钢结构第四章轴心受力构

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1、第4章轴心受力构件4.1概述4.2轴心受力构件的强度和刚度4.3轴心受力构件的整体稳定性4.4轴心受压构件的局部稳定4.5实腹式轴心受压构件的的截面设计和构造要求4.6梁与轴心受压柱的连接4.7柱头和柱脚的构造设计14.1概述4.1.1基本概念轴心受力构件：只受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件。轴心受拉构件：轴向力为拉力时称轴心受拉构件。轴心受压构件：当轴向力为压力时称轴心受压构件。柱：用来支承梁、桁架等构件并将荷载传递给基础的受压构件。它由柱头、柱身、柱脚组成。拉弯构件：同时受拉和受弯的构件称为拉

2、弯构件。压弯构件：同时受压和受弯的构件称为压弯构件。24.1概述4.1.2轴心受力构件的实际应用轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受压构件，它们广泛应用于桁架网架、塔架和支撑等结构中。34.1概述4.1.3轴心受力构件的极限状态承载能力极限状态轴心受拉构件只需进行强度验算轴心受压构件除强度验算还有稳定问题正常使用极限状态轴心受力构件通过限制构件的长细比（λ）来保证：44.1概述4.1.4轴心受力构件的常用截面形式第一种是热轧型钢截面，如图(a)中的圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、T形钢、槽钢和H形钢等。第

3、二种是冷弯薄壁型钢截面，如图(b)中的带有卷边或不卷边的角钢或槽钢和方管等。第三种是用型钢或钢板连接而成的组合截面。(c)是实腹式组合截面，(d)是格构式组合截面。54.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.1轴心受力构件的强度无孔洞削弱的轴心受力构件有孔洞削弱的轴心受力构件对于摩擦型高强度螺栓连接64.2轴心受力构件的强度和刚度4.2.2轴心受力构件的刚度4.2.2.1原因4.2.2.2刚度要求通常采用长细比衡量74.3轴心受压构件的整体稳定4.3.0材料力学回顾1）稳定平衡状态：一理想直杆，当轴心压力小于

4、某值时，杆件处于直杆平衡状态，这时如果由于任意偶然外力的作用而发生弯曲，当偶然外力停止作用，杆件立即回复到直杆平衡状态，2）临界状态：当偶然外力停止作用，杆件不恢复到直杆状态而处于微微弯曲的平衡状态。直杆平衡状态←→弯曲平衡状态3）理想轴心压杆：杆件本身绝对直杆；材料均质、各向同性；无偏心荷载，且在荷载作用之前无初始应力；杆端为两端铰支。4）欧拉公式5）理想轴心压杆非弹性稳定问题：1947年香莱研究了“理想压杆”的非弹性稳定→香莱理论84.3轴心受压构件的整体稳定4.3.1概述失稳类型：弯曲屈曲，扭转屈曲

5、，弯扭屈曲。一般钢结构中采用的截面形式（如工字形、箱形、H型、T型）只发生弯曲屈曲，只有薄壁型钢截面可能发生弯曲屈曲或弯扭屈曲，如角钢、槽钢等在杆件绕截面的对称轴弯曲的同时，必然会伴随扭转变形，产生弯扭屈曲，但对于用两个角钢组成的单轴对称T形截面，它的弯扭屈曲临界力接近弯曲屈曲临界力，也可按照弯曲屈曲临界力来计算。因此，弯曲屈曲是确定轴心压杆稳定承载力的主要依据。94.3轴心受压构件的整体稳定104.3轴心受压构件的整体稳定114.3.3缺陷对理想轴心受压杆临界力的影响假定：两端铰支压杆的初弯曲曲线为：式

6、中：υ0—长度中点最大挠度。令:N作用下的挠度的增加值为y，由力矩平衡得:将式代入上式，得:具有初弯曲的轴心压杆4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.3.1初弯曲对轴心受压构件整体稳定性的影响12杆长中点总挠度为：根据上式，可得理想无限弹性体的压力挠度曲线如右图所示。实际压杆并非无限弹性体，当N达到某值时，在N和N∙v的共同作用下，截面边缘开始屈服，进入弹塑性阶段，其压力—挠度曲线如虚线所示。具有初弯曲压杆的压力挠度曲线4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.3缺陷对理想轴心受压杆临界力的影响4.3.3.1初弯

7、曲对轴心受压构件整体稳定性的影响13微弯状态下建立微分方程：解微分方程，即得：所以，压杆长度中点（x=l/2）最大挠度υ：具有初偏心的轴心压杆4.3.3.2初偏心对轴心受压构件整体稳定性的影响4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.3缺陷对理想轴心受压杆临界力的影响14其压力—挠度曲线如图：曲线的特点与初弯曲压杆相同，只不过曲线过圆点，可以认为初偏心与初弯曲的影响类似，但其影响程度不同，初偏心的影响随杆长的增大而减小，初弯曲对中等长细比杆件影响较大。有初偏心压杆的压力挠度曲线4.3轴心受压构件的整体稳定4.3

8、.3.2初偏心对轴心受压构件整体稳定性的影响4.3.3缺陷对理想轴心受压杆临界力的影响15实测的残余应力分布较复杂而离散，分析时常采用其简化分布图（计算简图）：典型截面的残余应力4.3.3缺陷对理想轴心受压杆临界力的影响4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.3.3残余应力对轴心受压构件整体稳定性的影响16从短柱段看残余应力对压杆的影响以双轴对称工字型钢短柱为例：残余应力对短柱段的影响4.3轴心受压构件的整体稳定4.3.3.3残余