分析:根据已知条件,两种截面均为工字形,且计算长度、钢材和加工方法均相同,仅截面尺寸不同。截面无削弱,故须由整体稳定性计算柱所能承受的压力。图(a)截面所用钢板较宽较薄,图(b)则较窄较厚,故从直观分析,若前者局部稳定性能满足,其能承受的压力将比后者的高。 1.计算用的各种数据
两端铰接柱,计算长度lox=loy=l=10m,Q235钢:f=215N/mm2(t≤16mm);
f=205N/mm2(t>16~40mm)。
2.计算图(a)截面能承受的压力和局部稳定性
A=2×40×1.6+40×0.8=160cm2
0.8×403
Ix=+2×40×1.6×20.82=59640cm4
121.6×403
Iy=2×=17070cm4
12
ix=
Ix
=A
IyA
x
59640
=19.3cm 160
17070=10.3cm 160
iy=
=
λx=loxi=100019.3=51<[λ]=150(刚度满足)
λy=
loy
1000iy=10.3=97.1<[λ]=150(刚度满足)
由最大长细比查得,ϕy=0.574
Na=ϕyAf=0.574×160×102×215=1974600N=1974.6KN
局部稳定验算:
翼缘:
b1196235==12.3<(10+0.1λ) t16fy
=(10+0.1×97.1)235235=9.7(满足)
腹板:
h0400235==50<(25+0.5λ) tw8fy
=(25+0.5×97.1)235235=73.6(满足)
注意:上两式中λ应取两方向长细比的较大值,λy>λx,故取式中λ=λy。
3.计算图(b)截面能承受的压力和局部稳定性
A=32×2×2+32×1=160cm2
1×323Ix=+2×32×2×172=39700cm4
122×323
Iy=2×=10920cm4
12
ix=
Ix
=A
IyA
x
39700
=15.8cm 160
10920=8.26cm 160
iy=
=
λx=loxi=100015.8=63.3<[λ]=150(刚度满足)
λy=
loy
1000iy=8.26=121.1<[λ]=150(刚度满足)
由最大长细比查得,ϕy=0.431
Nb=ϕyAf=0.431×160×102×205=1413700N=1413.7KN
(腹板厚度虽然小于16mm,但轴心受压柱截面为均匀受力,故应按截面的不利部位,即按翼缘厚度t=20mm取f=205N/mm2)
局部稳定验算:
翼缘:
b1155235==7.8<(10+0.1λ) t20fy
=(10+0.1×121.1)235235=22.1(满足)
腹板:
h0320235==32<(25+0.5λ) tw10fy
=(25+0.5×121.1)235235=85.6(满足)
由计算结果可见Aa=Ab即两种截面面积相等,但截面(a)的承载能力为截面(b)的
139.7%。因此,设计工字形截面柱时,在满足局部稳定的条件下,截面宜尽量开展。
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