4 塑性设计中的节点设计
4.1 全部采用螺栓连接 4.2 螺栓和焊缝混合连接 4.3 短梁过渡连接
4.1 全部采用螺栓连接 a
b
4.2 螺栓和焊缝混合连接 4.3 短梁过渡连接 d
由于剪切变形会引起刚架的梁柱端刚度的退化，所以 必须采取措施加强节点域的刚度。
（a）采用小板对柱翼缘加强 （b）加设斜向加劲肋 （c）在腹板两侧焊上板来加厚，从而保证钢结构塑形充 分发展和内力重分布
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题
3.1 防止局部屈曲
防止板件在结构成为机构之前局部屈曲需要对它的宽 防止板件在结构成为机构之前局部屈曲需要对它的宽 厚比严格控制 厚比严格控制
2.塑性设计的基本假定及使用条 2.塑性设计的基本假定及使用条 件
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.3塑性设计重要性
采用塑性设计法进行设计的主要原因之一是可以避 免繁琐的计算，原因之二是弹性设计过于保守。在 塑性设计中，为了计算上的方便，引入了材料理想 弹塑形的假定。这一假定当然是合理的，但有时可 能会造成对材料的应变硬化性能的忽视；另外，塑 性设计强调材料抵御变形的能力，因此用于塑性设 计的材料必须具有足够变形的能力，以满足结构形 成机构而达到承载力极限状态的要求。从这一点来 看，具有明显屈服平台的材料，如软钢是用于塑性 设计的理想材料。值得注意的是，在强调材料延性 设计的理想材料。值得注意的是，在强调材料延性 的同时，还要重视对材料应变硬化性能的要求。 的同时，还要重视对材料应变硬化性能的要求。
试验结果：B 试验结果：B、C两截面 的弯矩均达Mp,但 的弯矩均达Mp,但D截面 弯矩约达Mp/2时，C 弯矩约达Mp/2时，C处 受拉翼缘就被拉断致使 梁丧失承载力。（试验 过程中采用了防止翼缘 局部屈曲的特殊措施） D截面弯矩没有达到塑 性设计的塑性弯矩Mp， 性设计的塑性弯矩Mp， 梁的弯矩重分布不完全， 也就没有达到塑形设计 中形成机构的极限状态。
2.3.1无应变硬化性能的材料不适用塑形设计 2.3.1无应变硬化性能的材料不适用塑形设计
在塑性设计中，计算构件的塑性铰弯矩Mp时，一 在塑性设计中，计算构件的塑性铰弯矩Mp时，一 般将具有明显屈服台阶的材料看作理想弹塑性体， 即忽略材料应变硬化阶段。这样处理主要是为了 使得计算简化，算得的承载力和实际相差不大， 并偏于安全。但是这种简单化并不意味着所用的 材料可以不具有应变硬化性能。恰恰相反 ，材料 必须具有一定的应变硬化工作阶段才有可能达到 形成机构的极限状态。
1.塑性设计的发展 1.塑性设计的发展
1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑 1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑 物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计 的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进 的工程。英国在1948年第一个把塑性设计方法引进 了BSS499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速 BSS499规范。随后，以英国和美国为中心，迅速 地普及塑性设计。现已公认，塑性设计简单、合理， 而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几 乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层 建筑也应用塑性设计。我国1988年的《 建筑也应用塑性设计。我国1988年的《钢结构设计 规范》 GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的 规范》（GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的 GB50017规范又进行了局部修改。 GB50017规范又进行了局部修改。
3.2 防止弯扭屈曲
防止构件在成为机构前弯扭屈曲要靠适当布置侧向支 撑（可用限制侧向长细比 撑（可用限制侧向长细比λy作为保证梁段在塑性铰处 的转动能力的一项措施 ） 构造要求
钢结构的塑性设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.1钢结构塑性设计的基本原理 2.1钢结构塑性设计的基本原理
结构的塑性设计就是考虑一定数目的截面形成了 塑性铰，使结构（整体或局部）变为机构而破坏， 以此作为承载力极限状态进行设计。即首先要确 定结构破坏时所能承担的荷载——极限荷载，然 定结构破坏时所能承担的荷载——极限荷载，然 后将极限荷载除以荷载系数得出容许荷载，并以 此为依据进行设计。为了确定极限荷载，必须考 虑材料的塑形变形，进行结构的极限分析（或塑 性分析）。所谓极限分析就是对结构变成机构前 性分析）。所谓极限分析就是对结构变成机构前 的变形不考虑，避开破坏前的全部分析，直接计 算极限荷载。 算极限荷载。
简单塑性理论
