)
对于压弯构件的承载能力同时要考虑强度和稳定性两方面 的因素，其中整体失稳破坏又可能有弯曲失稳破坏和弯扭失 稳破坏两种。同时应注意，由于组成压弯构件的板件有一部 分受压，则和轴心受压构件与受弯构件一样也存在着局部屈 曲的问题。
对于格构式压弯构件还有分肢失稳的问题。若板件发生局 部屈曲或分肢发生失稳都会导致压弯构件提前发生整体失稳 破坏。
率时，
；使构件产生反向曲率时，
；
③无端弯矩但有横向荷载作用时：
2)悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架
和弱支撑框架柱， =1.0。
Hale Waihona Puke 海洋工程钢结构设计(1)6.3.2 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性
当压弯构件的弯矩作用于截 面最大刚度的平面内时，构件将 可能在弯矩作用平面内发生弯曲 屈曲破坏，即平面内失稳。但是 ，当构件在弯矩作用平面外的刚 度较小时，构件就有可能在平面 外发生侧向弯扭屈曲而破坏，如 图6.13所示。
可得：
根据弯矩等效原理把各种非均匀分布弯矩用等效弯矩系 数换算成两端弯矩相等的等效弯矩，上式即为：
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上式由弹性阶段的边缘屈服准则导出，未考虑塑性发展。 为了与实际情况很好地吻合，《规范》采用下式来验算实腹 式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性
(6.14)
式中 —— 所计算构件段范围内的轴心压力； —— 所计算构件段范围内的最大弯矩； —— 弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数； —— 在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面
海洋工程钢结构设计(1)
2020/11/25
海洋工程钢结构设计(1)
钢结构基础知识（6）
本章内容：
6.1 拉弯、压弯构件的应用及截面形式 6.2 拉弯、压弯构件的强度和刚度 6.3 实腹式压弯构件的整体稳定 6.4 实腹式压弯构件的局部稳定 6.5 压弯构件的设计 6.6 双向压弯构件设计 6.7 拉弯构件设计 6.8 偏心受压柱柱头和柱脚的构造与设计
6.3 实腹式压弯构件的整体稳定
在第4章确定轴心受压构件的整体稳定承载能力时，也虑过 初弯曲，初偏心等初始缺陷的影响，但是主要还是承受轴心 压力，弯矩的存在带有偶然性。
对于压弯构件来说，弯矩和轴力都是主要荷载。轴压杆的 弯曲失稳是在两个主轴方向中长细比较大的方向发生，而压 弯构件失稳有两种可能。①由于弯矩通常绕截面的强轴作用， 故构件可能在弯矩作用平面内发生弯曲屈曲，简称平面内失 稳；②也可能像梁一样由于垂直于弯矩作用平面内的刚度不 足,而发生由侧向弯曲和扭转引起的弯扭屈曲，即弯矩作用平 面外失稳，简称平面外失稳。
——所计算构件段范围内(侧向支承之间)弯矩的最 大值；
——弯矩等效系数，和公式(6.14)中系数的含义相
同，按下列规定采用：
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1)在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点
间构件段内荷载和内力情况确定：
①所考虑构件段无横向荷载作用时，
和 是在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件段产生同
(6.23)
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6.4.2 腹板的局部稳定 压弯构件的腹板的应力状态比较复杂，它除了存在非均
匀的压应力外，还有剪应力存在，实际上它处于轴心受压构 件[图6.17(c)]与受弯构件腹板[图6.17(a)]的应力状态之间[如 图6.17(b)]，即四边简支，两对边受偏心压力，同时四边受均 布剪力作用，与前面薄板弹性稳定理论分析类似。
例6.2
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6.4 实腹式压弯构件的局部稳定
压弯构件的翼缘受力情况与轴压或受弯构件的翼缘的受 力情况基本相同，但腹板的受力情况较复杂，除受到非均匀 压力作用外，还有剪力存在。规范对压弯构件的局部稳定计 算仍以板件的屈曲为准则，用限制板件宽（高）厚比来保证 板件的稳定性，见表6.1