下一个钢板切割工件：轴心受压碳板加工构件的稳定

4.4轴心受压碳板零割柱的设计 4.4.1实腹碳板零割柱设计 4.4.1.1截面形式 实腹式轴心受压碳板零割柱一般采用双轴对称截面，以避免弯扭失稳。常用截面形式有轧制普通工字钢、H型钢、焊接顧面、型钢和钢&的组合截面、圆管和方管截面等,见图4.20。 选^压实腹碳板零割柱的应考虑以下;f①增加截面的惯桂蛋新面转半径，提髙碳板零割柱的整体稳定性和刚度*j②使两个主轴方向等稳定性，即使朽=朽，以达到经济的效果* ]③便于与其他构件进行连接* (④荩可能构造简单，於造省工，取材方便。 进行截面选择时一般应根据内力大小、两方向的计$长度值以及制造加工量、材料供应等情况综合进 87 图4.20轴心受压实®碳板零割柱常用栽面行考虑。单根轧制普通工字钢[图4.20(a)]由于对：y轴的回转半径比对r轴的回转半径小得多，因而只适用于计算长度>3/。,的情况。热轧宽翼缘H型钢[图4.20(b)]的最大优点是制造省工，腹板较薄，翼缘较宽，可以做到与截面的髙度相同（HW型〉，因而具有很好的截面特性。用三块板焊成的工字钢[图 4. 20(d)]及十字形截面[图4.20(e)]组合灵活，容易使截面分布合理，制造并不复杂。用型钢组成的截面[图4.20(c)、（f)、（g)]适用于压力很大的碳板零割柱。管形截面[图4.20(h)、（i)、（j)]从受力性能来看，由于两个方向的回转半径相近，因而最适合于两方向计算长度相等的轴心受压碳板零割柱。这类构件为封闭式，内部不易生锈，但与其他构件的连接和构造较麻烦. 4.4. 1.2截面设计 截面设计时，首先按上述原则选定合适的截面形式，再初步选择截面尺寸，然后进行强度整体稳定、局部稳定、刚度等的验算》具体步骤如下： (1)假定碳板零割柱的长细比A，求出需要的截面积A。一般假定A=50〜100，当压力大而计算长度小时取较小值，反之取较大值。根据A、截面分类和钢种可查得稳定系数则需要的截面面积为： (2)求两个主轴所需要的回转半径 (1) 由已知截面面积两个主轴的回转半径优先选用轧制型钢，如普通工字钢、H型钢等。当现有型钢规格不满足所需截面尺寸时，可以采用组合截面，这时需先初步定出截面的轮廓尺寸，一般是根据回转半径确•定所滞截面的髙度A和宽度 A 6^ 为系数，表示和回转半径i,'i，之间的近似数值关系，常用截面可由表4.6查得。例如由三坎钢板组成的工宁形截面，4=0.43,a2=0,24。 (2) 由所需要的A、A、6等，再考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。 (3) 构件强度、稳定和刚度验算。 ①当截面有削弱时,需进行强度验算 *N-, 式中An——构件的净截面面积。 ②整体稳定验算 N,a==^A，因而刚度验算可与整体稳定验算同时进行. 4.4.1.3构造要求 当实腹碳板零割柱的腹板髙厚比时，为防止腹板在施工和运输过程中发生变形、提高碳板零割柱的抗 扭刚度，应设置横向加劲肋。横向加劲肋的间距不得大于3A。，其截面尺寸要求为双侧加劲肋的外伸宽度h,应不小于（h/30+40)mm,厚度应大于外伸宽度的1/15. 轴心受压实腹碳板零割柱的纵向焊缝(翼缘与腹板的连接焊缝)受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊缝 尺寸。 【例4.2】图4.21(a)所示为一管道支架,其支碳板零割柱的设计压力为N=1600kN(设计值），碳板零割柱两端铰接，钢材为Q235,截面无孔眼削弱。试设计此支碳板零割柱的截面:①用普通轧制工字钢;②用热轧H型钢;③用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边。 -250X14 y\ 、一250X8 156% 图4,21 【解】支碳板零割柱在两个方向的计算长度不相等，故取如图4.21(b)所示的截面朝向，将强轴顺:C轴方向，弱轴顺：y轴方向。这样，碳板零割柱在两个方向的计算长度分别为： l3x=600cm,4,=300cm 1. 轧制工字钢[图4.21(b)] (1)试选截面 假定;1==卯，对于轧制工字钢•当绕^■轴失稳时属类较面，由附表41査得？714{绕轴失稳时属于b类截面，由附表4.2查得^=0.621-需要的截面几何置为： A==16CQX10^?mnf0.621x215x1C2  由附表7.!中不可能选出同时满足八丄和（，的型号，可适当照顾到A和进行选择。现试选I56a，A=135cm2,tx=22.0cm*iy=3.18cm。 (2) 截面验算 • •‘ 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行整体稳定和刚度验算》 长细比： 远大于A,，故由Ay查附表4.2得9?