钢结构基本原理第4章

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1、1.了解轴心受力构件的构造特点和计算内容。2.掌握轴心受力构件的强度和刚度计算方法。3.掌握轴压构件的整体稳定和局部稳定计算。4.掌握轴心受压柱的设计方法。4.1概述4.2轴心受力构件的强度和刚度4.3轴心受压构件的稳定4.4轴心受压柱的设计4.5柱头和柱脚本章目录基本要求第4.1节概述1.轴心受力构件的应用2.轴心受力构件类型3.轴心受力构件的截面形式4.轴心受力构件的计算内容了解轴心受力构件的类型、应用及计算内容本节目录基本要求4.1.1轴心受力构件的应用轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。

2、图4.1.1桁架图4.1.2网架图4.1.3塔架图4.1.4神舟四号飞船与发射塔架图4.1.5临时天桥图4.1.6固定天桥图4.1.7脚手架图4.1.8栈桥图4.1.9起吊设备轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受拉 ：桁架、拉杆、网架、塔架（二力杆）轴心受压 ：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等等。4.1.2轴心受力构件类型轴心受力构件常用的截面形式可分为实腹式与格构式两大类。4.1

3、.3轴心受力构件截面形式图4.1.10实腹式柱yyxx柱脚柱身柱头截面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。图4.1.11格构式柱柱脚柱身柱头缀板柱缀条柱l1缀板l01柱肢l01=l1yyxx(虚轴)(实轴)(实轴)yyxx(虚轴)图4.1.12格构式柱实例缀条柱缀板柱轴心受力构件的截面形式很多，按其生产制作情况分为型钢截面和组合截面两种，其中组合截面又分为实腹式组合截面和格构式组合截面。(a)型钢截面(b)实腹式组合截面c)格构式组合截面型钢截面，其安装制作量少，省时省工，能有效地节约制作成本。因此，在受力较小的

4、轴心受力构件中得到较多应用。实腹式组合截面和格构式组合截面的形状、几何尺寸几乎不受限制，可根据受力性质、大小选用合适的截面，使得构件截面有较大的回转半径，从而增大截面的惯性矩，提高构件刚度，节约钢材。由于组合截面制作费时费工，其总的成本并不一定很低，目前只在荷载较大或构件较高时使用。4.1.4轴心受力构件的计算内容轴心受力构件轴心受拉构件轴心受压构件强度（承载能力极限状态）刚度（正常使用极限状态）强度刚度（正常使用极限状态）稳定（承载能力极限状态）第4.2节轴心受力构件的强度和刚度1.强度计算2.刚度计算掌握轴心受

5、力构件强度和刚度的计算方法本节目录基本要求4.2.1强度计算轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则。对无削弱截面，以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，则N—轴心力设计值；A—构件的毛截面面积；f—钢材抗拉或抗压强度设计值。对有孔洞等削弱截面，以净截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，则An——构件的净截面面积分析：弹性阶段时，由于应力集中，应力分布不均匀；极限状态时，应力产生塑性重分布，净截面上的应力为均匀屈服应力，因此设计时要求钢材具有良好的塑性。4.2.2刚度计算通过限制长细

6、比来保证，即max——构件的最大长细比l0——构件计算长度，取决于其两端支承情况i——截面回转半径[]——容许长细比当构件的长细比太大时，会产生下列不利影响：（1）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（2）使用过程中因自重而发生挠曲变形；（3）在动力荷载作用下发生较大的振动；（4）压杆的长细比过大时，除具有前述各种不利因素外，还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.1稳定问题概述短而粗的

7、受压构件主要是强度破坏。当其某一截面上的平均应力达到某控制应力如屈服点，就认为构件已到达承载能力极限状态。长而细的受压构件主要是失去整体稳定性而破坏。当截面上的平均应力还远低于钢材的屈服点时，由于其内力和外力间不能保持平衡的稳定性，些微扰动即促使构件产生很大的弯曲变形、或扭转变形或又弯又扭而丧失承载能力，这现象就称为丧失整体稳定性，或称屈曲。稳定问题对钢结构是个极其重要的问题。影响轴心压杆稳定性的因素很多，如初始应力、初偏心、初弯曲等缺陷的影响及相互影响，其稳定计算也较复杂。先讨论理想轴心受压杆件的稳定计算，然后再

8、考虑各种缺陷的影响。整体失稳：钢结构中的轴心受压构件、受弯构件、压弯构件等都会产生失稳破坏，属于构件整体失稳。还有框架失稳、拱的失稳、薄壳失稳等属于结构整体失稳。局部失稳：另外，组成实腹构件的薄板，如工字形截面的翼缘或腹板，当受压力或剪力作用时，也有可能在局部位置出现失稳现象，称为局部失稳。4.3.2理想轴心受压构件及其失稳形式理想轴心受压杆件满足以下假设：