钢结构 第4章 轴心受力构件

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1、第四章轴心受力构件第一节概述一、定义二、分类三、应用四、截面选型的原则五、设计要求河海大学钢结构课件SteelStructure一、定义指只承受通过构件截面形心线的轴向力作用的构件。二、分类1.依轴力特点分:轴心受压或轴心受拉构件。NNNN(a)轴心受压构件(b)轴心受拉构件河海大学钢结构课件2.依截面构成分:实腹式构件和格构式构件。(1)实腹式构件具有整体连通的截面，构造简单，制做方便，可采用热轧和冷弯型钢或用型钢和钢板组合而成。河海大学钢结构课件(2)格构式构件由两个或多个分肢用缀材（缀条或缀板)相连而成。缀材不连续，在截面图中以虚线表示。通过分肢腹板

2、和缀材平面的轴线分别叫实轴和虚轴。缀材的作用是将各分肢连成整体，并承受构件绕虚轴弯曲时的剪力。格构式构件抗扭刚度大，用料较省。河海大学钢结构课件三、应用轴心受力构件广泛应用于各种平面和空间桁架（包括网架和塌架）结构，还常用做工作平台和其它结构的支柱等。四、截面选型的原则(1)用料经济；(2)形状简单，便于制作；(3)便于与其它构件连接。五、设计要求满足强度和刚度要求、轴心受压构件还应满足整体稳定和局部稳定要求。河海大学钢结构课件第二节轴心受力构件的强度和刚度计算一、轴心受力构件的强度计算保证构件截面上的最大正应力σ不超过钢材的强度设计值f。σ=N/An≤f

3、二、轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的计算长度l0与构件截面的回转半径i的比值λ称为长细比。当λ过大时，在运输和安装过程中容易产生弯曲或过大变形；当构件处于非竖直位置时，自重可使构件产生较大挠曲，在动力荷载作用时会发生较大振动。因此构件应具有一定的刚度，来满足结构的正常使用要求。轴心受力构件的刚度条件为λmax≤[λ]河海大学钢结构课件第三节轴心受压构件的整体稳定一、概述1．定义轴心压力超过某一值后，构件突然产生很大的变形而丧失承载能力，称为轴心受压构件丧失整体稳定性或屈曲。轴心受压构件通常是由整体稳定条件决定承载力。2.分类依变形分为弯曲屈曲、扭转屈曲

4、、弯扭屈曲。双轴对称截面轴心受压构件的一般为弯曲屈曲，当截面的扭转刚度较小时（如十字形截面），也可能发生扭转屈曲。单轴对称截面轴心受压构件绕非对称轴屈曲时，为弯曲屈曲；若绕对称轴屈曲时，由于轴心压力所通过的截面形心与截面的扭转中心不重合，此时发生的弯曲变形总伴随着扭转变形，属于弯扭屈曲。截面无对称轴的轴心受压构件，其屈曲形式都属于弯扭屈曲。河海大学钢结构课件a)弯曲屈曲b)扭转屈曲c)弯扭屈曲河海大学钢结构课件3．实例(1)1907年8月29日在建的加拿大圣劳伦斯河上的魁北克大桥（钢桁架三跨悬式桥，中跨长549m，两边跨各长152m。）因悬伸部分的受压下弦

5、杆丧失稳定，导致已安装的1.9万t钢构件跨了下来，造成75名桥上施工人员遇难。整个事故过程仅15秒钟。(2)1978年1月18日的风雪夜，美国Hartford城体育馆钢网架(91.44*109.73m)因压杆屈曲而坠落。(3)1990年2月16日我国大连重型机械厂14.4m的轻钢屋架重盖会议室在305人开会时塌落（设计时计算长度取错），造成42人死亡和179人受伤。河海大学钢结构课件二、理想轴心受压构件的整体稳定性称无初弯曲和残余应力及荷载无初偏心的轴心受压构件为理想轴心受压构件。1744年欧拉(28岁右眼失明，60岁双目失明，继续研究工作。1783年76

6、岁时逝世。出版Euler全集用了35年，1/4是60岁以后的成果)得出两端铰支轴心受压构件的临界力（欧拉公式，Ncr也称欧拉荷载，常记作NE）相应临界应力无残余应力时钢材的应力~应变曲线为理想弹塑性曲线，公式的适用条件为σcr≤fy。当构件端部支座为其它形式时，只需采用计算长度l0=μl代替式中的l即可。河海大学钢结构课件1889年Engesser提出切线模量理论，用Et代替E。1891年Considere提出双模量理论概念。1895年Engesser提出双模量理论公式。1946年Shanley表明切线模量理论合理。三、缺陷对轴心受压构件整体稳定性的影响实

7、际构件难免存在残余应力、初弯曲、荷载的偶然偏心，支座的约束程度也可能比理想支承偏小。这些因素将使得构件的整体稳定承载力降低，被看作轴心受压构件的缺陷。河海大学钢结构课件1.初弯曲的影响最具代表性的初弯曲为正弦半波图形。由稳定分析可得一加载构件就产生挠曲变形，挠度y和挠度总值Y与初弯曲v0成正比。当max达到fy时，构件开始进入弹塑性工作状态。随N加大，截面的塑性区增大，最终要维持平衡只能随挠度的增大而卸载。称Nc为有初弯曲的轴心受压构件的整体稳定极限承载力。这是一荷载~变形曲线极值点问题，也叫第二类稳定理论。前面所述的理想轴心受压构件的平衡分枝问题，也叫

8、第一类稳定问题。河海大学钢结构课件2.荷载初偏心的影响由稳定分析可