彩钢、钢结构构件的强度刚度和稳定分析

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1、第三篇彩钢、钢结构造型设计、制作工艺及应用图集""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""第三章彩钢、钢结构构件的强度刚度和稳定分析第一节轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件根据轴心力性质的不同分为轴心受拉构件和轴心受压构件。而轴心受拉构件和轴心受压构件虽同为轴心受力构件，但受力性能有明显的不同，拉杆的破坏主要是钢材屈服或被拉断，都属于强度破坏。压杆的破坏则主要是由于构件失去整体稳定性或组成板件局部失去稳定性，当构件上有螺栓孔等使截面有较多削弱时

2、，也可能因强度不足而破坏。因此，对压杆通常要计算构件的强度、整体稳定性和局部稳定性，而对拉杆只计算强度这一项。这些计算都属于承载力极限状态计算，应采用荷载和材料强度设计值。另外，为保证轴心受力构件能满足正常使用要求，对轴心受拉和受压构件均需限制其变形的大小，也就是正常使用极限状态的刚度计算，应采用荷载和材料强度标准值。下面先介绍轴心受拉和轴心受压构件均需满足的强度和刚度要求。一、轴心受力构件的强度计算：由在材料力学研究知道，在无孔洞等削弱的轴心受拉或受压构件中，轴心力作用使截面内产生均匀分布的受拉或受压正

3、应力。为合理使用钢材，充分发挥其强度，以全截面刚达到屈服应力作为强度承载力的极限状态。因为这时构件塑性变形很大，已达到不适于继续承载的状态。有孔洞等削弱的轴心受拉或轴心受压构件，在孔洞处截面上的应力分布是不均匀的，在靠近孔边处会产生应力集中现象。但当应力集中不十分严重的情况下，高应力的纤维达到屈服应力后，轴心力继续增长，部分截面发展塑性变形，出现应力重分布，应力可渐趋均匀，净截面应力最后可达到均匀屈服应力。因此，轴心受力构件强度可按下式计算：!!!!$（"#$）"#·"&%·第三章彩钢、钢结构构件的强度刚

4、度和稳定分析####################################################式中!———轴心拉力或压力设计值；"!———构件净截面面积；#———钢材抗拉、抗压强度设计值。按附录一附表"#$采用。这里指出一点：有孔洞等削弱的构件截面应力达到屈服时，构件总变形比毛截面达屈服应力时小；如果以后者作为承载力极限状态，则对前者将偏保守。但按式（%#"）计算强度安全、简单、实用。而目前有些国家采用“毛截面屈服”和“净截面断裂”作为强度计算准则。在第四章第五节中已介绍，焊接将在构

5、件中产生较大的焊接残余应力见图&—&%。同样，轧制型钢构件因轧制后的不均匀冷却也会产生残余应力。经过前面的分析我们知道，残余应力在构件内是自平衡的内应力，并不影响构件的极限荷载!’"#(。所以，在计算轴心受力构件强度时，不必考虑残余应力的影响。二、轴心受力构件刚度的计算轴心受力构件刚度计算的目的是为了保证构件变形不能过大而影响其正常使用。那么，真正会影响构件正常使用的变形是哪种变形呢？轴心受力构件中与受力相对应的变形是伸长或压缩轴向变形，如取平均荷载分项系数为")%，当构件达到强度承载力极限时，对应的正常

6、使用状态下的拉伸或压缩应变为：（当为*$%+钢）。!,#-$"+#%!’’’%’/)1/%."/"$")%"$")%.$/0."/即最大应变不足千分之一，其值甚小，不会对构件正常使用造成影响。但轴心受力构件如果过分细长，则在制造、运输和安装时很容易弯曲变形；或在构件不是处于竖向位置时，其自重也常可使构件产生较大的弯曲变形。另外，在动力荷载作用下容易产生振动。对压杆而言，构件过分细长，还会降低构件的整体稳定性。因而，对轴心受力构件应限制其可能发生的弯曲变形的量值，设计时采用限制其长细比"不能超过容许值，即轴

7、心受力构件按下式计算刚度：%/"234’()!［"］（%#$）&234式中"———构件的最大长细比；%/———构件的计算长度。由构件两端支承条件决定；’&———构件截面的回转半径。&’"，’为构件毛截面惯性矩，"为构件毛截面"面积；［"］———规范规定的轴心受力构件的容许长细比。·%$"·第三篇彩钢、钢结构造型设计、制作工艺及应用图集!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第二节轴心受压构件的整体稳定一、理想轴心受压构件的失稳及其临界力所谓理

8、想轴心受压构件是认为构件是等截面的，截面形心纵轴是一直线，压力的作用线与形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的。理想轴心受压构件是理论分析用的计算模型，现实当中不存在理想轴心受压构件。对于理想轴心受压构件，当轴心压力较小时，构件保持直线平衡状态，当有侧向挠动使其产生微弯，但干扰除去后，构件能恢复其原来的直线状态。这种直线的平衡状态是稳定的。当!增大到一定大小，再给直线平衡状态的构件一侧向干扰使其微弯，则构件将保持微弯状态，并能达