《钢结构设计原理》4轴心受力构件

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1、第四章轴心受力构件4.1概述轴心受力构件：轴心受拉和轴心受压应用十分广泛，例如桁架上下弦杆，工业建筑中的操作平台和其他结构的支柱等，承受轴向压力。轴心受力构件的截面形式多种：轧制型钢截面、冷弯薄壁型钢截面、组合截面、格构截面轴心受力构件的设计，应同时满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求。受拉构件的设计：进行强度和刚度的验算，受压构件的设计：进行强度、稳定和刚度的验算。构件的刚度是通过限制其长细比来保证的。4.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.1轴心受力构件的强度计算截面的平均应力达到钢材的屈

2、服点为承载力极限状态。截面局部削弱时，应力分布不再均匀，孔洞附近出现应力集中现象。弹性阶段，孔壁边缘的最大应力可能达到构件毛截面平均应力的3倍。若拉力继续增加，当孔壁边缘的最大应力达到材料的屈服强度以后，应力不再继续增加而只发展塑性变形。截面上的应力产生塑性重分布，最后达到均匀分布。因此，对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时应考虑一部分剪力已由孔前接触面传递，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式

3、计算摩擦型连接的拉杆，除验算净截面强度外，还应验算毛截面强度4.2.2轴心受力构件的刚度计算为满足正常使用要求，构件应具有一定的刚度，保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。刚度是以限制其长细比来保证的，即构件的计算长度；截面对应于屈曲轴的回转半径；构件的容许长细比。《钢结构设计规范》根据构件的重要性和荷载情况，分别规定了轴心受拉和轴心受压构件的容许长细比。4.2.3索的受力性能和强度计算柔性构件弹性阶段计算时，假定（

4、1）只能受拉；（2）材料符合虎克定律。施工预张拉强度计算采用容许应力法4.3轴心受压构件的整体稳定当长细比较大截面又没有削弱时，轴心受压构件一般不会发生强度破坏，整体稳定是受压构件确定截面的决定性因素。4.3.1理想轴心受压构件的屈曲临界力理想轴心受压构件：构件完全挺直，荷载沿构件形心轴作用，无初始应力、初弯曲和初偏心等缺陷，截面沿构件是均匀的。压力达到某临界值时，理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：①弯曲屈曲杆件的截面只绕一个主轴旋转，杆件的纵轴由直线变为曲线，双轴对称截面构件最常见的屈

5、曲形式。②扭转屈曲失稳时杆件除支承端外的各截面均绕纵轴扭转，长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。③弯扭屈曲单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时，在发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。1.弯曲屈曲的临界力长度l、两端铰接的等截面理想轴心受压构件，当轴心力N达到临界值时，构件处于屈曲的微弯状态，求解其弯曲屈曲的临界力Ncr。轴心受压构件发生弯曲时，截面中将引起弯矩M和剪力V，任一点由弯矩产生变形为yl，由剪力产生变形为y2，则总变形为y＝yl+y2弯曲变形后的曲率剪力V作用下，构件变形曲线因剪力影响而

6、产生的斜率的改变为实腹式构件略去剪切变形，临界力相差3‰左右。只考虑弯曲变形，上述临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为在上面的推导中，假定E为常量，因此要求临界应力不超过材料的比例极限fp。当杆件的临界应力上面推导中假定E为常量，因此要求临界应力不超过材料的比例极限fp。当临界应力超过fp，进入弹塑性阶段后，一般采用双模量理论和切线模量理论计算杆件的弹塑性临界力，采用切线模量理论更接近试验结果。切线模量理论假设：当轴心压力达到临界压力Ncr时，杆件仍保持顺直，但微弯时，轴心力增加了△N；虽

7、然△N很小，但所增加的平均压应力恰好等于截面凸侧所产生的弯曲拉应力。因此认为全截面都是应变和应力增加，没有退降区，这就使切线模量Et适用于全截面。在上面的推导中，假定E为常量，因此要求临界应力不超过材料的比例极限fp。当杆件的临界应力实际结构中，压杆端部不可能都为铰接，任意端部支承的压杆，临界力表达式2扭转屈曲的临界力双轴对称截面构件，在轴心压力N作用下，除可能沿x轴或y轴弯曲屈曲外，还可能绕z轴发生扭转屈曲。假定构件两端为简支并符合夹支条件，即端部截面可自由翘曲，但不能绕z轴转动，这是约束扭转。

8、约束扭转时构件纵向纤维发生弯曲，因此截面中必然产生正应力，称为翘曲正应力。由此伴生弯曲剪应力，称为翘曲剪应力，翘曲剪应力产生翘曲扭矩。扭转屈曲临界力计算中，可采用扭转屈曲临界力与欧拉临界力相等得到换算长细比—截面对剪心的极回转半径，对双轴对称轴—扭转屈曲的计算长度，对两端铰接、端部截面可自由翘曲或两端嵌固、端部截面翘曲受到完全约束的构件，取由换算长细比可用弯曲失稳的柱子曲线获得稳定系数常用的十字形双轴对称截面，则故双轴对称的十字形截面轴心受压构件，只要就会由扭转屈曲控制设计。规范规