钢结构设计原理-轴心受力构件1

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1、4轴心受力构件设计主要内容:1、轴心受拉构件的强度和刚度2、轴心受压构件的强度3、轴心受压实腹式构件的整体稳定4、轴心受压格构式构件的整体稳定5、轴心受压实腹式构件的局部稳定6、轴心受压格构式构件的局部稳定7、轴心受力构件的刚度第四章轴心受力构件4轴心受力构件设计学习目标1.掌握轴心受拉构件强度的计算方法、净截面的概念；2.掌握轴心受压构件整体失稳的形态，实腹式构件整体稳定问题的基本原理、稳定工程计算方法的特点；3.掌握轴心受压格构式构件绕虚轴的整体稳定原理和计算方法；4.掌握轴心受压实腹式构件的局部失稳临界力准则和宽

2、（高）厚比概念以及局部稳定计算方法；5.掌握轴心受压格构式构件局部稳定的计算方法。4轴心受力构件设计4.1轴心受力构件的应用和截面形式轴心受力构件的截面形式：热轧型钢截面，如图4-1(a)中的工字钢、H型钢、槽钢、角钢、T型钢、圆钢、圆管、方管等；冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b)中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c)所示的实腹式组合截面和图4-1(d)所示的格构式组合截面等。4轴心受力构件设计4轴心受力构件设计工程中的格构式柱工程中的格构式柱工程中的格构式柱

3、工程中的格构式柱4轴心受力构件设计4.2轴心受力构件的强度和刚度1.强度轴心受力构件的强度应以净截面的平均应力不超过钢材的屈服强度为准则：4轴心受力构件设计《钢结构设计规范》（GB50017-2003）：对于高强螺栓的摩擦型连接，计算板件强度时要考虑孔前传力的影响净截面验算摩擦型连接高强度螺栓群受“剪力”作用时:钢板搭接，承受剪力N假设共2n个螺栓4轴心受力构件设计4轴心受力构件设计应用上述公式时需注意：①An为净截面。②材料需要有较好的延性。③截面开孔、削弱和构造变坡应有圆滑和缓的过渡。④连接时截面的各部分应均匀传力

4、。上述公式适用于截面上应力均匀分布的杆。当杆的截面有局部削弱时，截面上的应力分布就不均匀，在孔边或削弱处边缘就会出现应力集中。但当应力集中部分进入塑性后，内部的应力重分布会使最终拉应力分布趋于均匀。4轴心受力构件设计讨论1：规范强度计算公式是以屈服强度进行控制，当构件截面有削弱时，由于有削弱的截面与整个构件相比只占很小一部分，这些截面屈服以后，整个构件还远未屈服，应考虑截面的极限承载力作为控制标准，即考虑材料强度设计值以后：4轴心受力构件设计对于工程用钢材，一般情况下，所以也采用屈服强度进行控制。4轴心受力构件设计讨论

5、2：某些情况下，截面的各部分并不是均匀传力。例如节点板设计不合理时，此时应力分布不均匀的现象较明显，虽然仍可以采用平均应力近似计算，但应采用有效净截面面积。4轴心受力构件设计截面材料分布4轴心受力构件设计2.刚度刚度通过限制构件的长细比来实现。4轴心受力构件设计轴心受压构件的可能破坏形式轴心受压构件可能发生的破坏形式有三种：1.截面强度破坏（一般发生在有截面削弱之处，）；2.整体失稳破坏（主要破坏形式包括弯曲、弯扭、扭转失稳）；3.局部失稳（薄壁构件须防止）。4轴心受力构件设计4.3实腹式轴心受压构件的整体稳定计算4

6、.3.1、稳定问题概述稳定问题是工程力学的一个分支，主要研究各种结构的稳定性，是工程结构安全性的重要内容之一。稳定的定义：工程结构或构件在荷载和其它作用的影响下处于某种平衡状态，例如简支梁式桁架，在结点荷载作用下，上弦杆处于轴向受压的平衡状态；薄腹工字型梁在荷载作用下处于平面弯曲的平衡状态等等。稳定分析是研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题。结构的稳定是指结构或构件在荷载作用下发生一定的变形，其所处于这种平衡状态的一种属性。4轴心受力构件设计平衡稳定的三种状态：稳定的平衡、随遇平衡、不稳定的平衡。处于平衡位置的结构或

7、构件，在任意微小外界扰动下，将偏离其平衡位置，当外界扰动除去后，仍然自动回复到初始平衡位置时，则初始平衡状态是稳定的平衡。如果不能回复到初始平衡位置，则初始平衡状态是不稳定的平衡或随遇平衡。结构失稳的定义：结构或构件在外力增加到某一数值时，稳定的平衡状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构丧失正常工作的能力，称为失稳。在桥梁结构中，总是要求沿各个方向保持稳定的平衡，也即沿各个方向都是稳定的，避免不稳定的平衡或随遇平衡。4轴心受力构件设计结构稳定问题的两种形式：第一类稳定问题，分支点失稳问题；第二类稳定问题，极

8、值点失稳问题。所谓分支点失稳，是指当荷载逐渐增加到某一数值时，结构除了按原有变形形式可能维持平衡之外，还可能以其他变形形式维持平衡，这种情况称为出现平衡的分支。出现平衡的分支是此种结构失稳的标志。对于受偏心压力的细长直杆，当荷载逐渐增大而趋于某一数值时,其原有变形形式急剧增大，致使结构丧失承载能力。这种失稳现象称为极值点失稳。4轴