同时承受沿杆轴方向的轴力(拉力或压力)和绕截面形心主轴的弯矩作用的构件,称为拉弯或压弯构件(后者亦称梁柱)。对于拉弯或压弯构件,当只有绕截面一个形心主轴方向作用有弯矩时,称为单向拉弯或单向压弯构件;绕两个形心主轴都有弯矩时,称为双向拉弯或双向压弯构件。
这类杆件为拉弯构件的实例:在节间作用有横向荷载的简支桁架下弦杆;钢桁架中比较粗短且端部有很强的转动约束的受拉弦杆;高层建筑中,当在较大的水平力作用产生的倾覆力矩和竖向荷载共同作用下受拉的框架柱。
在工程中,相对拉弯构件,压弯构件更为广泛,例如承受节间荷载的简支桁架上弦杆、单层厂房的框架柱、多层和高层房屋的框架柱、斜拉桥的纵梁、屋面斜梁等等都是常见的压弯构件。压弯构件在计算和设计方面,也较拉弯构件更为复杂。
图 6.1 所示为单向压弯构件常见的四种受力形式。图 6.1(a)为弯矩由偏心轴力引起,称为偏压构件;图 6.1(b)中构件上同时作用有轴心压力和端弯矩,端弯矩来自相邻构件给予的转动约束;图 6.1(c)为构件上同时承受横向荷载和轴心压力。以上三类构件在其端部都有支承,构件两端无垂直于杆轴的相对位移,杆端的剪力由弯矩所引起,这类柱属于无侧移框架柱。图 6.1(d)所示的构件两端有垂直于杆轴的相对位移,杆端剪力由弯矩和轴心压力两者共同产生,在构件杆轴线上可能存在也可能不存在反弯点,这类柱属于有侧移框架柱。
图6.1 压弯构件受力形式(www.xing528.com)
拉弯或压弯构件的截面形式,根据其组成方式区分为钢板焊接组合截面[图6.2(a)~(e)]、型钢截面[图 6.2(f)~(h)]或型钢与型钢、型钢与钢板的组合截面[图 6.2(i)、(j)];根据截面形状对称与否可分为双轴对称截面[图 6.2(a)~(c)]和单轴对称截面[图 6.2(d)、(e)]。当构件可能在正向和负向受到大小较为接近的弯矩时,宜采用双轴对称截面,否则宜用单轴对称截面,并应使弯矩作用于截面的最大刚度平面内。对于实腹式构件[6.2(a)~(j)],弯矩作用平面内宜有较大的截面高度,以使构件有较大的刚度来抵抗更大的弯矩。除了实腹式截面外,为了提高截面的抗弯刚度,还常常采用格构式截面[图 6.2(k)~(n)]。在格构式构件中,应使弯矩绕虚轴作用,从而调整其两分肢的间距以获得更大的抗弯刚度。此外,为适应弯矩的变化,节省钢材,构件截面沿轴线可以变化,比如,工业建筑中的阶形柱[图 6.3(a)]、楔形柱[图 6.3(b)]、屋面斜梁等。截面形式的选择,取决于构件的用途、荷载、制作、施工、用钢量等诸多因素。不同的截面形式,在计算方法上会有若干差别。
图6.2 压弯构件截面形式
图6.3 截面沿构件轴线变化的压弯构件
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