钢结构上四章轴心受力构件.ppt
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1、钢 结 构,主 讲:陈建锋,1、了解“轴心受力构件”的应用和截面形式; 2、掌握轴心受拉构件设计计算; 3、了解“轴心受压构件”稳定理论的基本概念和分析方法; 4、掌握现行规范关于“轴心受压构件”设计计算方法,重点及难点是构件的整体稳定和局部稳定; 5、掌握格构式轴心受压构件设计方法。,大纲要求,第四章 轴心受力构件,1.结构及受力特点,(1)作用在构件上的荷载是 轴心压力或轴心拉力; (2)构件理想的直杆;,4.1 概述,主要用于承重结构,如:桁架、网架、塔架和支撑结构等。,2.应用,3.塔架,1.桁架,2.网架,图4-2 轴心受力构件截面形式,热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合
2、。,3.截面型式,截面可分为:实腹式和格构式两大类。,实腹式截面实腹式又分型钢截面(包括普通型钢与薄壁型钢),组合截面(钢板组合与型钢组合截面),格构式截面,截面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面,实腹式轴压柱与格构式轴压柱,4.2 轴心受力构件的强度及刚度,一、强度计算(承载能力极限状态),N轴心拉力或压力设计值; An构件的净截面面积; f钢材的抗拉强度设计值。,轴心受压构件,当截面无削弱时,强度不必计算。,二、轴心受力构件的刚度(正常使用极限状态),轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的,式中 l-构件最不利方向的长细比,一般为 两主轴方向长细比
3、的较大值.lx = lox/ ix,ly = loy/ iy lo-相应方向的构件计算长度 lo=l,为计算长度系数,取值如下表 i -相应方向的截面回转半径 l -受拉或受压构件的容许长细比。,保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。,一、关于稳定问题的概述,(a)稳定:扰动变形可以恢复; (b)临界(中性平衡):维持扰动状态; (c)不稳定:扰动变形持续增加;,4.3 实腹式轴心受压构件的整体稳定,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。如上图,稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。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
4、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。,稳定问题为钢结构的重点问题,所有钢结构构件均件均存在稳定问题,稳定问题分构件的整体稳定和局部稳定。,二、理想轴心受压构件的受力性能,1、理想轴心受压构件,杆件本身是绝对直杆,材料均匀,完全弹性; 无荷载偏心,无初始应力,压力作用线与形心纵轴重合;,2、整体失稳(屈曲)现象,轴心压杆在截面上的平均应力低于屈服点的情况下,由于变形(可能是弯曲,也可能是扭转或弯扭)过大,处于不稳定状态而丧失承载能力。这种现象称为整体失稳。,3、整体失稳(屈曲)形式,弯曲失稳-只有弯曲变形,截面只绕一个主轴旋转,杆纵轴由直线变为曲线,是双轴对称截面常见的失稳形
5、式;,扭转失稳-只有扭转变形,失稳时除杆件的支撑端外,各截面均绕纵轴扭转;,弯扭失稳弯曲变形的同时伴随有扭转变形。,动画,单对称截面绕对称轴(或不对称截面)弯曲失稳时,由于截面形心(内力作用点)与剪心(截面的扭转中心)不重合,截面内的内力分量相对于剪心有偏心产生扭矩,导致扭转变形。扭转失稳承载力低于弯曲失稳承载力。 只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承载力。,4、两类稳定问题,(1)第一类稳定问题,a.存在两种平衡状态,直线平衡,直线平衡,弯曲平衡,弯曲破坏 失去直线平衡,b.失稳前后变形状态不同,特点:,(2)第二类稳定问题,只存在曲线平衡状态,失稳前后变形状态一样,5、欧拉临界
6、力和临界应力,根据左图列平衡方程,解平衡方程:得,E材料的弹性模量 构件的计算长度 I构件截面绕屈曲方向中和轴的惯性矩 EI构件的抗弯刚度 截面绕屈曲方向的回转半径 构件长细比,三、实际轴心受压构件的受力性能,1、实际轴心受压构件与理想构件的区别,2、失稳过程,第二类稳定问题,3、初始缺陷对构件屈曲临界力的影响,初始缺陷的存在,降低了构件屈曲临界临界力,会对构件的稳定承载力产生不利影响。 。,残余应力对弱轴的影响要大于对强轴的影响。,初始弯曲与初始偏心的影响规律相同,按概率理论两者同时取最大值的几率很小,工程中把初弯曲考虑为最大(杆长的千分之一)以兼并考虑初弯曲的影响;按弯曲失稳理论计算,考虑
7、弯扭失稳的影响,同时考虑残余应力的影响,根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为a、b、c及d四类(详见p81,图4.15及p82,表4.3)。 a类为残余应力影响较小,c类为残余应力影响较大,并有弯扭失稳影响,a、c类之间为b类,d类厚板工字钢绕弱轴。 规范计算公式 按计算,四、实际轴心受压构件稳定的实用计算方法,1、轴压柱整体稳定规范计算公式,N轴心受压柱的计算压力 A毛截面面积 稳定系数。和截面类型、构件长细比、所用钢种 有关,从附录4查得。 材料设计强度,2、 值的意义稳定系数,轴心受压构件不发生整体失稳的条件为,截面应力不大于临界应力,并考虑抗力分项系数R后,即为:,3、 值的确定步
8、骤, 计算长细比, 确定截面类别,依据P82表3,使用规范图表查稳定系数。, 按钢种、截面类别和查P314附录4表得,构件长细比的确定,、截面为双轴对称或极对称构件:,对于双轴对称十字形截面,为了防止扭转屈曲,尚应满足:,、截面为单轴对称构件:,绕对称轴y轴屈曲时,一般为弯扭屈曲,其临界力低于弯曲屈曲,所以计算时,以换算长细比yz代替y ,计算公式如下:,4.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定,一、概述,宽肢薄壁构件,四边简支单向均匀受压薄板的屈曲,板件的失稳(屈曲),局部失稳,受压构件中板件的宽厚比较大,当压力达到某一数值(小于构件的临界力)时,板件不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象,这种
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