=0.591 4-=^cl °°^oc 'in2=200.5N/mm216nun,故/=205N/mm2.) 2.热轧H型钢 (1) 试选截面[图4.21(c)] 由于热札H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因此长细比的假设值可适当减小，假设a= SO。对宽翼缘H型钢，因&/A>0. ，所以不论对工轴或:y轴都属于b类截面，当A=60时，由附表4.2查得p=0.807，所霈截面几何量为： ^_1600X103— 9f一『807X215X102=92#2咖2 ：一^ox600 . x—了=i=10.0cm •—^0y300--r—丁=瓦= .0cm 由附表7.2中试选HW250X250X9X：14，A=92.18cmS.^10.8cm,ly=6.29cm (2) 截面验算 ° 因截面无聽圆，可不縛财。XS为舰_，亦可不鮮娜雜，服进行鮮稳定麵 度验算。 K=j1==55.6<[A]=150 ^=|=H=47*7值均属b类，故由长细比的较大值A,=55.6查附表4.2得？>=0.83, (4) 由所需麵A、/i、&等•再考要求、關駿縣钢龍格等’較顔膽选尺寸。 (5) 构件强度、稳定和刚度验算。 ①当截面有削弱时，需进行强度验算 •N, 式中K——构件的净截面面积。 ②整体稳定验算 N^r ③局部稳定验算 如上所述，轴心受压构件的局部稳定是以限制其组成板件的宽厚比来保证的。对于热轧型钢截面，由于其板件的宽厚比较小，一般能满足要求，可不验算。对于组合截面，则应根据表4.S的规定对板件的宽厚比进行验算。 ④刚度验算 轴心受压实腹碳板零割柱的长细比应符合规范所规定的容许长细比要求。亊实上，在进行整体稳定验算时,构件的长细比已预先求出，以确定整体稳定系数少，因而刚度验箅可与整体稳定验算同时迸行。 4. 4.1.3构造要求 当实腹碳板零割柱的腹板髙厚比AaA„>80时，为防止腹板在施工和运输过程中发生变形、提髙碳板零割柱的抗 扭刚度，应设置横向加劲肋。横向加劲肋的间距不得大于3/«。，其截面尺寸要求为双側加劲肋的外伸宽度K应不小于(&/30+40)mm，厚度t,应大于外伸宽度的1/15。 轴心受压实腹碳板零割柱的纵向焊缝（翼缘与腹板的连接焊缝）受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊缝尺寸。 【例4.2】图4.21(a)所示为一管道支架，其支碳板零割柱的设汁压力为A/=1600kN(设计值），碳板零割柱两端铰接，钢材为Q235，截面无孔眼削弱。试设计此支碳板零割柱的截面:①用普通轧制工字钢;②用热轧H型钢;③用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边。 ■250X14 y\ 1-250X8 图4.21 【解】支碳板零割柱在两个方向的计算长度不相等，故取如图4.21(b)所示的截面朝向，将强轴顺工轴方向,弱轴顺^轴方向。这样，碳板零割柱在两个方向的计算长度分别为： lox~600cm.l^y=300cm 1.轧制工字钢[图4.21(b)] (1)试选截面 假定A=90，对于轧制工字钢，当绕_r轴失稳时属于a类截面，由附表4.1査得p,=0.714,绕;y轴失 稳时属于b类截面，由附表4.2查得朽-0.621.需要的截面几何量为： • N一16CQX1QJ ——0.621X215X10?~  ^ox=^22=6.67cm了一90 热札«型钢U)试选截面[图4.21(c)] 由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因此长细比的假设值可适当减小，假设 60。对宽翼缘H型钢，因6/A>0.8，所以不论对工轴或y轴都属于13类截面，当A=60时由附表得？>=0.807，所需截面几何量为： ^阳衣. A=4=1600X103—922 a=92-18⑷产则〜=6.29cm。 度验g細就關，可不鮮强度。又S为■_，亦可不縛■稳定，辟■整体稳定麵 ^x=Y==55.6<[A]=150 A,=^=S=47.7=0.83。 袅=O^090C10-=209N/匪1<,=215N/腿2 3.焊接工字形截面[图4.21(d)] (1)试选截面 参照H型钢截面，选用截面如图4.21(d)所示，翼缘2_250X14，腹板1_250XS，其截面面积： A=2X25X1.4+25X0.8=90cm2 J,=JLx(25X27.8J—24.2X253)=13250cm4/=2XAX1.4X253=3645.8cm4 y 产12 ^ • /3645.8c0rj一 =V—=6.37Cm (2)整体稳定和长细比验算长细比： 因对工轴和:y轴值均属b类，故由长细比的较大值，查附表4.2得