轴心受力构件.doc

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1、4轴心受力构件学时：10；习题课：24.1概述轴心受力构件轴心受拉和轴心受压构件（包括轴心受压柱）。钢结构中，屋架、托架、塔架等平面或空间桁架以及支撑系统，通常均由轴心受拉和轴心受压构件组成。图5.1工作平台以及单层、多层和高层房屋骨架的柱，承受梁或桁架传来的荷载，当荷载为对称布置且不考虑承受水平荷载时，属于轴心受压柱。柱通常由柱头、柱身和柱脚组成，柱头支承上部结构并将其荷载传给柱身，柱脚则把荷载由柱身传给基础。图5.2截面组成型式实腹式图5.3，构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但钢材用量较多。格构式图5.4，由分肢、缀材（缀条或缀板）组成，等稳定性，刚度大，抗扭

2、，用料省。设计轴心受力构件步骤1）选择合理的截面型式←结构用途、构件受力大小和材料供应情况；2）进行设计计算轴心受拉构件——计算强度、刚度，轴心受压构件——计算强度、刚度、整体稳定、局部稳定。强度要求：构件截面上的最大正应力不超过钢材强度设计值。刚度要求：构件的长细比不超过容许长细比。整体稳定：构件在设计荷载作用下不致发生屈曲而丧失承载力。局部稳定：组成构件的板件或格构式构件的分肢不发生屈曲。4.2轴心受力构件的强度和刚度一．强度强度条件：净截面的平均应力不超过钢材的屈服强度。注：选用塑性好的材料；螺栓连接（普通、高强，并列、错列）时构件净截面面积计算。一．刚度刚度条件：长

3、细比不超过容许长细比。（轴心受力构件的刚度用其长细比来衡量）式中，、、——构件最大长细比、计算长度、截面回转半径；[]——构件的容许长细比，按表5.1或表5.2选用。【例题1】拉杆2∟100×10，钢材为Q235，容许长细比为350，试确定最大承载能力和最大计算长度。【解】查附表1.1：；查附表7.4：，，最大承载能力：最大计算长度：习题：5.2，5.3，5.44.3受压构件的稳定轴心受压构件，除很短及有孔洞等削弱时可能发生强度破坏外，通常由整体稳定控制其承载力。轴心受压构件丧失整体稳定常常是突发性的，容易造成严重后果，应予特别重视。一、理想轴心受压构件的受力性能理想轴心受

4、压构件：绝对直，材料匀质、各向同性，无缺陷（无初应力和荷载偏心）。，稳定平衡——直线形式的平衡；，不稳定平衡——微弯或微扭转形式的平衡；弯曲失稳构件轴线由直变弯，失稳——扭转失稳构件绕轴线扭转弯扭失稳弯扭变形同时发生双轴对称截面通常可能发生绕主轴的弯曲屈曲或扭转屈曲，究竟发生哪种变形形态的屈曲，取决于截面绕主轴的抗弯刚度、抗扭刚度、构件长度、构件支承约束条件等情况；单轴对称截面可能发生绕非对称轴的弯曲屈曲，也可能发生绕对称轴的弯曲变形并伴随扭转变形（弯扭屈曲）。无对称轴截面若屈曲都是弯扭屈曲（很少采用）。一般钢结构中的轴心受压构件厚度较大，抗扭刚度也相对较大，失稳时主要发生

5、弯曲屈曲。冷弯薄壁型钢结构构件的厚度薄，对单轴对称开口截面的轴心受压构件，要考虑绕对称轴弯扭屈曲的情况。弯曲屈曲（参考4.1.1）1、弹性弯曲屈曲两端铰接杆，在轴心压力N作用下的微弯平衡方程：临界力：（忽略剪切变形的影响）或（单位剪力时的轴线转角）——与截面形状有关的系数临界应力：（，）或使用条件：（大柔度杆）2、弹塑性弯曲屈曲轴心受压构件非弹性（弹塑性）屈曲的临界力确定：切线模量理论，双模量理论。弹塑性稳定理论指出，轴心受压构件弹塑性屈曲实际最大应力高于切线模量应力，低于双模量应力，前者是下限，后者是上限，切线模量应力更接近实际最大应力。切线模量理论：（）【例题2】试计算

6、用轧制I钢I36a作成的两端铰接的理想轴心压杆的屈曲应力，杆长有3.5m和3.0m两种，钢材为Q235A·F，其屈服强度，比例极限，弹性模量，切线模量，根据试验资料（修正系数）取决于杆的正则化长细比，。【解】查型钢表得：，，屈曲时绕y轴弯曲，（1）时,属细长杆，杆在弹性状态屈曲，（2）时，非细长杆，杆在弹塑性状态屈曲，（）一、实际轴心受压构件的受力性能实际轴心受压构件：有缺陷（初弯曲、初偏心、残余应力、材质不均）。实际工程结构中，钢构件不可避免地存在初弯曲和初偏心等几何缺陷，以及残余应力和材质不均等材料缺陷。这些缺陷将使轴心受压构件的整体稳定承载力降低。1、残余应力的影响残

7、余应力：存在于截面内自相平衡的初始应力；源于焊接、轧制、火焰切割、冷弯、变形矫正等；分布和数值：与构件的加工条件有关，与截面的形状和尺寸有关，但与钢材的强度等级无关。图4.7，4.8，4.9为几种残余应力分布图。其值最大可达钢材屈服点。影响残余应力的压应力部分使轴心受压构件受力时部分截面较早进入塑性状态。当轴心受压构件达到临界状态时，截面由两部分组成，屈服区的弹性模量为零（刚度为零），只有弹性区仍提供刚度，成为有效截面。例：翼缘为轧制边或剪切边的焊接I形截面（忽略腹板）图4.11对强轴（x）屈曲　　对弱轴（y）屈曲