钢结构的简单塑性理论是指：假定钢材为理想弹塑 形体，采用一阶理论分析，不考虑二阶效应；保证 在形成机构前不发生侧扭屈曲破坏，其组成板件不 发生局部屈曲破坏；荷载按比例增加，内力计算时 考虑产生塑性铰而使结构转化为破坏机构体系。 用简单塑性理论进行框架分析是不考虑二阶效应的。 按塑性分析的结构，变形较大，结构刚度也有所降 低，二阶效应必然比弹性分析要大；如果再加上残 余应力、初弯曲、初偏心等初始缺陷的影响，承载 力会进一步降低。对于一般的连续梁、单层和两层 框架，钢材硬化的有利影响可以抵消二阶效应对承 载力的不利影响；如果设计者掌握了二阶理论的分 析和设计方法，并有足够的依据时，也不排除在两 层以上的框架设计中采用塑性设计 。
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除防止侧向弯扭屈曲的要求之外，塑性设计的结构 尚应考虑下述构造要求：
(1) 为避免引起过大的二阶效应，受压构件的长细比不 宜大于 。这比弹性设计的稍严。 (2) 所有节点及其连接应有足够的刚度，以保证节点处 各构件间的夹角保持不变。为达此目的，采用螺栓的安 装接头应避开梁和柱的交接线，或者采用加腋等扩大式 接头。构件拼接和构件间的连接应能传递该处最大弯矩 设计值的1.1倍，且不得低于 设计值的1.1倍，且不得低于 ，以便使节点强度 稍有余量，减少在连接处产生永久变形的可能性。 (3) 为了保证在出现塑性铰处有足够的塑性转动能力， 当板件采用手工气割或剪切机切割时，应将预期会出现 塑性铰部位的边缘刨平。当螺栓孔位于构件塑性铰部位 的受拉板件上时，应采用钻成孔或先冲后扩钻孔。这是 因为剪切边和冲孔周围带来的金属冷加工硬化，将降低 钢材的塑性，从而降低塑性铰的转动能力。
（1）与通常的弹性设计方法相比，可以节 约钢材（10％～15％）和降低造价； 约钢材（10％～15％）和降低造价； （2）对整个结构的安全度有更直观的估计。 通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出 精确的内力和位移，但给不出整个结构的极 限承载能力； （3）对连续梁和低层框架的内力分析较弹 性方法简便。
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍
1.1 塑性设计的发展 1.2 塑性设计的优点
1.2 塑性设计的优点
钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局 部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构 中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰， 引起结构内力的重分配（redistribution 引起结构内力的重分配（redistribution of internal forces），从而发挥结构各部分的潜能。 forces），从而发挥结构各部分的潜能。 这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态 的塑性设计（plastic design）方法具有如下的 的塑性设计（plastic design）方法具有如下的 优点：
2.3.2 应变硬化性能过弱的材料也不适用于塑性设计 A.P.Hrennikoff用铝合 A.P.Hrennikoff用铝合 金连续梁的实验表明： 不仅缺少应变硬化性能 的材料不适合用于塑形 设计，硬化程度很弱的 材料同样不适用。 工字形截面，材料没有 明显屈服点，以残余变 形0.2%确定屈服应力 0.2%确定屈服应力 fy=269MPa,极限强度 fy=269MPa,极限强度 fu=298MPa,二者比值 fu=298MPa,二者比值 仅仅是1.1 仅仅是1.1
钢结构的塑性设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍 2.塑性设计的基本假定及使用条件 2.塑性设计的基本假定及使用条件 3.塑性设计中的稳定性问题 3.塑性设计中的稳定性问题 4.塑性设计中节点设计 4.塑性设计中节点设计
1.塑性设计的基本介绍 1.塑性设计的基本介绍
1.1 塑性设计的发展 1.2 塑性设计的优点
2.2钢结构塑性设计的适用条件 2.2钢结构塑性设计的适用条件
塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、 连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结 构 。 采用塑性设计的结构或构件按承载力极限状态进 行设计时，应采用荷载的设计值，考虑构件截面 内塑性的发展以及由此而引起的内力重分布，采 用简单塑性理论进行内力分析。 简单塑性理论进行内力分析。 按正常使用极限状态设计时，采用荷载的标准值， 并按弹性理论进行计算。
极限分析的假定
极限分析的假定包括：
1 材料为理想的弹塑体
极限分析的假定
2 理想截面，即假定塑形区只集中在一个截面 上 3 比例加载
2.塑性设计的基本假定及使用条 2.塑性设计的基本假定及使用条 件
2.1 钢结构塑性设计的基本原理及基本 假定 2.2 塑性设计的适用条件 2.3 塑性设计中材料的应变硬化性能的 重要性
2.3.3适用于钢结构塑性设计的钢材 2.3.3适用于钢结构塑性设计的钢材