轴心受力构件的强度和刚度钢结构设计原理教学

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1、4轴心受力构件4轴心受力构件概述4.1轴心受力构件的强度和刚度4.2轴心受压构件的整体稳定4.3格构式轴心受压构件的整体稳定4.4轴心受压构件的局部稳定概述1、轴心受力构件的应用轴心受拉：桁架拉杆、网架、塔架（二力杆）等轴心受压：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱。a-桁架；b-塔架；c-网架柱的组成1）、实腹式截面紧奏，对两主轴刚度相差悬殊的截面轴心受拉截面较为开展、组成板件宽而薄的截面轴心受压特点：制作简单，与其他构件连接较方便。2、截面形式2）、格构式由两个或多个型钢肢件通过缀材（缀条或缀板）连

2、成。特点：易使压杆实现两主轴方向的等稳定性；刚度大，抗扭性能较好；用料较省。2、截面形式3、轴心受力构件的类型实腹式构件格构式构件4、轴心受力构件的计算承载能力极限状态：强度轴心受拉正常使用极限状态：刚度承载能力极限状态：强度、稳定轴心受压正常使用极限状态：刚度一、强度计算1.截面无削弱——以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为极限。计算公式：4.1轴心受力构件的强度和刚度弹性阶段——产生应力集中，应力分布不均匀；极限状态——通过应力重分布，净截面上的应力为均匀屈服应力。计算时：以构件净截面的平均应力

3、达到屈服强度为强度极限状态。（4.1）要求：选用具有良好塑性性能的材料。（a)弹性状态（b)极限状态2.有孔洞等削弱螺栓并列螺栓错列3.采用普通螺栓连接的轴心受力构件NNbtt1b111NNtt1bc2c3c4c1ⅡⅡ112二、刚度计算轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，越大，表示构件刚度越小。过大的不利影响：(1）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（2）使用期间因其自重而明显下挠；（3）在动力荷载作用下发生较大的振动；（4）使压杆的极限承载力显著降低，同时，初弯曲和自重产生的挠度也将

4、对构件的整体稳定带来不利影响。为了满足结构的正常使用要求，保证构件不会产生过度的变形，规范根据构件的重要性和荷载情况，对构件最大长细比限值规定如下：项次构件名称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受动荷载的结构一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑300200_3其它拉杆、支撑、系杆等（张紧的圆钢除外）400350_受拉构件的容许长细比表4－l项次构件名称容许长细比1柱、桁架和天窗架构件150柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑2

5、支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）200用以减小受压构件长细比的杆件受压构件的容许长细比表4－2三、轴心拉杆的计算轴拉杆设计一般由强度控制，计算时只考虑强度和刚度。例题[4-1]4.2轴心受压构件的整体稳定稳定性概念所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性,分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。若对处于平衡状态的体系施加一微小干扰，当干扰撤去后：•体系恢复到原来的平衡位置，则该平衡位置是稳定的；•体系偏离原来位置越来越远，则该平衡位置是不稳定的；•体系停留在新的位置不动，则该平衡状

6、态是随遇的。临界状态稳定问题是钢结构的重点问题，所有钢结构构件均存在稳定问题，稳定问题分构件的整体稳定和局部稳定。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定状态。临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。4.2.1理想轴心受压构件的临界力理想轴心受压构件：（1）杆件为等截面理想直杆；（2）压力作用线与杆件形心轴重合；（3）材料为匀质，各项同性且无限弹性，符合虎克定律；（4）构件无初应力等缺陷，节点铰支。4.2.1理想轴心受压构件的临界力理想的轴心压

7、杆屈曲形式（1）弯曲屈曲——双轴对称截面只发生弯曲变形，截面只绕一个主轴旋转，杆的纵轴变为曲线。——（2）扭转屈曲——部分双轴对称截面（如十字形）各截面（除支承端）均绕纵轴扭转。（3）弯扭屈曲——单轴对称截面绕对称轴杆件失稳时，同时发生弯曲和扭转变形。最基本最简单抗弯刚度最小的轴4.2.1.1理想轴心受压构件的弹性弯曲屈曲理想轴心压杆的弹性弯曲屈曲对于细长柱，在轴向力超过比例极限之前外荷载就已经达到临界力，构件始终处在弹性工作范围内，属于弹性稳定问题。理想轴心压杆的弹塑性弯曲屈曲对于中长柱和短柱，在

8、外荷载达到临界力之前，轴向应力将超过材料的比例极限，因此，在确定其屈曲荷载时必须考虑到非弹性性能。：杆件轴向缩短，微小干扰后保持直线平衡——稳定平衡状态：微小干扰后杆件从直线到微弯平衡分枝——随遇平衡（临界状态）：微小干扰将使杆件产生很大弯曲变形而破坏——不稳定平衡状态（屈曲）——临界力，使柱子在直的和微弯的两种形式下都能平衡的荷载。理想轴心压杆的弹性弯曲屈曲由材料力学：剪力Ｖ产生的轴线转角为：β——与截面形状有关的系数。轴心压杆微弯时：M——变形y1V——变形y2总