钢结构第4章 轴心受力构件

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1、1.了解轴心受力构件的构造特点和计算内容。2.掌握轴心受力构件的强度和刚度计算方法。3.掌握轴压构件的整体稳定和局部稳定计算。4.掌握轴心受压柱的设计方法。4.1概述4.2轴心受力构件的强度和刚度4.3轴心受压构件的稳定4.4轴心受压柱的设计4.5柱头和柱脚本章目录基本要求第4.1节概述1.轴心受力构件的应用2.轴心受力构件类型3.轴心受力构件的截面形式4.轴心受力构件的计算内容了解轴心受力构件的类型、应用及计算内容本节目录基本要求4.1.1轴心受力构件的应用轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。图4.1.1桁架图4.1.2网架图

2、4.1.3塔架图4.1.4神舟四号飞船与发射塔架图4.1.5临时天桥图4.1.6固定天桥图4.1.7脚手架图4.1.8栈桥图4.1.9起吊设备轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受拉 ：桁架、拉杆、网架、塔架（二力杆）轴心受压 ：桁架压杆、工作平台柱、各种结构柱轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等等。4.1.2轴心受力构件类型轴心受力构件常用的截面形式可分为实腹式与格构式两大类。4.1.3轴心受力构件截面形式图4.1.10实腹式柱yyxx柱脚柱身柱头截

3、面由两个或多个型钢肢件通过缀材连接而成。图4.1.11格构式柱柱脚柱身柱头缀板柱缀条柱l1缀板l01柱肢l01=l1yyxx(虚轴)(实轴)(实轴)yyxx(虚轴)图4.1.12格构式柱实例缀条柱缀板柱图4.1.13实腹式截面图4.1.14格构式截面4.1.4轴心受力构件的计算内容轴心受力构件轴心受拉构件轴心受压构件强度（承载能力极限状态）刚度（正常使用极限状态）强度刚度（正常使用极限状态）稳定（承载能力极限状态）第4.2节轴心受力构件的强度和刚度1.强度计算2.刚度计算掌握轴心受力构件强度和刚度的计算方法本节目录基本要求4.2.1强度计算轴心受力

4、构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强度计算准则。对无削弱截面，以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，则N—轴心力设计值；A—构件的毛截面面积；f—钢材抗拉或抗压强度设计值。对有孔洞等削弱截面，以净截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态，则An——构件的净截面面积分析：弹性阶段时，由于应力集中，应力分布不均匀；极限状态时，应力产生塑性重分布，净截面上的应力为均匀屈服应力，因此设计时要求钢材具有良好的塑性。图4.2.1有孔洞拉杆的截面应力分布NNNNs0smax=3s0fy(a)弹性状态应力(b)极限状态应力普通螺栓连接时：（1）并列布

5、置——最危险截面为正交截面（Ｉ－Ｉ）NII（2）错列布置——可能沿正交截面（Ｉ－Ｉ）破坏，也可能沿齿状截面（Ⅱ－Ⅱ）破坏，An取二者较小面积计算。摩擦型高强度螺栓连接时：可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：NIIIIIIIIIIII对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，除按上式验算净截面强度外，还应按式（4-1）验算毛截面强度。NNN’4.2.2刚度计算通过限制长细比来保证，即max——构件的最大长细比l0——构件计算长度，取决于其两端支承情况i——截面回转半径

6、[]——容许长细比当构件的长细比太大时，会产生下列不利影响：（1）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（2）使用过程中因自重而发生挠曲变形；（3）在动力荷载作用下发生较大的振动；（4）压杆的长细比过大时，除具有前述各种不利因素外，还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因第4.3节轴心受压构件的稳定1.整体稳定计算2.局部稳定计算掌握轴心受压构件整体稳定和局部稳定的计算方法本节目录基本要求4.3.1整体稳定的计算1、稳定问题的分类稳定问题分为两类∶     

7、第一类稳定——理想轴心压杆由直杆平衡转为微弯曲的平衡，变形（挠度）从无到有——平衡分枝现象。    计算方法：欧拉临界力（弹性失稳）理想轴心压杆：杆件完全挺直、荷载沿杆形心轴作用、杆件没有初应力、初变形缺陷，截面沿杆件是均匀的。第二类稳定——由于初始缺陷，压杆一开始便为偏心受力（压弯杆件），因此无平衡分枝现象，变形从小到大，直到失稳破坏为止。     计算方法：极限平衡法实际结构中理想的轴心压杆是不存在的。构件总有初弯曲（初扭转）、荷载初偏心、残余应力、材质不均等缺陷存在。因此实际轴压杆件都属于第二类稳定问题。2、理想轴心受压构件的失稳形式钢

8、结构中理想的轴心受压构件的失稳，也叫发生屈曲。理想的轴心受压构件有三种屈曲形式，即：弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲。（1）弯