钢结构工程施工教学课件作者高福聚单元3　轴心受力构件.ppt

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1、单元3轴心受力构件3.1轴心受力构件概述3.2轴心受力构件的强度及刚度3.3轴心受压实腹构件的整体稳定验算3.4轴心受压实腹构件的局部稳定验算返回３．１　轴心受力构件概述在钢结构中，轴心受力构件的应用十分广泛，例如桁架、塔架和网架、网壳等杆件体系。这类结构的节点通常假设为铰接，当无节间荷载作用时，杆件只受轴向力（轴向拉力或轴向压力）的作用，称为轴心受力构件（轴心受拉构件或轴心受压构件）。图３-１所示为轴心受力构件在工程上应用的一些实例。轴心受力构件常用的截面形式可分为实腹式和格构式两大类。下一页返回３．１　轴心受力构件概述

2、实腹式构件制作简单，与其他构件的连接也比较方便，常用截面形式很多，可直接选用单个型钢截面，如圆钢、钢管、角钢、工字钢、Ｈ型钢、Ｔ型钢等［图３-２（ａ）］；也可选用由型钢或钢板组成的组合截面［图３-２（ｂ）］；在轻型结构中则可采用冷弯薄壁型钢截面［图３-２（ｃ）］。以上这些截面中，截面紧凑（如圆钢）或对两主轴刚度相差悬殊者（如单槽钢、工字钢），一般适用于轴心受拉构件，而受压构件通常采用较为开展、组成板件宽而薄的截面。格构式构件［图３-２（ｄ）］容易使压杆实现两主轴方向的稳定性，刚度大、抗扭性好，用料较省。截面一般由两个或多个

3、型钢肢件组成，肢件间采用缀条或缀板连成整体，缀条和缀板统称为缀材。上一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度轴心受拉构件的设计除了根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式外，还要对所选截面进行强度和刚度验算。强度要求就是使构件截面上的最大正应力不超过钢材的强度设计值；刚度要求就是使构件的长细比不超过容许长细比。轴心受压构件设计时，除了使所选截面满足强度和刚度要求外，还应当使其满足构件整体稳定性和局部稳定性的要求。整体稳定性要求是使构件在设计荷载作用下不致发生屈曲而丧失承载能力；局部稳定性要求一般是使组成构

4、件的板件宽厚比不超过规定限值，以保证板件不会屈曲，或者使格构式构件的分肢不发生屈曲。下一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度３.２.１　轴心受力构件的强度计算在力的作用下，当轴心受力构件截面的平均应力达到钢材的屈服应力时，构件的强度承载能力达到极限状态。对于无孔洞等削弱的轴心受力构件，轴心力作用使截面内产生均匀的受拉或受压正应力，以全截面刚达到屈服应力为强度极限状态。即σ＝N／A≤f（３-１）对于有孔洞等削弱的轴心受力构件（图３-３），仍以其净截面的平均应力达到其强度极限值作为设计时的控制值，这就要求设计时应选用具有良好

5、塑性性能的材料。此时，构件内力设计值犖除以净截面面积犃ｎ得到的应力σ不应超过钢材的抗拉或抗压强度设计值犳，即σ＝N／Aｎ≤f（３-２）下一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度当轴心受力构件采用普通螺栓连接时，Aｎ应取Ⅰ—Ⅰ和Ⅱ—Ⅱ截面的较小面积计算（图３-４）。对于Ⅰ—Ⅰ截面：Aｎ＝A－n１d０t（３-３）对于Ⅱ—Ⅱ截面：（３-４）上一页下一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度式中　n１—连接一侧的第一排的螺栓数目；n２—连接一侧的前两排的螺栓总数目；e１—连接一侧螺栓的边距；a、e—连接一侧螺栓的中距。对于单面连接的

6、角钢轴心受力构件，连接偏心引起弯矩，使角钢受附加应力，因此《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）规定：单面连接的单角钢按轴心受力计算强度时，钢材强度的设计值f应乘以折减系数０．８５。上一页下一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度３.２.２　轴心受力构件的刚度计算为满足结构的正常使用要求，避免杆件在制作、运输、安装和使用过程中出现刚度不足的现象，轴心受力构件不应做得过细，而应具有一定的刚度，以保证构件不会产生过度的变形。当构件的长细比过大时，会产生以下不利影响。（１）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（２）使

7、用期间因自重明显下挠；（３）在动力荷载作用下发生较大的振动；（４）当压杆的长细比过大时，除具有上述各种不利因素外，还会使得构件的极限承载能力显著降低。同时，初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定性带来不利影响。上一页下一页返回３．２　轴心受力构件的强度及刚度轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，长细比是构件计算长度l０与构件截面回转半径i的比值，即λ＝l０／i。λ越小，表示构件的刚度越大，柔度越小；反之，λ越大，表构件的刚度越小，柔度越大。计算构件的长细比时，应分别考虑围绕截面两个主轴即x轴和y轴的长细比λx和λy，都

8、应不超过《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）规定的容许长细比［λ］：λx＝l０x／ix≤［λ］λy＝l０y／iy≤［λ］（３-５）式中　l０x、l０y———围绕截面主轴即x轴和y轴的构件计算长度；ix、iy———围绕截面主轴即x轴和y轴的构件截面回转半径。当截面主轴在倾斜方向时，如图３-２所示