钢结构设计原理-5轴心受力构件

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1、第5章轴心受力构件§5.1轴心受力构件的应用和截面形式轴心受力构件定义轴心受拉构件——轴心拉杆轴心受压构件——轴心压杆轴心受力构件的应用屋架、托架、塔架、网架和网壳等各种类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统中。支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件的柱。柱的组成和形式柱通常由柱头、柱身和柱脚三部分组成，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。按截面组成分为：实腹柱、格构柱。动画资源－轴心受力构件－13，7，8轴心受力构件的分类按截面组成形式，可分为实腹式构件和格构式构件两种。实腹式构件：具有整体连通的截面，有三种常见形式。①热轧型钢截面，如圆钢、

2、圆管、方管、角钢、工字钢、T型钢、宽翼缘H型钢和槽钢等，最常用工字形或H形截面；②第二种是冷弯型钢截面，如卷边和不卷边的角钢或槽钢与方管；③第三种是型钢或钢板连接而成的组合截面。格构式构件：一般由两个或多个分肢用缀件联系组成，采用较多的是两分肢格构式构件。通过分肢腹板的为实轴，通过分肢缀件的为虚轴。分肢采用轧制槽钢或工字钢。缀件的作用是将各分肢连成整体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。缀件有缀条或缀板两种。缀条由斜杆组成、或斜杆与横杆共同组成，缀条常采用单角钢，与分肢翼缘组成桁架体系，使承受横向剪力时有较大的刚度。缀板常采用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系，刚度略

3、低。轴心受力构件需要验算的内容轴心受拉构件：强度、刚度；轴心受压构件：强度、刚度、整体稳定、局部稳定。§5.2轴心受力构件的强度和刚度§5.2.1轴心受力构件的强度计算极限状态从钢材的应力～应变关系可知，当轴心受力构件的截面平均应力达到钢材的屈服强度fy时，塑性变形迅速发展，不适于继续承载。因此轴心受力构件是以截面的平均应力达到钢材的屈服强度fy作为强度计算准则的，而不是fu。有截面削弱时的极限状态对有孔洞等削弱的轴心受力构件，存在应力集中现象。孔壁边缘的应力可能达到构件毛截面平均应力的3倍。继续加载，孔壁边缘应力达到材料的屈服强度以后，应力不再继续增加而截面发展塑性变形

4、，应力渐趋均匀。到达极限状态时，净截面上的应力为均匀屈服应力。因此净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。强度的验算方法式中An为构件的净截面面积。对有螺纹的拉杆：An取螺纹处的有效截面面积。计算普通螺栓连接时：并列时为净截面；错列时按1—I、Ⅱ—Ⅱ或Ⅲ-Ⅲ中的截面较小值计算。对于高强度螺栓摩擦型连接认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：其中：n为连接一侧的高强度螺栓总数；n1计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数目；0.5—孔前传力系数。单面连接的单角钢轴心受力构件处于双向偏

5、心受力状态，试验表明其极限承载力约为轴心受力构件极限承载力的85%左右。因此单面连接的单角钢按轴心受力计算强度时，钢材强度设计值应乘以折减系数0.85。残余应力对强度的影响焊接构件和轧制型钢构件均会产生残余应力，但残余应力在构件内是自相平衡的内应力，在轴力作用下，除了使构件部分截面较早地进入塑性状态外，并不影响构件的静力强度。所以在验算轴心受力构件强度时，不必考虑残余应力的影响。§5.2.2轴心受力构件的刚度计算进行刚度计算的原因轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动力荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。从而影响构件的正常使用

6、极限状态。衡量刚度的指标轴心受力构件的刚度通常用长细比λ来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。因此规定了构件的容许长细比[λ]。要求构件的实际长细比不超过容许长细比。容许长细比受压构件一旦发生弯曲变形后，附加弯矩效应远比受拉构件严重，因而容许长细比[λ]限制较严；直接承受动力荷载的受拉构件也比承受静力荷载或间接承受动力荷载的受拉构件不利，容许长细比[λ]限制也较严。长细比的计算方法其中l0x、l0y为构件的计算长度，l0为构件的几何长度。μ为构件的计算长度系数，根端部约束条件有关，见下节，桁架和框架柱的计算长度系数与其两端相连梁的刚度有关。ix、iy为截面

7、回转半径。当截面主轴在倾斜方向时（如单角钢截面和双角钢十字形截面），其主轴常标为x0轴和y0轴。§5.3.1轴心受力构件的整体失稳现象稳定的分类理想直杆的分枝点失稳，也称为第一类稳定问题；非理想直杆的极值点失稳，也称为第二类稳定问题。临界力与临界应力失稳时所对应的轴向荷载称为临界力Ncr；相应的截面上的平均应力称为临界应力σcr。§5.3轴心受力构件的整体稳定轴心受压柱的失稳形式两端铰接的轴心压杆可能出现三种失稳形式：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳弯曲失稳：失稳时某个主轴平面内的变形迅速增加，达到临界承载力。对于一般双轴对称的工